Campos de la Electrónica (Gp:) Electrónica Digital (Gp:) Sistemas inteligentes Control de procesos Tratamiento de datos Comunicaciones
(Gp:) Electrónica Analógica (Gp:) Sistemas de baja frecuencia Tratamiento de señales
(Gp:) Instrumentación Electrónica (Gp:) Sensores Captación de datos Tratamiento de las señales de los sensores
(Gp:) Optoelectrónica (Gp:) Transmisión de datos Captura de información
(Gp:) Electrónica de Comunicaciones (Gp:) Receptores Transmisores Transceptores
¿Cómo se alimentan todos esos circuitos? TODOS los circuitos electrónicos requieren una tensión de alimentación específica En general, los circuitos se alimentan con una tensión continua En función de la aplicación, la tensión de alimentación necesaria puede variar entre 1V y 100V La energía que demandan los circuitos se puede obtener de diversas fuentes: La red eléctrica Una batería Un panel solar Un generador eólico Un generador eléctrico (p.ej. movido con gasolina) En general, la energía que se obtiene de la fuente no puede ser usada directamente por el equipo que se quiere alimentar Es necesario transformar la energía eléctrica
¿Cómo se transforma la energía eléctrica? Utilizando circuitos específicos cuya misión es precisamente tomar la energía de la fuente y transformarla de forma adecuada para que pueda ser usada por la carga. A este tipo de circuitos se les llama CONVERTIDORES Las fuentes de energía se pueden dividir en dos categorías: Tensión alterna: red eléctrica, aerogeneradores, generadores, etc. Tensión continua: baterías, paneles solares, pilas de combustible, etc. Las cargas también se pueden dividir en dos categorías: De tensión continua: circuitos electrónicos en general De tensión alterna: muchos motores (los más robustos) y cargas que por facilidad se alimentan en alterna (Gp:) CARGA CC o CA
(Gp:) FUENTE DE ENERGÍA CC o CA
(Gp:) CONVERTIDOR ELECTRÓNICO
Tipos de convertidores En función de la fuente de energía y de la carga, tenemos 4 tipos de convertidores: Rectificadores Convertidores CC/CC y troceadores Inversores (u onduladores) Cicloconvertidores. Poco usados hoy en día. Sustituidos por la conexión de rectificador e inversor en cascada (Gp:) Convertidores CA/CC
(Gp:) Convertidores CC/CC
(Gp:) Convertidores CC/CA
(Gp:) Convertidores CA/CA
La parte de la Electrónica que estudia este tipo de circuitos se llama: ELECTRÓNICA DE POTENCIA En este curso nos centraremos en las FUENTES DE ALIMENTACIÓN, que son una parte importante de la electrónica de potencia
Niveles de potencia Según el tipo de aplicación, la potencia que debe manejar un convertidor puede variar entre valores del orden de unos pocos mW hasta valores del orden de varios MW Un sensor o un implante electrónico en el cuerpo humano pueden necesitar potencias del orden de 10mW Los niveles de corriente son muy bajos Deben funcionar a tensiones bajas No se pueden calentar Deben ser de tamaño muy pequeño
Niveles de potencia Los equipos electrónicos domésticos consumen potencias del orden de 50 – 300 W. Los más grandes pueden consumir hasta 6kW (Gp:) Según potencia del amplificador: hasta 100-200W
(Gp:) TV 25”: 60 W
(Gp:) TV plana 50”: 600 W
(Gp:) Hasta 300 W
(Gp:) Entre 1 y 6kW
(Gp:) 200 – 300W
(Gp:) “Routing Switch”
Niveles de potencia Los equipos industriales profesionales y los usados en muchas instalaciones pueden consumir potencias del orden de kW Accionadores para motores de tamaño pequeño y mediano Taladros industriales Centralitas telefónicas Otras partes de sistemas de telecomunicaciones Cargadores de baterías (Gp:) Alimentación Telecom 50 kW
(Gp:) Convertidor para motores
Niveles de potencia En las aplicaciones de Tracción y Generación, las potencias pueden llegar a alcanzar potencias del orden de varios MW (Gp:) Potencia: 1 MW Tensión de alimentación: 1500 V, 600 Hz
(Gp:) Potencia: 2,4 MW Tensión de alimentación: 3000 V, 600 Hz
(Gp:) 500 kW – 2 MW
Algunos conceptos elementales (Gp:) Especificaciones de la carga Nivel de potencia del sistema
(Gp:) Especificaciones de la fuente de energía
(Gp:) El convertidor debe ser lo más sencillo y pequeño posible (tamaño, coste)
Para funcionar, el convertidor gasta una cierta cantidad de energía. Debe ser lo menor posible Por el hecho de disipar potencia, los convertidores se van a calentar. Es necesario evacuar el calor (Gp:) Concepto de Rendimiento (Gp:) Convertidor (Gp:) Pin (Gp:) Pout (Gp:) Pérdidas (Gp:) Pin > Pout
Investigación La Electrónica de Potencia es una rama fundamental de la Electrónica Hoy en día es prioritario tener sistemas de potencia fiables, con buenas prestaciones y a un coste razonable. La investigación en este campo es realmente activa a nivel mundial En España es uno de los campos principales de investigación y, probablemente, uno de los más activo dentro de las especialidades electrónicas España está entre los 5 primeros países del mundo en lo que se refiere a producción científica en este campo Ejemplos de universidades muy activas en Electrónica de Potencia : U. Politécnica de Madrid U. de Oviedo U. Carlos III de Madrid U. de Valencia U. Politécnica de Cataluña U. de Cantabria U. de Zaragoza U. Rovira y Virgili U. de Sevilla Virginia Polytechnic U. de Wisconsin- Madison Caltech-California M.I.T Copec-Colorado Aalborg (Dinamarca) Delft (Holanda) ETH (Zurich) Politecnico de Torino
Investigación IEEE: Institute of Electrical and Electronic Engineers Es la mayor organización no gubernamental del mundo Es una especie de colegio de ingenieros eléctricos mundial Se organiza en sociedades temáticas. Ejemplos: PELS: Power Electronics Society IAS: Industry Applications Society IES: Industrial Electronics Society APS: Antennas and Propagation Society COMMS: Communications Society Publica las revistas técnicas más prestigiosas en todo el campo eléctrico: IEEE Transactions IEEE Transactions on Power Electronics IEEE Transactions on Industry Applications IEEE Transactions on Industrial Electronics También organiza congresos de gran prestigio anualmente IEEE APEC: Applied Power Electronics Conference IEEE PESC: Power Electronics Specialists Conference (ahora IEEE ECCE)
Investigación (Gp:) www.ieee.org
(Gp:) www.ieee-pels-spanish-chapter.org
Web del capítulo español de la sociedad de electrónica de potencia Tiene gran cantidad de información: tesis doctorales, seminarios, exámenes de distintas universidades En España esponsoriza un congreso anual: SAAEI – Seminario Anual de Automática, Electrónica Industrial e Instrumentación Es el congreso de Electrónica de Potencia por excelencia en España En cuanto a revistas, únicamente Mundo Electrónico (Boixareu Editores) publica contenidos de esta temática ocasionalmente