Electrónica de potencia: Reporte de prácticas y simulaciones

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INTRODUCCIÓN:

La electrónica de potencia (o electrónica de las corrientes fuertes) es una técnica relativamente nueva que se ha desarrollado gracias al avance tecnológico que se ha alcanzado en la producción de dispositivos semiconductores, y se define como "la técnica de las modificaciones de la presentación de la energía eléctrica" o bien como "la aplicación de la electrónica de estado sólido para el control y la conversión de la energía eléctrica".

A diferencia de como ocurre en la electrónica de las corrientes débiles, en que se da prioridad a la ganancia y fidelidad, la característica más importante de la electrónica de potencia es el rendimiento.

La electrónica de potencia combina la energía, la electrónica y el control. El control se encarga del régimen permanente y de las características dinámicas de los sistemas de lazo cerrado. La energía tiene que ver con el equipo de potencia estática, rotatoria o giratoria, para la generación, transmisión, distribución y utilización de la energía eléctrica. La electrónica se ocupa de los dispositivos y circuitos de estado sólido requeridos en el procesamiento de señales para cumplir con los objetivos del control deseados. En la figura 1 se puede apreciar un esquema básico de bloques de un sistema electrónico de potencia.

Fig. 1: Diagrama a bloques del convertidor de potencia operando en lazo cerrado.

Los dispositivos semiconductores se pueden operar como interruptores mediante la aplicación de señales de control a la terminal de compuerta de los tiristores y a la base de los transistores. La salida requerida e obtiene mediante la variación del tiempo de conducción de estos dispositivos de conmutación.

La Electrónica de Potencia ha alcanzado ya un lugar importante en la tecnología moderna y se utiliza ahora en una gran diversidad de productos de alta potencia, que incluyen control de temperatura, control de motores, control de iluminación, fuentes de alimentación, sistemas de propulsión de vehículos y sistemas de corriente directa de alto voltaje.

CONSIDERACIONES GENERALES

Esta sección se agrega al presente reporte, como una forma de aclarar las situaciones y consideraciones no previstas en el desarrollo de las prácticas, y que afectan a todas y cada una de ellas. Todas las consideraciones siguientes se escriben, entendiéndose que se colocan "salvo que se indique lo contrario".

Una primera consideración se refiere al valor del voltaje de alimentación: la tensión utilizada para los circuitos que funcionan en corriente alterna se considera como un valor entero redondeado de 130 Vrms y 180 Vm. De esta manera, todas las simulaciones también se efectuaron con fuentes de 180 V de amplitud de voltaje de corriente alterna senoidal.
Todas las prácticas que utilizan el voltaje de línea de CFE, se implementaron usando un transformador de aislamiento de línea; sin embargo, en las simulaciones que se presentan no se muestra dicho transformador, y se dibuja únicamente una fuente senoidal.
La carga utilizada para las prácticas que utilizan corriente alterna fue un foco de 100 W, pero en las simulaciones solo se muestra un circuito con la resistencia equivalente de dicho elemento, calculada de la manera siguiente:

, que para simplificar se tomará de 160 ohms

El paquete de computación utilizado para las simulaciones es el PSPICE 6.0 de MICROSIM CO. LTD.
El programa mencionado no posee en sus librerías todos los elementos utilizados en las prácticas, por lo que fue necesario modificar el modelo del subcircuito que usa el mismo para identificar las características de los dispositivos que maneja. Lo anterior se hace usando el siguiente procedimiento ejemplo.

Ejemplo de la modificación de las características del modelo del subcircuito para un SCR en PSPICE 6.0

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