Transcript Procesos de Potencia

Procesos de
Potencia
Definición electrónica
de potencia
El ideal básico del
convertidor
Elementos de diseño
Implicaciones de
potencia
Fuentes
de
Energía
Energía
eléctrica,
aplicaciones y
dispositivos
Conversión
Administración
Involucra el estudio
de circuitos
electrónicos
destinados a
controlar el flujo de
energía eléctrica.
Definición formal
Procesos de
Potencia
Redes eléctricas
Control conmutación
Definición electrónica
de potencia
El ideal básico del
convertidor
Control realimentado
Elementos de diseño
Implicaciones de
potencia
Operación del Sistema
Sistemas
de
Control
Fuentes de
Potencia
Potencia
y Energía
Power
Electronics
Controladore
de Motor
Electrónica y
dispositivos
Circuitos
Contexto
Semiconductores de
potencia
Campos
magnéticos y
eléctricos
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El ideal básico del
convertidor
Elementos de diseño
Implicaciones de
potencia
Fuente de
energía
eléctrica
Requerimientos
Y límites
Simplicidad
Integración
Carga
eléctrica
Carga DC, AC, no
lineales, de corriente
Fuentes variables (V,F)
DC, AC, polifásica
Fuente de
energía
eléctrica
Se resume en
Requerimientos
Convertidor
de Potencia
Convertidor
de Potencia
Circuito de
Control
Carga
eléctrica
Pérdidas
Calentamiento
Corrientes de fuga
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El ideal básico del
convertidor
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Implicaciones de
potencia
Circuitos con un
solo interruptor
Si Vac > 0 sw → ON
Si Vac <= 0 sw → OFF
Convertidor AC/DC, sw ideal
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Implicaciones de
potencia
V e I son
relevantes
en la
acción del
sw
Circuitos con un
solo interruptor
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Implicaciones de
potencia
Balance de energía
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Implicaciones de
potencia
Balance de energía
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Implicaciones de
potencia
Indirect Converter
La matriz de
switches
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Implicaciones de
potencia
Convertidor Matricial
Hard
ware
Soft
ware
Interface
Ejemplos de
matrices
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Implicaciones de
potencia
Restricciones de
conmutación
ON
Conduce cualquier corriente, cualquier
dirección, V = 0
OFF I = 0, sin importar el voltaje aplicado
Interruptor Ideal
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Implicaciones de
potencia
Conmutación instantánea
Sin pérdidas
ON
limita el nivel y dirección de la
corriente, V ≠ 0
OFF
I ≠ 0, corrientes de fuga
Limitaciones en el voltaje que puede
mantener en circuito abierto
Conmutación no es idealmente instantánea
Interruptor Real
Diodos
Tiristores
Transistores
TRIAC
El hardware
BJT
MCT
FET
SCR
Diodo
GTO
IGBT
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potencia
El hardware
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Implicaciones de
potencia
1 1 1
1 0 0
0 0 0
𝑞(𝑡)
Pulse-Width Modulation PWM
 DT (duty cicle), ciclo de
trabajo ó ancho de pulso
 Fsw = 1/T, periodicidad
en el tiempo
 T0, retardo de tiempo
El software
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Implicaciones de
potencia
Filtros LC
Aplicaciones Vout
Filtros Activos
Aplicaciones Vout
La interface
Reducción del rizado
Reducción THD
AC
DC
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potencia
Potencia Instantánea
𝑝 𝑡 = 𝑣 𝑡 ∗ 𝑖(𝑡)
Energía
W=
𝑡2
𝑝
𝑡1
𝑡 𝑑𝑡
Potencia Media
1
𝑃=
𝑇
Def. potencia y
energía
𝑡0 +𝑇
𝑡0
1
𝑝 𝑡 𝑑𝑡 =
𝑇
𝑡0 +𝑇
𝑣 𝑡 𝑖 𝑡 𝑑𝑡
𝑡0
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potencia
Ejemplo
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Ejemplo
Energía Absorbida
Potencia media
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En una señal periódica, la relación instantánea cumple con:
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L
Energía
almacenada
Relación
V-I
Valor
Inicial=final
Valores
Medios
Potencia y energía
en L y C
C
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Implicaciones de
potencia
𝑣 𝑡 =𝐿
𝑑𝑖
𝑑𝑡
absorbe
𝑝 𝑡 = 𝑣 𝑡 𝑖(𝑡)
entrega
Ejemplo
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Implicaciones de
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Conducción 0 < t < t1
Corte t1 < t < T
Potencia
Recuperación de
energía
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Implicaciones de
potencia
Corte t1 < t < T
𝑉𝐿 = −𝑉𝑐𝑐
1 𝑡
1 𝑡
𝑉𝑐𝑐 𝑡1
𝑖𝐿 𝑡 =
𝑣𝐿 𝜆 𝑑𝜆 + 𝑖𝐿 𝑡1 =
−𝑉𝑐𝑐 𝑑𝜆 +
𝐿 𝑡1
𝐿 𝑡1
𝐿
𝑉𝑐𝑐
𝑉𝑐𝑐
𝑖𝐿 𝑡 =
𝑡1 − 𝑡 + 𝑡1 =
(2𝑡1 − 𝑡)
𝐿
𝐿
Recuperación de
energía
𝑖𝑆 (𝑡) = −𝑖𝐿 (𝑡)
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Definición electrónica
de potencia
El ideal básico del
convertidor
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Implicaciones de
potencia
Valor eficaz ó valor cuadrático medio
Tensión
continua
𝑉𝑐𝑐 2
𝑅
Tensión
periódica
𝑃=
𝑉𝑒𝑓 2
𝑅
Potencia media
𝑇
1
𝑇
𝑃=
𝑝 𝑡 𝑑𝑡 =
0
1
𝑇
𝑇
0
𝑣 2 (𝑡)
1 1
𝑑𝑡 =
𝑅
𝑅 𝑇
𝑇
𝑣 2 𝑡 𝑑𝑡
0
Luego
𝑃=
𝑉𝑒𝑓 2
𝑅
1 1
=
𝑅 𝑇
𝑉𝑒𝑓 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 =
Valores RMS
𝑃=
𝑇
𝑣 2 𝑡 𝑑𝑡
0
1
𝑇
𝑉𝑒𝑓 2 =
𝑇
𝑣 2 𝑡 𝑑𝑡
0
𝐼𝑒𝑓 = 𝐼𝑟𝑚𝑠 =
1
𝑇
1
𝑇
𝑇
𝑣 2 𝑡 𝑑𝑡
0
𝑇
𝑖 2 𝑡 𝑑𝑡
0
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de potencia
El ideal básico del
convertidor
Elementos de diseño
Implicaciones de
potencia
𝑣 𝑡 =
𝑣 𝑡 =
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
2𝜋
1
2𝜋
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
𝑣 𝑡 = 𝑉𝑚 𝑠𝑒𝑛(𝑤𝑡)
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
Algunos valores
RMS
𝑉𝑚 0 < 𝑡 < 𝐷𝑇
0 𝐷𝑇 < 𝑡 < 𝑇
2
𝑉𝑚
𝐷𝑇
1
𝑇
1
𝑇
𝑉𝑚
2
𝑇
𝑑𝑡 +
0
0𝑑𝑡 = 𝑉𝑚 𝐷
𝐷𝑇
𝑇
𝑉𝑚
2
𝑠𝑒𝑛2 𝑤𝑡 𝑑𝑡
𝑇=
0
𝑠𝑒𝑛2 𝑤𝑡 𝑑wt =
2𝜋
𝑤
𝑉𝑚
2
0
𝑉𝑚 𝑠𝑒𝑛(𝑤𝑡) 0 < 𝑡 < 𝑇/2
0 𝑇/2 < 𝑡 < 𝑇
𝜋
1
2𝜋
1
2𝜋
𝑉𝑚
2
2𝜋
𝑠𝑒𝑛2 𝑤𝑡 𝑑wt +
0𝑑𝑤𝑡
0
𝜋
𝑉𝑚
𝜋
2
𝑠𝑒𝑛2 𝑤𝑡 𝑑wt =
0
1 1
2 2𝜋
𝜋
𝑉𝑚
2
𝑠𝑒𝑛2 𝑤𝑡 𝑑wt
0
1 𝑉𝑚 𝑉𝑚
=
2 2
2
𝑣 𝑡 = 𝑉𝑚 𝑠𝑒𝑛(𝑤𝑡)
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
1
2𝜋
2𝜋
𝑉𝑚
0
2
𝑠𝑒𝑛2 𝑤𝑡 𝑑wt =
𝑉𝑚
2
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El ideal básico del
convertidor
Elementos de diseño
Implicaciones de
potencia
Potencia aparente
Para CA
𝑆 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐼𝑟𝑚𝑠
Factor de potencia
𝑓𝑝 =
𝑃
𝑃
=
𝑆 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐼𝑟𝑚𝑠
Potencia reactiva
La potencia instantánea es
Usando identidades trigonométricas
La potencia media es
Q = 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐼𝑟𝑚𝑠 𝑠𝑒𝑛(𝜃 − 𝜙)
Potencia compleja
𝕊 = 𝑃 + 𝑗𝑄 = 𝕍𝑟𝑚𝑠 𝕀𝑟𝑚𝑠 ∗ En términos de los valores eficaces
𝑺= 𝕊
El factor de potencia resulta en
𝑓𝑝 =
La potencia
compleja
𝑃
𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐼𝑟𝑚𝑠 cos(𝜃 − 𝜙)
=
= cos(𝜃 − 𝜙)
𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐼𝑟𝑚𝑠
𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐼𝑟𝑚𝑠
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Elementos de diseño
Implicaciones de
Alternativamente
potencia
con
Valor eficaz de f(t)
Potencia media
Señales no
sinusoidales