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Sistemas electrónicos de alimentación en corriente alterna y continua. Diseño de convertidores de potencia conmutados para aplicaciones específicas

Departamento De Ingeniería Electrónica

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Multitud de equipos eléctricos, electrónicos, informáticos, mecánicos, hidráulicos, incorporan fuentes de alimentación de salida alterna (AC) o continua (DC) que trabajan a partir de una entrada AC o DC de diferentes niveles de tensión y potencia. Estos sistemas electrónicos de alimentación están basados en convertidores de potencia conmutados, resonantes o cuasi-resonantes para conseguir una reducción de tamaño y peso, a la vez que un rendimiento muy alto. Otras características deseables en estos convertidores es la baja distorsión armónica de las formas de onda generadas, una respuesta dinámica adecuada y robusta ante variaciones de la carga y de la entrada, y el control de emisiones electromagnéticas (EMI-EMC). El GSEI tiene la capacidad del diseño, simulación, construcción y evaluación de estos sistemas a medida de las especificaciones del cliente: - Diseño y puesta en marcha de: * Convertidores de potencia con alto rendimiento, densidad de potencia, dinámica y fiabilidad: inversores, rectificadores conmutados con alto factor de potencia y convertidores DC-DC * Sistemas completos de procesado de energía para el automóvil convencional, híbrido y eléctrico * Fuentes de alimentación conmutadas e inversores para equipos de audio. Amplificadores de audio de alta dinámica, alto rendimiento, tamaño reducido y baja distorsión * Sistemas de alimentación ininterrumpida individuales y modulares. Alimentación AC de cargas críticas (equipos médicos e informáticos) * Inversores para el control de velocidad de máquinas eléctricas y servomotores * Convertidores DC-DC modulares basados en paralelización * Etapas de entrada rectificadoras (AC-DC) con corrección de factor de potencia - Convertidores multinivel para reducción de pérdidas en los semiconductores y facilitación del filtrado de armónicos con filtros de tamaño reducido. Aplicaciones en media-alta tensión. - Electrónica de potencia para sistemas de iluminación: balastos electrónicos, iluminación por LEDs, lámparas de equipos audiovisuales. - Diseño integral del convertidor y del control con procesador digital de señal (DSP) para ejecución de algoritmos de procesado de potencia sofisticados. - Evaluación de equipos electrónicos de control de potencia. Medidas de rendimiento, respuesta dinámica, armónicos, cumplimiento de normativas. - Precertificación de armónicos y compatibilidad electromagnética (EMI-EMC) de equipos de procesado de potencia.
Responsable científico

Garcerá Sanfeliú Gabriel

Participantes

González Medina Raúl, Abellán García Antonio, Martínez Cerver Juan Antonio, Pascual Molto Marcos, Miró Orozco Ignacio, Figueres Amorós Emilio, Benavent García José Manuel, Garcerá Sanfeliú Gabriel, Sandia Paredes Jesús, González Espín Francisco José

Aplicaciones

  • Fuentes de alimentación conmutadas, sistemas de alimentación ininterrumpida, convertidores DC-DC para sistemas de informáticos (microprocesadores), cargadores de baterías, inversores resonantes para sistemas de iluminación (balastos electrónicos) o cocinas de inducción, fuentes de alimentación e inversores para amplificadores de audio, electrónica de potencia en el automóvil y vehículos eléctricos, rectificadores conmutados con alto factor de potencia, sistemas de alimentación de gran densidad de potencia para sistemas de telecomunicación y satélites, alimentación de juguetes y máquinas herramienta, variadores de velocidad de máquinas eléctricas y sistemas de tracción, fuentes de alimentación de alta tensión para láseres, rayos-x y tubos de microondas, convertidores de potencia multinivel para sistemas de media y alta tensión, sistemas modulares de alimentación AC y DC, etc..

Ventajas técnicas

  • Alto rendimiento.
  • Tamaño y peso reducidos. Aislamiento a alta frecuencia.
  • Alta fiabilidad y vida media.
  • Control avanzado con procesador digital de señal (DSP) que permite algoritmos de control en tiempo real altamente sofisticados.
  • Respuesta dinámica rápida y robusta ante variaciones de la carga y la entrada.
  • Cumplimiento de normativas de armónicos y compatibilidad electromagnética (EMI-EMC).
  • Redundancia y continuidad en la alimentación ante el fallo de un módulo en sistemas modulares de alimentación AC y DC.
  • Reducción de filtros y pérdidas en los semiconductores mediante convertidores multinivel en aplicaciones de baja, media y alta tensión. Mediante estos convertidores se puede evitar el uso de transformadores reductores-elevadores de tensión, pues se facilita el funcionamiento del convertidor de potencia a tensiones altas.
  • Alto factor de potencia en etapas de entrada basadas en rectificadores conmutados. Operación a partir de entrada universal.
  • Sustitución de motores basados en combustibles fósiles por motores eléctricos basados en baterías o en motores híbridos. Reducción de emisiones de CO2.
  • Máximo aprovechamiento de un motor eléctrico al realizar su control electrónicamente. Operación con par máximo para un amplio rango de velocidades. Operación con alta dinámica de motores de inducción. Control de motores sin necesidad de sensores de velocidad y de posición (sensorless control).

Beneficios que aporta

  • Incorporando convertidores de potencia conmutados, frente a (por ejemplo) fuentes de alimentación lineales, se consigue un producto más competitivo en el mercado al reducirse el tamaño y el peso del producto final, así como aumentar el rendimiento eléctrico, lo que reduce su consumo. En el caso de sistemas alimentados a baterías, se incrementa notablemente la autonomía de los mismos debido a ese aumento del rendimiento y a la reducción del peso. Esa mejora de la autonomía se aplica también a vehículos eléctricos. Si se sustituyen los vehículos de combustible fósil por los eléctricos, además de disminuir las emisiones de CO2, se disminuye la dependencia de operadoras energéticas extranjeras. Se puede calcular a fecha de octubre de 2008 que el coste económico de repostar de un coche eléctrico frente a uno convencional (coste de recarga de la batería frente a coste de llenado del depósito de gasolina para la misma autonomía en km) es del 20%. En general, al aumentar el rendimiento de los sistemas de alimentación conectados a la red de distribución, el beneficio económico es inmediato debido a la reducción del consumo eléctrico.

Experiencia relevante

  • El grupo tiene más de 10 años de experiencia en el diseño de convertidores electrónicos de potencia. La experiencia más relevante de transferencia de tecnología relacionada con esta capacidad se plasma en los siguientes contratos de los últimos años: 1) Desarrollo de Un Inversor Trifásico de 100 KVA para Sistemas de Generación Fotovoltaica con Conexión a Red Duración: 27/07/06 al 27/01/08 Entidad financiadora: Siliken S.A. 2) Sistema de Alimentación AC-DC Conmutado de 2kw para Amplificadores de Audio Duración: 01/09/05 al 01/11/06 Entidad financiadora : VMB Española, S.A 3) I+D en Vehículos de Entorno Urbano de Peso Reducido y Bajo Consumo (GSEI) Duración: 21/02/08 al 21/01/09 Entidad financiadora : IMPIVA -Instituto De La Mediana Y Pequeña Industria Valenciana 4) Desarrollo de Una Fuente de Alimentación Conmutada Específica para Amplificadores de Audio Duración: 15/01/99 al 15/07/99 Entidad financiadora : DAS Audio, S.A.