Electrónica de Potencia

Electrónica de Potencia

abril 2, 2020 2 Por Guillermo Huerta

Cada vez son más los dispositivos y sistemas que en una o varias de sus etapas son accionados por energía eléctrica. Los accionamientos consisten, en general, en procesos que transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía, o en el mismo tipo, pero con diferentes características. Los encargados de realizar dichos procesos son los Sistemas de Electrónica de Potencia.

Las aplicaciones de la electrónica estuvieron limitadas durante mucho tiempo a las técnicas de alta frecuencia (emisores, receptores, etc.). En la evolución de la electrónica industrial, las posibilidades estaban limitadas por la falta de fiabilidad de los elementos electrónicos entonces disponibles (tubos amplificadores, tiratrones, resistencias, condensadores). Esta fiabilidad era insuficiente para responder a las altas exigencias que se requerían en las nuevas aplicaciones del campo industrial.

Introducción a Sistemas de Electrónica de Potencia

Gracias al descubrimiento de los dispositivos semiconductores (transistores, tiristores, etc.) en la década de los 60, que respondían a las exigencias industriales (alta fiabilidad, dimensiones reducidas, insensibilidad a las vibraciones mecánicas, etc.), la electrónica industrial hizo progresos
increíbles, permitiendo la realización de procesos cada vez más complejos, destinados a la automatización de procesos industriales.

En general, cualquier conversión de energía eléctrica se puede realizar por procedimientos electromecánicos o por procedimientos electrónicos. Los convertidores electrónicos disponen de las siguientes ventajas frente a los electromecánicos:

Ventajas de estos sistemas

  1. Mayor flexibilidad y más posibilidades de control.
  2. Mayor estabilidad y mayor rapidez de respuesta, gracias a las características eléctricas.
  3. Menor mantenimiento al no disponer de partes mecánicas.
  4. Mayor vida media y mayor fiabilidad.
  5. No producción del arco eléctrico.

Inconvenientes a destacar:

  • Menor robustez eléctrica, al disponer de menor capacidad para soportar sobre tensiones y sobre corrientes.
  • Mayor coste para algunas de sus aplicaciones.

Componentes del Sistema de Electrónica de Potencia

La mayor flexibilidad y controlabilidad de los dispositivos electrónicos, hace que se apliquen para resolver procesos cada vez más complejos. Un equipo electrónico de potencia consta fundamentalmente de dos partes, tal como se simboliza en la siguiente figura:

Sistemas de Electrónica de Potencia
Diagrama de bloques de un Sistema de Potencia.
  1. En un circuito de Potencia, compuesto de semiconductores de potencia y elementos pasivos, que liga la fuente primaria de alimentación con la carga.
  2. Un circuito de mando, que elabora la información proporcionada por el circuito de potencia y genera unas señales de excitación que determinan la conducción de los semiconductores controlados con una fase y secuencia conveniente.

Antes de pasar al estudio de la electrónica de potencia, interesa resaltar su principal característica, mostrar sus particularidades y situar el campo de aplicación.

Tipos de señales en el Sistema

En la Electrónica de Señal se varía la caída de tensión que un componente activo crea en un circuito habitualmente alimentado en continua. Esta variación permite, a partir de una información de entrada, obtener otra de salida modificada o amplificada.

Lo que interesa es la relación entre las señales de entrada y salida, examinando posteriormente la potencia suministrada por la fuente auxiliar que requiere para su funcionamiento. La función de base es la amplificación y la principal característica es la ganancia.

Sistemas de Electrónica de Potencia
Característica fundamental de un Sistema electrónico de Señal y de Potencia

En la Electrónica de Potencia, el concepto principal es el rendimiento. El elemento de base no puede trabajar en régimen de amplificación pues las pérdidas serían elevadas, es necesario trabajar en régimen de conmutación, siendo el componente de base el semiconductor quien trabaja como interruptor. Este componente trabajando en conmutación deberá cumplir las siguientes características:

  • Tener dos estados claramente definidos, uno de alta impedancia (bloqueo) y otro de baja
    impedancia (conducción).
  • Poder controlar el paso de un estado a otro con facilidad y con pequeña potencia de
    control.
  • Ser capaz de soportar altas tensiones cuando está bloqueado y grandes intensidades, con
    pequeñas caídas de tensión entre sus extremos, cuando está en conducción.
  • Rapidez de funcionamiento para pasar de un estado a otro.
    Así podemos definir la Electrónica de Potencia de la siguiente manera:

Electrónica de Potencia es la parte de la Electrónica encargada del estudio de dispositivos, circuitos, sistemas y  procedimientos para el procesamiento, control y conversión de la energía eléctrica.

Diferencia de Procesos

Por tanto la Electrónica de Potencia se ha introducido de lleno en la industria en aplicaciones tales como las fuentes de alimentación, cargadores de baterías, control de temperatura, variadores de velocidad de motores, etc. Además la Electrónica Industrial quien estudia la adaptación de sistemas electrónicos de potencia a procesos industriales.

Siendo un sistema electrónico de potencia aquel circuito electrónico que se encarga de controlar un proceso industrial, donde interviene un transvase y procesamiento de energía eléctrica entre la entrada y la carga, estando formado por varios convertidores, transductores y sistemas de control., los cuales siguiendo hoy en día evolucionando y creciendo constantemente.

Por último, el campo de la Electrónica de Potencia puede dividirse en grandes disciplinas o bloques temáticos:

Sistemas de Electrónica de Potencia
Bloques temáticos que comprende la Electrónica de Potencia

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