Robert Piqué López - Electrónica de potencia

Además del papel jugado en el aprovechamiento de estas fuentes de grandes energías, la Electrónica de Potencia juega un papel capital en el cambio paulatino de modelo de vehículo de transporte de personas y mercancías. Sin duda, el “cuello de botella” que frena el desarrollo del vehículo eléctrico (desde un punto de vista técnico) es la baja densidad energética que las baterías tienen frente a los carburantes obtenidos de combustibles fósiles. Sin embargo, y pese a este grave inconveniente que lastra la autonomía de los vehículos eléctricos, las grandes ventajas que presentan desde el punto de vista energético se basan en la recuperación de su energía mecánica en los procesos de deceleración y descenso, recuperación que sería imposible sin el concurso de la Electrónica de Potencia. Sin duda, el futuro desarrollo del vehículo eléctrico va a requerir la formación de todo tipo de técnicos (incluidos ingenieros) que comprendan bien el funcionamiento de los convertidores electrónicos de potencia encargados de las transformaciones de la energía eléctrica que en él tienen lugar, desde el punto de recarga de baterías hasta las mismas baterías, desde éstas hasta el motor eléctrico y desde éste de nuevo hasta las baterías (y quizás incluso en algunos casos, de nuevo hasta la red eléctrica). Incluso si el futuro del transporte eléctrico se basara en pilas de combustible de hidrógeno, el papel de la Electrónica de Potencia en ese vehículo sería igualmente muy relevante.

Con un futuro en el que la Electrónica de Potencia muestra su importancia en todos los campos citados anteriormente, aparece el texto que el lector tiene en sus manos en este momento. Se trata de un texto en el que se aborda un estudio completo de las conversiones propias de la Electrónica de Potencia: conversión continua-continua en el Capítulo 4, conversión continua-alterna en el Capítulo 5, conversión alterna-continua en el Capítulo 6 y conversión alterna-alterna en el Capítulo 7. Una introducción al control de los convertidores encargados de las conversiones citadas se aborda en el Capítulo 8, que predispone al lector a continuar en el estudio de esta materia, especialmente en lo referente al modelado dinámico de las etapas de potencia. Previo al estudio de las conversiones, los autores nos presentan una primera parte (Capítulos 1, 2 y 3) en la que se introduce la Electrónica de Potencia, se establecen los principios básicos de la teoría de circuitos y del manejo de señales eléctricas y se sistematiza el estudio del proceso de conmutación y de las conversiones que van a ser posibles usando interruptores. Estos primeros capítulos marcan en gran medida el espíritu del resto del texto: estudios rigurosos que persiguen una generalización sistemática de conceptos que lleve al lector a comprender que los circuitos presentados después se pueden concebir de forma lógica y no como consecuencia de un proceso de “prueba y error”, proceso que en el contexto de esta materia sería imprudente (cuando no peligroso). También siguiendo el rigor habitual en el texto, los autores proponen la realización de ejercicios directamente relacionados con lo que se está explicando en cada momento y la simulación de circuitos que el lector deberá realizar usando el programa PSIM. Asimismo, el lector puede encontrar apartados de conclusiones en cada capítulo, donde se sintetizan los conocimientos adquiridos, así como una selección de la bibliografía más útil en ese capítulo.

Como síntesis de todo esto, recalcar de nuevo que se trata de un texto riguroso y sistemático sobre una materia de muy creciente importancia en el futuro de las sociedades avanzadas.

Javier Sebastián

Área de Tecnología Electrónica

Universidad de Oviedo

I - FUNDAMENTOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA I - FUNDAMENTOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA 1 Introducción a la Electrónica de Potencia Resumen En este primer capítulo se precisa el alcance de la Electrónica de Potencia dentro del campo de la electrónica, haciendo una distinción clara entre una electrónica de conversión de energía y una electrónica de tratamiento de señal. Se clasifican y definen los convertidores estáticos de energía atendiendo a diversos criterios y, de forma razonada, se determinan cuales deben ser los componentes constitutivos de un convertidor estático. Se realiza una revisión del estado actual y de las tendencias futuras de los semiconductores empleados en Electrónica de Potencia. Finalmente, se indican los ámbitos de aplicación de la Electrónica de Potencia.

1. Introducción a la Electrónica de Potencia I - FUNDAMENTOS DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA 1 Introducción a la Electrónica de Potencia Resumen En este primer capítulo se precisa el alcance de la Electrónica de Potencia dentro del campo de la electrónica, haciendo una distinción clara entre una electrónica de conversión de energía y una electrónica de tratamiento de señal. Se clasifican y definen los convertidores estáticos de energía atendiendo a diversos criterios y, de forma razonada, se determinan cuales deben ser los componentes constitutivos de un convertidor estático. Se realiza una revisión del estado actual y de las tendencias futuras de los semiconductores empleados en Electrónica de Potencia. Finalmente, se indican los ámbitos de aplicación de la Electrónica de Potencia.

1.1. ¿Qué es la Electrónica de Potencia?

1.2. Clasificación de los convertidores estáticos

1.3. El interruptor como elemento constitutivo básico del convertidor estático

1.4. Estado actual y tendencias en los interruptores comerciales

1.5. Ámbitos de aplicación de la Electrónica de Potencia

1.6. Conclusiones

1.7. Cuestiones de repaso y ejercicios propuestos

2. Principios básicos

2.1. Definiciones previas

2.2. Elementos circuitales

2.3. Leyes y teoremas

2.4. Regímenes transitorios

2.5. Series de Fourier. Transformada de Fourier

2.6. Potencias en un régimen periódico

2.7. Conclusiones

2.8. Cuestiones de repaso y ejercicios propuestos

3. Interruptores y conmutación

3.1. El interruptor ideal

3.2. Caracterización estática de los interruptores

3.3. Caracterización dinámica de los interruptores

3.4. Estudio del proceso de conmutación

3.5. Caracterización completa de los interruptores. Diagramas de transición de estados

3.6. Síntesis básica de estructuras empleando interruptores

3.7. Conclusiones

3.8. Cuestiones de repaso y ejercicios propuestos

II - CONVERTIDORES ESTÁTICOS ESTRUCTURAS

4. Convertidores continua-continua

4.1. Introducción. Clasificación

4.2. Estructuras básicas de los troceadores de un cuadrante

4.3. Troceadores sin aislamiento galvánico de un cuadrante

4.4. Troceadores de dos y cuatro cuadrantes. Reversibilidad

4.5. Troceadores con aislamiento galvánico de un interruptor controlado

4.6. Convertidores CC-CC con aislamiento y diversos interruptores

4.7. Resumen de características de los convertidores CC-CC

4.8. Sobre el control de los convertidores CC-CC

4.9. Conclusiones

4.10. Cuestiones de repaso y ejercicios propuestos

5. Convertidores continua-alterna

5.1. Conceptos generales

5.2. Onduladores monofásicos de cuadrada y cuasi-cuadrada

5.3. Sobre el control de la rama onduladora

5.4. Onduladores monofásicos con modulación de ancho de pulsos sinusoidal sincrónica

5.5. Onduladores trifásicos de enlace directo

5.6. Conclusiones

5.7. Cuestiones de repaso y ejercicios propuestos

6. Convertidores alterna-continua