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CONVERTIDORES ELECTRÓNICOS DE POTENCIA
Un convertidor electrónico de potencia es un circuito que transforma la energía
eléctrica entrante a otra forma distinta de energía eléctrica a su salida, por ejemplo
una señal alterna convertida a una señal directa o viceversa, una señal alterna
convertirla a otra señal alterna con diferentes parámetros o una señal directa
convertirla a otra señal directa también con diferentes parámetros.
Convertidores AC/DC
Convierten un voltaje de entrada alterno en uno directo y a su vez se clasifican según
su topología utilizada.

Rectificador de media onda
El circuito rectificador de media onda esta constituido básicamente por un diodo en
serie con la carga, en este caso resistiva únicamente. Es el más simple de los
convertidores ya que consta de un solo elemento semiconductor y no requiere control.
El diodo es un elemento semiconductor que únicamente conduce corriente si esta
polarizado directamente por lo tanto si la diferencia de potencial entre ánodo y cátodo
respectivamente es mayor que cero.
La entada de este circuito es un voltaje senoidal a 60 Hz. Este voltaje es transferido a la
carga a través del diodo con la restricción que solo conducirá si en los semiciclos
positivos y el voltaje a la salida será cero mientras a la entrada del circuito existan
semiciclos negativos. El diagrama esquemático es el siguiente:
La forma de onda de salida Vount del Rectificador de media onda.
El voltaje rms de salida esta dado por:
La cual al evaluar resulta:
Donde Vm es el voltaje pico de la fuente de alimentación:
El voltaje medio de salida esta definido por:
Por la ley de Ohm, la corriente máxima en la resistencia es cociente del voltaje máximo
entre la resistencia.
Y de igual forma la corriente media esta dada por el cociente del voltaje medio entre la
resistencia.
Y por ultimo la corriente rms en la carga esta determinada por el cociente del voltaje
rms de salida entre la resistencia de carga.
El factor de potencia es la razón de la potencia media y la potencia aparente.

Rectificador de onda completa
El rectificador de onda completa transfiere el voltaje de entrada a la carga en 2 etapas:
a) Cuando el voltaje de entrada proporciona un semiciclo positivo los diodos 1 y 2
están polarizados directamente mientras que los diodos 3 y 4 están
inversamente polarizados y no conducen.
b) Cuando el voltaje de entrada proporciona un semiciclo negativo los diodos 3 y 4
están polarizados directamente y transfieren el voltaje de la fuente a la carga
mientras que los diodos 1 y 2 están polarizados inversamente lo cual provoca
que no conduzcan corriente en ese periodo de tiempo.
Esquema del rectificador de onda completa
Forma de onda de salida de rectificador de onda completa.
El voltaje de salida rms del rectificador de onda completa esta dada por:
Donde Vm es el voltaje pico de la fuente de alimentación, por lo tanto:
El voltaje medio en la carga esta dado por
Y la potencia en la carga se calcula como:
Por lo tanto, la carga calculada es:
Y la potencia máxima en la carga es:
La corriente máxima en la carga:
La corriente media
Y la corriente rms en la carga
El factor de potencia esta dado por
Las principales aplicaciones de los convertidores AC/DC son fuentes de alimentación
de la mayoría de aparatos electrónicos que funcionan únicamente con corriente
continua como lo es una computadora, reproductores de CD, radios, televisión, etc.
Convertidores AC/AC
Convierten el voltaje alaterno de entrada a un voltaje alterno con diferentes
parámetros como pueden ser valor eficaz y frecuencia donde sus principales usos son
el control de iluminación de lámparas y regular la velocidad de AC principalmente.

Convertidor controlado por de ángulo de fase.
El triac es un dispositivo controlado similar a un diodo con la característica que es
capaz de conducir corriente en ambos sentidos siempre y cuando exista una diferencia
de potencial entre las terminales y además cuando la compuerta esta excitada. En la
siguiente figura se muestra la configuración:
En su configuración mas simple en serie con una resistencia de carga y conectado a
una fuente de alimentación de corriente alterna es capaz de ¨recortar¨ a la señal de
salida tal como se muestra en las siguientes figuras:
En esta figura se muestra el voltaje de salida con un ángulo de disparo ¨alfa¨ de 90
grados.
El fin de recortar al voltaje de salida es para cambiar el voltaje rms y/o voltaje medio
ara diversas aplicaciones por ejemplo el control de iluminación.
El voltaje RMS de salida del convertidor esta dado por:
Y el voltaje medio de salida es cero debido a la simetría de los semiciclos positivos y
negativos por lo tanto:
La carga se calcula mediante:
La corriente pico en la resistencia esta dada por:
El factor de potencia determinado por:
Donde Vm es el voltaje pico de entrada
La potencia media en la carga
Y la potencia máxima disipada
El voltaje pico de salida esta definido por:

Cicloconvertidor
Un cicloconvertidor es un arreglo de rectificadores de onda completa controlados
estratégicamente a fin de poder cambiar tanto al voltaje de salida como la frecuencia
de salida. La siguiente imagen muestra el esquema:
El funcionamiento del cicloconvertidor es muy simple si se analiza en dos partes:
a) Si se controla al rectificador compuesto por los SCRs 1,2,3 y 4 se tiene en la
carga un voltaje en CD
b) Si se controla el rectificador compuesto por los SCRs 5,6,7 y 8 se tienen en la
carga un voltaje en CD contrario al del inciso a)
De esta manera se obtiene una señal de alterna y dependiendo de cuantos semiciclos
se transfieran a la carga en forma alternada se determinara la frecuencia de salida.
Esta aplicación es muy útil para el arranque de motores de AC ya que permite un
arranque lento y gradual hasta llegar a la velocidad máxima del motor. En la figura se
muestra la forma de onda de salida de un cicloconvertidor a 30 Hz ya que se
transfieren a la carga 2 semiciclo por cada rectificador controlado.
El voltaje rms a la salida del cicloconvertidor esta dado por
Donde el Vm es el voltaje pico de la fuente
El voltaje medio a la salida es cero ya que por simetría el valor medio de los semiciclos
positivos son exactamente iguales siempre y cuando los rectificadores se disparen para
un mismo valor de ¨alfa¨
El factor de potencia esta dado por:
La corriente RMS en la carga esta dada por:
La corriente pico por:
Donde
Y la potencia máxima en la carga esta dada por:
Convertidores DC/AC
Estos convertidores también llamados inversores ya que hacen la función inversa de
los rectificadores ya que el voltaje de entrada es una fuente de voltaje directo y a su
salida se obtienen una señal alterna.

Circuitos medio puente
Su funcionamiento es bastante simple, fácil de implementar y controlar. Requiere
únicamente 2 transistores de potencia.
Cuando el transistor 1 se conecta (y se desactiva el transistor 2) la corriente fluye a
través de T1, la carga y C2 lo cual provoca que en la resistencia de carga la polaridad
sea positiva en el extremo derecho y negativa en el izquierdo. El voltaje en la fuente a
su vez se divide en 2, la mitad cae en la resistencia de carga y la otra mitad cae en C2.
Cuando el transistor 1 se desactiva y se activa el transistor 2 ahora la corriente fluye a
través del capacitor C1, la larga y el transistor 2, lo cual provoca que la polaridad sea
positiva en el extremo izquierdo de la carga y negativa en el derecho.
De igual manera el voltaje en la fuente se divide en 2, la mitad para la resistencia de
carga y la otra mitad cae en el capacitor C1.
La figura muestra la forma de entrada y de salida del medio puente.
El voltaje de salida de medio puente es:
Por simetría, el voltaje medio es cero y por lo tanto la corriente media en la carga
también es cero.
La corriente RMS en la carga esta definido por:
Donde R es la resistencia de carga:

Puente H.
El puente H similar al medio puente con la ventaja de que a su salida proporciona
Vs. A diferencia de que el medio puente solo proporciona a la carga la mitad del voltaje
de entrada.
Diagrama esquemático del puente H.
Compuesto ahora de 4 transistores de potencia. Si se activan los transistores 1 y 2 ( y
se desactivan los transistores 3 y 4) la corriente fluye de la fuente hacia el transistor 1,
la carga y el transistor 2. De esta manera la polaridad en la carga es exactamente el
mismo que el de la fuente.
Por otro lado cuando se activan los transistores 3 y 4 y se desactivan los transistores 1
y 2, a corriente fluye desde el transistor 4, la carga, y el transistor 3. Así la polaridad en
la carga es positiva en el extremo derecho de la carga y negativa en el izquierdo.
Forma de entrada y salida del puente H.
El voltaje rms de salida para el puente H es:
La corriente RMS en la carga esta definido por:
Donde R es la resistencia de carga
Los circuitos de medio puente y puente H con carga resistiva únicamente también son
llamados inversores de onda cuadrada y son muy utilizados actualmente en
dispositivos de seguridad para apagones eléctricos, ¨no break¨, también muy utilizados
en autos y camiones para invertir de un voltaje de DC de 12 Volts a un voltaje de AC de
120 Volts.
FREDDY GARCES MELO