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Conversin electrnica de potencia MEI

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Al t rmino del curso, el alumno tendr la capacidad necesaria para el dise o de ... Aprovechar eficientemente la energ a tiene notables ventajas. Econ micas ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Conversin electrnica de potencia MEI


1
Conversión electrónica de potencia (MEI)
Diseño de circuitos electrónicos de potencia
(MDE)
Prof. Juan Manuel Hernández Cid,
PhD j.hernandez_at_ieee.org, Cubículo 23, edificio E
2
Objetivo general
  • Al término del curso, el alumno tendrá la
    capacidad necesaria para el diseño de circuitos
    electrónicos de potencia fundamentales y el
    desarrollo innovador de sistemas electrónicos de
    potencia incluyendo la realización física,
    caracterización y prueba de los dispositivos y
    los sistemas, aplicando la experimentación e
    integración de tecnologías emergentes en el campo
    de la electrónica de potencia.

3
Contenido
  • Introducción a los convertidores electrónicos de
    potencia.
  • Desempeño y selección de semiconductores de
    potencia.
  • Consideraciones térmicas de semiconductores de
    potencia.
  • Diseño de rectificadores y reguladores de
    potencia.
  • Diseño de troceadores y fuentes de conmutación.
  • Diseño de onduladores o inversores.
  • Desarrollo innovador de sistemas electrónicos de
    potencia.

4
Textos
5
Textos
6
Introducción
  • Sociedad global con problemas globales la
    globalización. Este fenómeno mundial ofrece
    nuevas oportunidades e importantes desafíos. Para
    enfrentarlos de manera más eficaz y eficiente,
    conviene una revisión global de la época actual
    buscando construir una sociedad más justa y
    humana.

7
Introducción
  • La electrónica industrial ofrece una amplio
    conjunto de tecnologías tendientes tanto a la
    generación de energía eléctrica por fuentes
    alternas y su aprovechamiento más eficiente como
    a la modernización de las empresas.
  • Estas alternativas permiten al menos mitigar
    algunos de los principales problemas de la
    humanidad.

8
Qué es la Electrónica de Potencia?
9
Electrónica Industrial
10
Electrónica Industrial
  • "The Industrial Electronics Society through its
    members encompasses a diverse range of technical
    activities devoted to the application of
    electronics and electrical sciences for the
    enhancement of industrial and manufacturing
    processes. These technical activities address the
    latest developments in intelligent and computer
    control systems, robotics, factory communications
    and automation, flexible manufacturing, data
    acquisition and signal processing, vision
    systems, and power electronics. " IEEE
    Industrial Electronics Soc.

11
Electrónica de Potencia
  • Esta tecnología abarca el uso de componentes
    electrónicos, la aplicación de la teoría de
    circuitos y técnicas de diseño, y el desarrollo
    de herramientas analíticas para la conversión
    electrónica eficiente, el control, y el
    acondicionamiento de la energía eléctrica IEEE
    Power Electronics Society (PELS)

12
Especialista en Electrónica de Potencia
  • El perfil de un especialista sería aquel técnico
    capaz de diseñar interruptores de potencia,
    calcular bobinas y transformadores, modelar
    sistemas, conocer el comportamiento dinámico,
    diseñar lazos de control, emplear
    microprocesadores, microcontroladores,
    procesadores de señal y circuitos integrados
    específicos.

13
Ofrece soluciones
  • La electrónica industrial ofrece una amplio
    conjunto de tecnologías para
  • La modernización de las empresas.
  • La generación de energía eléctrica por fuentes
    alternas y su aprovechamiento más eficiente.
  • Estas alternativas permiten, si no solucionar, al
    menos mitigar muchos de los principales problemas
    de la humanidad.

14
Nivel de importancia
  • Aproximadamente el 40 de la potencia generada en
    países desarrollados es procesada en alguna etapa
    por sistemas convertidores electrónicos de
    potencia.
  • Semiconductor GTO
  • 6000 A , 6000 V
  • Toshiba SG600JX26

15
Impacto
  • La rapidez de respuesta de los convertidores
    electrónicos de potencia ofrece un mejor
    desempeño de los sistemas de control.
  • El empleo de convertidores permite el uso
    eficiente de la energía eléctrica y aprovechar
    fuentes no convencionales de generación de
    energía eléctrica.

16
Fuentes de generación de energía
  • Petróleo
  • Carbón
  • Energía nuclear
  • Fuentes renovables
  • Hidroeléctrica
  • Biomasa Eoloeléctrica
  • Maremotríz Energía solar
  • Geotérmica Celdas de combustible
  • Conservación y uso eficiente de energía

17
La energía eléctrica
  • La energía eléctrica se produce principalmente en
    centrales termoeléctricas mediante la combustión
    de petróleo, combustible primario no renovable.
  • Las emisiones contaminantes, los problemas de
    requerimiento de agua, los efectos ecológicos y
    el efecto climático de invernadero que por la
    combustión del petróleo se producen son de enorme
    consideración.

18
El uso eficiente de la energía alternativa a su
generación
  • Aprovechar eficientemente la energía tiene
    notables ventajas
  • Económicas
  • Ofrece mayor competitividad y valor agregado
  • Ambientales
  • Permite menor contaminación atmosférica
  • Sociales
  • Se obtiene mejora en la calidad de vida

19
Control de potencia
20
Interruptores para control de potencia
Características de potencia Interruptor
cerrado v(t) 0 Interruptor abierto i(t)
0 En cualquier caso p(t) v(t) i(t) 0 El
interruptor ideal consume cero potencia
21
Elementos disponibles para el diseñador
22
Elementos disponibles para el diseñador
23
Ejemplo
Cuánto dura operando el equipo con una batería
plenamente cargada?
24
Áreas de aplicación
  • Control de luminarias
  • Fuentes de alimentación
  • Automatización industrial
  • Variadores de velocidad para cargas variables.
  • Control de demanda.
  • Control del factor de potencia.
  • Calidad de la energía eléctrica.
  • Transporte
  • Almacenamiento de energía
  • Multimegawatt
  • Controladores
  • Transmisión y distribución

25
Control de luminarias.
Estrategias de Control en Lámparas de Alta
Presión para la Eliminación de Resonancias
Acústicas CENIDET
Control digital de iluminación para el foro de
televisión del ITESO
Aplicación de una metodología de diseño para el
desarrollo de sistemas electrónicos de potencia y
presentación de un ejemplo. Diseño de una
balastra electrónica utilizando un convertidor
resonante controlado por microcontrolador.
26
Fuentes de alimentación
Desarrollo de una fuente conmutada para
amplificación de audio en un ambiente automotriz
Sistema de iluminación de emergencia basado en
lámparas fluorescentes
27
Automatización industrial
Diseño y construcción de un sistema de control de
factor de potencia en motores de inducción,
usando microprocesador (1983)
28
Automatización industrial
Sistema de medición del desplazamiento axial de
un horno giratorio
Mesa para simulación de sismos
29
Automatización industrial
Control difuso de un regulador de voltaje por
modulación de ancho de pulso del vector espacial
para control directo de torque de máquinas de
inducción
Variador de velocidad para motores de c.a.
30
Automatización industrial
Control Multifuncional para Motores Eléctricos de
Inducción 10-50 HP
31
Transporte
Honda Civic 2004 19,650 usd, 46/51 mpg, 8513.4
HP
Control digital de un convertidor destinado a un
auto híbrido (1987) Proyecto del LAAS del CNRS
Toyota Prius 2004 20,810 usd, 60/51/55 mpg,
7667 HP
Vehículos híbridos
32
Transporte
moldeco vehículo de distribución.
Merlín ITESO 2000 vel 35 km/h
Vehículos eléctricos
Trolebús en el centro de Gdl.
33
Transporte
Diseño de un variador de velocidad con frenado
dinámico regenerativo para motor de inducción,
aplicado a vehículos eléctricos.
34
Producción, almacenamiento y aprovechamiento de
la energía
Sistema fotovoltáico comercial para la población
huichola de San Miguel Waisxtita, Jal.
Módulo SR90 12/6 V, 5.4/10.8 A, 90 W
(1.498x0.594 m)
35
Multimegawatt
Detailed analysis of a multi-pulse
STATCOM CINVESTAV-IPN Guadalajara
Módulo de HVDC (High Voltage Direct Current)
Interconexión entre Francia e Inglaterra mediante
cable submarino a alta tensión en c.d. (270 kV,
2000 MW) convertidos a c.a. (400 kV, 50 Hz).
36
Conversión de energía eléctrica
  • A partir de C.C.
  • Alimentaciones regulables de C.C. variable.
  • Reguladores de máquinas de C.C. en tracción
    ferroviaria de hasta 4 MW
  • Alimentaciones de emergencia en C.A. de hasta 100
    KW.
  • Alimentaciones ininterrumpidas de hasta 1 MW.
  • Alimentaciones en alta frecuencia para hornos de
    inducción, equipos de ozono, trampas de polvos.
  • Alimentaciones de frecuencia y tensión variables
    para máquinas de C.A., de hasta 500 KW para
    máquinas de inducción y hasta 50 MW para máquinas
    síncronas.
  • A partir de C.A.
  • Cargadores de baterías.
  • Excitadores de máquinas eléctricas.
  • Reguladores de velocidad de motores C.C. de hasta
    1 MW
  • Rectificadores para procesos electroquímicos de
    hasta 1 MW y corrientes de hasta 300,000 A.
  • Fuentes de alimentación de electroimanes para la
    física de altas energías de hasta varias decenas
    de MW.
  • Subestaciones de interconexión de redes de alta
    tensión de C.A. mediante líneas de C.C. de hasta
    40,000 MW.
  • Reguladores de velocidad de motores de C.A. a
    frecuencia y tensión variable de hasta 6 MVA.

37
(No Transcript)
38
Características generales de un convertidor
  • Mejores características eléctricas (rapidez de
    respuesta)
  • Mayor rendimiento de operación o eficiencia
  • Mayor fiabilidad y tiempo de vida
  • Carencia práctica de mantenimiento
  • Ausencia de vibraciones
  • Ausencia de arcos eléctricos

39
Convertidores electrónicos de potencia
40
Clasificación de convertidores
41
Tipos de convertidores
42
Tipos de convertidores electrónicos de potencia
43
Tendencias futuras
  • Dispositivos más eficientes y compactos
  • Integración de sistemas
  • Aplicaciones automotrices
  • Confiabilidad térmica

Módulo PM100CVA120 100 A, 1200 V
44
Algunos desarrollos industriales clave
  • Industria aeroespacial
  • Reemplazar los actuadores hidráulicos por
    actuadores eléctricos
  • Industria automotriz
  • sistemas drive-by-wire, steer-by-wire y
    brake-by-wire sistema eléctrico dual 42V/12V
  • Industria de manufactura
  • motores polifásicos ventajosos sobre los
    trifásicos con menores pulsaciones de torque,
    mayor tolerancia a fallas y elevada eficiencia
  • Políticas de ahorro y calidad de la energía y
    preocupaciones sobre el cambio climático global

45
Proyectos Tecnológicos IEEE 2004
DaimlerChrysler Sprinter Van 15 personas con un
presupuesto de 1 525 000.00 USD
Consumo anual de gasolina para 59 km por día
promedio
46
Proyectos Tecnológicos IEEE 2004
Superconductor Motors U.S. Office of Naval
Research, 25 personas con un presupuesto de 78
millones USD para dos motores de 5 MW
47
Proyectos Tecnológicos IEEE 2004
FAILED
HY-WIRE GM, 500 personas con presupuesto de más
de 1 billón usd
48
Actualidad
Tren eléctrico por levitación magnética logra el
día 2 de diciembre 2003, el record mundial de
velocidad con 581 km/h sobre una línea de 18.4 km
longitud en Tokio, Japón
49
Transporte
Transrapid de Alemania (450 kph)
MLX01 de Japón (548 kph)
Trenes por levitación magnética
50
Hacia una nueva revolución
Los transistores de señal y circuitos integrados
base de la moderna época computacional pueden
considerarse como una 1a. revolución tecnológica.
Ahora, los conjuntos de semiconductores de alta
potencia emergentes prometen una 2a. revolución
La electrónica de potencia jugará un rol crítico
en el empleo eficiente de la energía y en la
automatización industrial global en este siglo
XXI
51
Dónde se puede encontrar la información sobre
los nuevos avances?
52
Congresos internacionales
  • IEEE Power Electronics Specialists
    Conference(PESC)
  • IEEE Applied Power Electronics Conference (APEC)
  • IEEE Industry Applications Society Annual Meeting
    (IASAM)
  • IEEE International Telecommunications Energy
    Conference (INTELEC)
  • IEEE International Conference on Industrial
    Electronics Control and Instrumentation (IECON)
  • IEEE International Power Electronics Congress
    (CIEP)
  • European Conference on Power Electronics and
    Applications (EPE)
  • Power Electronics Drives Motion Contol (PCIM)
  • IEE International Conference on Power Electronics
    and Variable Speed Drives (PEVD)

53
Revistas internacionales
  • IEEE Transactions on Power Electronics
  • IEEE Transactions on Industry Applications
  • IEEE Transactions on Industrial Electronics
  • IEEE Transactions on Aerospace and Electronic
    Systems
  • IEEE Transactions on Electron Devices
  • IEE Proceedings, part B
  • European Power Electronics and Drives
  • Power Conversion and Intelligent Motion Europe
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