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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MATURÍN

CONVERTIDORES DC DC

Autores: Medina, Daniel David C.I: 24.578.041 Asesor Juan Carlos Figueroa

Febrero/2016 INTRODUCCION La necesidad de darle una mejor autonomía a los dispositivos industriales, y el constante progreso y evolución de la ciencia y la tecnología ha provocado en los últimos años un fuerte cambio en el tipo de cargas conectadas a la red eléctrica. Ya que equipos que antiguamente se conectaban directamente a la red eléctrica, ahora son alimentados a través de convertidores electrónicos, debido a que estos son de menor tamaño y mejor rendimiento. Es el caso de equipos cada vez más habituales tanto en los hogares como en los lugares de trabajo. Por ejemplo vídeos, televisores, fotocopiadoras, fax, PC’s y sus periféricos, los distintos tipos de balastos electrónicos utilizados en sistemas de iluminación, etc Los convertidores son elementos capaces de alterar las características de la tensión y la corriente que reciben, transformándola de manera optimizada para los usos específicos donde va a ser destinada en cada caso. El espectacular avance de las telecomunicaciones en los últimos años también ha contribuido en gran medida al aumento del número de equipos electrónicos conectados a la red de distribución eléctrica de baja tensión. Hay estudios que afirman que hasta un 50% de la energía eléctrica consumida hoy en día en los países más desarrollados sufre algún proceso electrónico

CONVERTIDORES DC DC. Los convertidores DC-DC son circuitos que controlan la carga y descarga de energía en sus elementos pasivos almacenadores de energía, es decir, condensadores y bobinas, consiguiendo un cambio en el nivel de una tensión continua; quedando el flujo de energía determinado por el uso y control de elementos conmutadores. Transforma la corriente continúa de una tensión a otra. Suelen ser reguladores de conmutación, dando a su salida una tensión regulada y, la mayoría de las veces con limitación de corriente. Se tiende a utilizar frecuencias de conmutación cada vez más elevadas porque permiten reducir la capacidad de los condensadores, con el consiguiente beneficio de volumen, peso y precio. Permite tener a la salida un voltaje continuo variable, a partir de una fuente DC fija. Básicamente existen dos tipos de configuraciones: Convertidor DC-DC reductor, en el cual el voltaje de salida puede variar entre cero y el valor de la fuente de alimentación; y, convertidor DC-DC e levador, con el que se puede obtener un voltaje de salida mayor a la fuente de alimentación. El principio de funcionamiento será el mismo para todos los convertidores conmutados, es el principio de almacenamiento y transferencia de energía en ciclos de conmutación. Durante el primer intervalo del ciclo de trabajo, el convertidor almacena la energía en la bobina, transfiriendo en el segundo intervalo de trabajo esta energía al condensador. El control gobierna los estados de conducción y de bloqueo de los conmutadores.

Fig. 1 diagrama convertidor Dc Dc

Estabilizan una tensión continua ya sea procedente de baterías o fuente de alimentación pudiendo obtener a la salida una tensión menor, igual o mayor a la de la entrada. Nos podemos encontrar convertidores que realizan la misión de aislamiento galvánico de equipos que estén alimentados con la misma fuente de alimentación. Se pueden alimentar diferentes equipos a diferentes tensiones de alimentación a partir de una única fuente de alimentación. Puede tener la misión de estabilizar tensiones de corriente continua con ruido, poco estables o baterías que varía el estado de la carga. Hay diferentes tipos de convertidores que dependiendo sus particularidades podrán ser más o menos útiles para las aplicaciones anteriores: Convertidor BUCK: Es muy simple, teniendo la masa de entrada y salida unidas, no teniendo la salida aislada de la entrada. La tensión de salida tiene que ser menor y de la misma polaridad que la entrada. Convertidor Elevador (Boost) : La tensión de salida es siempre mayor que la de entrada. No está aislada la salida de la entrada al tener la masa de la entrada y salida unidas. No se puede limitar la corriente de salida electrónicamente.

Convertidor Inverso o de retroceso (Flyback): La salida puede ser de mayor o menor tensión que la de entrada pero con la polaridad invertida. Este tipo de convertidor puede ser de salida aislada de la entrada o no. Y en el modelo que está aislado por medio de un transformador puede ser de varias salidas si el transformador es de múltiples secundarios. Convertidor Directo (Forward): Funciona como el convertidor BUCK pero tiene un transformador que realiza las funciones de aislante de la entrada y la salida pudiendo realizar múltiples salida y de mayor tensión que la entrada dependiendo del devanado del secundario del transformador. Convertidor de Contrafase (PUSH-PULL): Tiene transistores a la entrada del primario realizando una onda simétrica y diodos en el secundario realizando una rectificación de doble onda. Convertidor Puente (Bridge): El funcionamiento es igual en el secundario que en el convertidor de Contrafase y el primario realiza la onda simétrica con cuatro transistores en puente trabajando por parejas. Convertidor Medio Puente(Half-Bridge): Es una simplificación del Convertidor Puente teniendo en el primario dos transistores y dos condensadores.

Convertidores DC AC. Los onduladores (autónomos o no autónomos funcionamiento y aplicaciones, inversores de una fase y métodos para apagar el inversor de una fase). Un inversor es un dispositivo eléctrico que convierte la corriente directa (DC) a corriente alterna (AC), la AC puede ser convertida en cualquier voltaje y frecuencia con el uso de transformadores adecuados, conmutación y control de circuitos. De estado Rígido, los inversores no tienen partes móviles y se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, desde pequeños sistemas de suministro de conmutación de potencia en los ordenadores. Los inversores se utilizan comúnmente para la fuente de alimentación de CA con fuentes de corriente, tales como paneles solares o baterías. Existen varios tipos de los que se encuentran De onda sinusoidal modificada: La salida de un inversor de onda sinusoidal modificada es similar a una salida de onda cuadrada, excepto quela salida pasa a cero voltios durante un tiempo antes de cambiar de positivo o negativo. Es simple

y es compatible con la mayoría de los dispositivos electrónicos, a excepción delos equipos sensibles o especiales, por ejemplo, algunas impresoras láser, lámparas fluorescentes, equipos de audio. Onda senoidal Pura: Un inversor de onda sinusoidal pura genera una salida de onda sinusoidal casi perfecta (< 3% de distorsión armónica total) que es esencialmente la misma que la utilidad proporcionada por la red eléctrica. Por lo tanto, es compatible con todos los dispositivos electrónicos de CA. Este es el tipo de los utilizados en los inversores de conexión a red. Su diseño es más complejo, y cuesta más por unidad de energía. El inversor eléctrico es un oscilador electrónico de alta potencia. ONDULADORES AUTÓNOMOS Están alimentados por una fuente de corriente continua y proporcionan una o varias tensiones alternas. Se puede variar la frecuencia de las tensiones alternas y en algunos casos la relación de transformación continua-alterna. Imponen la tensión y frecuencia a la salida. Transforman una corriente continua en corriente alterna de frecuencia fija o variable. ONDULADORES NO AUTÓNOMOS El ondulador no autónomo o “asistido” está unido a una red de alterna que le impone la frecuencia y forma de onda de la tensión de salida.

FUNCIÓN Y APLICACIÓN DE LOS ONDULADORES

Tienen como función de inversión de tensión o corriente suministrada por la fuente de CC con los medios disponibles hoy día en electrónica de potencia, y es aplicada para Las altas intensidades alcanzadas que facilitan el estudio de materiales, tanto inorgánicos como biológicos, en bajas concentraciones o presentes en muestras de tamaño microscópico así como la investigación de reacciones químicas en tiempo real.

INVERSOR EN FASE

Se trata de un montaje de un transistor bipolar BJT, tipo NPN (MC 140) en emisor común, un Circuito que produce dos tensiones de la misma amplitud, pero opuestas en fase. El transistor está polarizado mediante un divisor de tensión compuesto por R1, R2, Rc y Re. R1 y R2 se encargan de que los 12V que se le aplican como alimentación, queden reducidos a un valor adecuado para polarizar la base. Rc y Re son unas resistencias que limitan la intensidad que circula por el colector y por el emisor. C1 es un condensador de acoplamiento y C2 y C3 son condensadores de desacoplamiento, cuya misión es aislar la componente continua de la señal que se le aplica, de una etapa con respecto a la siguiente. Ve es por donde se le aplica la señal de entrada y Vs1 y Vs2 son los terminales de salida.

Fig. 2 Inversor de fase

CONVERTIDORES DE FRECUENCIA. Es un equipo que permite a partir de una determinada tensión y frecuencia de entrada obtener una tensión de salida con diferente frecuencia. Aplicación La regulación de velocidad realizada por un variador de frecuencia puede aumentar la eficiencia energética (en algunos casos los ahorros suponen mas del 50% de la factura eléctrica), mejorar el factor de potencia y la precisión de los procesos, alargar la vida útil del motor y otras mejoras de rendimiento tales como arranques suaves y capacidad de operar a altas velocidades. También hacen

innecesarios los costosos dispositivos de estrangulación como válvulas corredoras que además consumen muchísima energía.

Fig. 3 Configuración básica de un variador de frecuencia

CONCLUSION El ahorro de energía que ha permitido estos dispositivos ha sido muy positiva esto debido a: Cuando se utilizan variadores de frecuencia en sistemas de transportadores, las unidades evitan la necesidad de engranajes y embragues, que también permiten múltiples velocidades dentro de los sistemas de transporte. Eliminando engranajes y embragues aumenta la eficiencia y disminuye los componentes mecánicos, reduciendo los tiempos de mantenimiento y paro. Además, si se combina con sensores, las unidades son ideales para aplicaciones de espaciamiento en transportadores. Ellos pueden controlar muy rápidamente y con precisión las velocidades de los transportadores.

Una planta cuenta con un motor de 100 caballos de fuerza funcionando 15 horas al día con una válvula de estrangulación (de tres horas a 100 por ciento, tres horas a 80 por ciento, y nueve horas a 50 por ciento de la velocidad). Si la unidad de control de la válvula y la válvula se reemplazan con un variador de frecuencia para que coincida con la velocidad requerida, se obtiene en teoría un ahorro de energía significativo.