Lección 2 – [PPT Powerpoint]

  • Leccin 2Sistemas Electrnicos de Alimentacin5 Curso. Ingeniera de TelecomunicacinEspecificaciones de Fuentes de Alimentacin
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificacin tcnica de un convertidor Tipo de fuente Tensin mxima Tensin nominal Tensin mnima Frecuencia Contenido armnico de la corriente Corriente de entrada al enchufar el equipo Fluctuaciones rpidas en la tensin de entrada Potencia mxima Tensin de salida Rizado de la tensin Regulacin esttica Regulacin dinmica Rendimiento Protecciones de entrada Protecciones de salida Seales y Alarmas Dimensiones Normas Temperaturas Ventilacin Tiempo de mantenimiento
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de entradaLa fuente de entrada puede ser de alterna o de continuaFuentes de alterna La ms habitual es la red elctrica Generadores movidos por motores de combustin AerogeneradoresEn el caso de convertidores conectados a la red, se debe especificar:Tensin nominal (valor eficaz):- 230 V en Europa- 240 V en el Reino Unido- 110 V en EE.UU- 100 V en Japn- 230 V en AustraliaEn Espaa se est migrando actualmente de 220 V a 230 V
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de entradaMrgenes de variacin de la tensin de entrada: En funcin de la hora del da y de la carga de la red, la tensin puede variar entre ciertos mrgenes. Sin embargo, el convertidor debe poder funcionar con cualquiera de esas tensiones:- En Europa: 190 265 V- En EEUU: 90 130 V Si el equipo es porttil y es susceptible de ser llevado en un viaje (ordenadores, mquinas de afeitar, cargadores de telfonos, etc.) hoy en da es habitual especificar como rango de tensin de entrada el llamado Rango Universal: 90-265V. De esta forma, es posible conectar estos equipos en cualquier lugar del mundoPor motivo de ahorro de costes en gestin de stocks, muchos equipos industriales tienen tambin esta especificacin
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de entradaFrecuencia: La frecuencia de la red cambia segn el lugar del mundo:- En Europa: 50 Hz- En EEUU: 60 Hz- En Japn: El norte a 50 Hz y el sur a 60 HzCorriente de entrada al enchufar el equipo (Inrush Current):Se suele permitir una pequea variacin con respecto al valor nominal: 3HzContenido armnico de la corriente de entrada:
  • Especificaciones de ConvertidoresLa Electricidad en el Mundo
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de entradaPosibles fluctuaciones rpidas en la tensin de entrada:Hueco de tensin (Outage)Fallo de semiciclo de redDesvanecimiento (Sag o Dip)Elevacin (Swell)
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de entradaFuentes de continua Hay muchas fuentes de alimentacin que tienen como entrada una tensin continua. sta puede provenir de: – Una batera – Un panel solar – La salida de otro convertidorBateras Las tensiones de las bateras dependen del valor de tensin que produce cada clula electroqumica: – Ni-Cd : 1,2V – Pb: 2V – Ni-Mh: 1,2 VPara obtener otro valor de tensin, se conectan clulas en serie
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de entrada Durante el proceso de carga, la tensin de la batera sube por encima de su valor nominal. Podemos simplificar el modelo suponiendo que tiene una resistencia en serie. Por ejemplo, la batera de un coche (12 V) en carga sube hasta 13,6 V. Cuando se descargan, las bateras mantienen su valor nominal durante casi todo el tiempo. Sin embargo, cuando est bastante descargada, la tensin empieza a decrecer. Si la tensin baja mucho, la batera se puede daar. La tensin mnima hasta la que se pueden descargar con seguridad es la tensin de descarga profunda. Por ejemplo, la batera de un coche (12 V) se puede descargar hasta 10 V.
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de entrada Especificaciones tpicas con bateras son:- En coches: 12 V. Variacin: 13,6 10 V- Camiones: 24 V. Variacin: 27,2 20 V- Telecomunicaciones: 48 V. Variacin: 54,4 36 V Hasta hace poco se estaba llevando a cabo un proceso de migracin en los automviles para pasar de bateras de 12 V a bateras de mayor tensin. Los nuevos sistemas para automviles se crea que iban a trabajar a 42 V. Sin embargo, los coches elctricos se estn diseando con bateras de alta tensin (en torno a 300 V). El Toyota Prius (hbrido) usa una batera de 264 V.
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de entradaPaneles Solares Los paneles solares se construyen conectando en serie y en paralelo conjuntos de clulas fotovoltaicas fabricadas con silicio La curva V-I de un panel solar tiene la siguiente forma:
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de entradaOtro convertidor como fuente de energa de entrada En muchas ocasiones, a la salida de un convertidor se conecta otro en cascada Por tanto, las especificaciones de entrada del convertidor CC/CC2 se corresponden con las especificaciones de salida del convertidor CC/CC1. De esta forma, especificaciones de entrada tpicas pueden ser: – 48 V en sistemas de telecomunicaciones – 12 V en sistemas con microprocesadores – 400 V en sistemas con correccin previa del factor de potencia
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de funcionamiento El rendimiento es una de las principales especificaciones de funcionamiento es de los convertidores. En un convertidor IDEAL, la potencia de entrada sera igual a la de salida y, por tanto, el rendimiento sera del 100%. Sin embargo, un convertidor real disipa una cierta cantidad de energa en su funcionamiento (prdidas):Rendimiento Los convertidores electrnicos pueden llegar a tener rendimientos muy elevados (hasta el 98%). Los rendimientos tpicos oscilan entre el 80% y el 94% aproximadamente.Las prdidas se disipan en forma de CALOR
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de funcionamientoProtecciones En el funcionamiento habitual del convertidor puede haber situaciones fortuitas que lleguen a causar daos irreversibles al propio convertidor. Para evitarlo se implementan protecciones, tanto a la entrada como a la salida. Sobretensin de entrada Baja tensin a la entrada Sobretensin de salida Sobrecorriente de salida Cortocircuito a la salida En caso de que se produzca alguna de estas situaciones, los circuitos de control pueden intentar solventar el problema o simplemente apagar el convertidorSeales y alarmas Adems, se pueden activar sistemas de alarma para avisar de un problema Tambin es habitual tener LEDs de Marcha, Standby, etc.
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de funcionamientoDimensionesNormas Una especificacin fundamental es el tamao del convertidor: Largo x Ancho x Altura En aplicaciones industriales, los tamaos estn normalizados para que se puedan adaptar a los racks De seguridad De Compatibilidad Electromagntica De construccin
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de funcionamientoTemperaturasVentilacin Como en cualquier circuito, es necesario especificar el rango de temperaturas en el que puede trabajar correctamente el convertidor. Lo normal es que el rango sea entre 0C y 45C, aunque depende de la aplicacin. En automocin p.ej, el rango es ms exigente. El convertidor puede estar diseado para funcionar con conveccin natural o con ventilacin forzada. Este dato es fundamental para dimensionar adecuadamente los radiadores.
  • Especificaciones de ConvertidoresTiempo de mantenimiento (Hold-up time) Si la tensin de red desaparece durante un corto periodo de tiempo, los equipos deben poder seguir funcionando. Este tiempo se especifica como tiempo de mantenimiento. Los valores tpicos a potencia mxima son 10ms o 20 ms.Especificaciones de funcionamiento
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de salidaPotenciaTensin de salida La potencia mxima de salida condiciona fuertemente el diseo de los convertidores Es uno de los datos fundamentales de la especificacin. Puede tener una gran importancia en la seleccin de la topologa. En general, el valor de la tensin de salida depende de la carga que se pretende alimentar: Telecomunicaciones: 48 V, 24 V y 12 V. Microprocesadores: 3,3 V, 1,5 V, 1,2 V y disminuyendo en las nuevas generaciones. Equipos para automviles (Radio, CD, etc): 12 V. Equipos de audio: 70 V. Circuitos digitales en general: 5 V, 12 V.
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de salidaRegulacin estticaRizado de la tensin de salida La tensin de salida siempre tiene una componente de alterna indeseada superpuesta a la componente de continua (tensin nominal de salida). A esta componente de alterna se le llama RIZADO. Su suele especificar la amplitud del rizado en forma de % con respecto al valor nominal.Especificaciones tpicas son: 1%, 2%, 5% En funcin del punto de trabajo (tensin de entrada y potencia de salida), el valor de la tensin de salida (la componente de continua) suele variar ligeramente. Esta variacin se acota en las especificaciones del convertidor en forma de % con respecto al valor medio frente a variaciones de la tensin de entrada y de la potencia (o corriente) de salida. Los valores tpicos son: 1%, 3%, 5%.
  • Especificaciones de ConvertidoresEspecificaciones de salidaRegulacin dinmica Cuando hay un cambio repentino de la tensin de entrada o en la carga, el convertidor y el circuito de control que regula la tensin de salida tardan un cierto tiempo en responder. La especificacin de regulacin dinmica acota tanto la oscilacin que se produce como el tiempo de estabilizacin de la tensin de salidaLas oscilaciones pueden llegar a ser de hasta el 10% y el tiempo de respuesta puede variar entre algunos s hasta decenas de ms. Todo ello depende fuertemente de la aplicacin.**

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