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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