Conversión de energía eléctrica
En todos los campos de la ingeniería eléctrica, la conversión de energía es el proceso de convertir energía eléctrica de una forma a otra. Un convertidor de potencia es un dispositivo eléctrico o electromecánico para convertir energía eléctrica. Un convertidor de potencia puede convertir corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) y viceversa; cambiar el voltaje o la frecuencia de la corriente o hacer alguna combinación de estos. El convertidor de potencia puede ser tan simple como un transformador o puede ser un sistema mucho más complejo, como un convertidor resonante. El término también puede referirse a una clase de maquinaria eléctrica que se utiliza para convertir una frecuencia de corriente alterna en otra. Los sistemas de conversión de energía suelen incorporar redundancia y regulación de voltaje.
Los convertidores de potencia se clasifican según el tipo de conversión de potencia que realizan. Una forma de clasificar los sistemas de conversión de energía es según si la entrada y salida son de corriente alterna o de corriente continua. Finalmente, la tarea de todos los convertidores de potencia es "procesar y controlar el flujo de energía eléctrica suministrando voltajes y corrientes en una forma que se adapte de manera óptima a las cargas de los usuarios".
Conversión de energía CC
CC a CC
Los siguientes dispositivos pueden convertir CC a CC:
- Regulador lineal
- Regulador de tensión
- Motor-generador
- convertidor rotativo
- Fuente de alimentación conmutada
CC a CA
Los siguientes dispositivos pueden convertir CC a CA:
- Inversor de energía
- Motor-generador
- convertidor rotativo
- Fuente de alimentación conmutada
- Chopper (electrónica)
Conversión de energía CA
CA a CC
Los siguientes dispositivos pueden convertir CA a CC:
- Rectificador
- Mains power supply unit (PSU)
- Motor-generador
- convertidor rotativo
- Fuente de alimentación conmutada
CA a CA
Los siguientes dispositivos pueden convertir CA en CA:
- Transformador o autotransformador
- Voltaje convertidor
- Regulador de tensión
- Cicloconverter
- Transformador de frecuencia variable
- Motor-generador
- convertidor rotativo
- Fuente de alimentación conmutada
Otros sistemas
También existen dispositivos y métodos para convertir entre sistemas de energía diseñados para operación monofásica y trifásica.
El voltaje y la frecuencia de alimentación estándar varían de un país a otro y, a veces, dentro de un mismo país. En América del Norte y el norte de América del Sur, suele ser de 120 voltios, 60 hercios (Hz), pero en Europa, Asia, África y muchas otras partes del mundo, suele ser de 230 voltios, 50 Hz. Los aviones suelen utilizar energía de 400 Hz internamente, por lo que se necesita una conversión de frecuencia de 50 Hz o 60 Hz a 400 Hz para su uso en la unidad de energía en tierra utilizada para alimentar el avión mientras está en tierra. Por el contrario, la energía interna de 400 Hz se puede convertir a 50 Hz o 60 Hz para las tomas de corriente disponibles para los pasajeros durante el vuelo.
Ciertos circuitos especializados también pueden considerarse convertidores de potencia, como el subsistema de transformador flyback que alimenta un CRT y genera alto voltaje a aproximadamente 15 kHz.
La electrónica de consumo generalmente incluye un adaptador de CA (un tipo de fuente de alimentación) para convertir la corriente CA de la red eléctrica en CC de bajo voltaje adecuada para el consumo de microchips. Los convertidores de voltaje de consumo (también conocidos como "convertidores de viaje") se utilizan cuando se viaja entre países que utilizan ~120 V frente a ~240 V CA. (También hay "adaptadores" de consumo que simplemente forman una conexión eléctrica entre dos enchufes y tomas de corriente alterna con formas diferentes, pero no cambian ni el voltaje ni la frecuencia).
Por qué utilizar transformadores en convertidores de potencia
Los transformadores se utilizan en convertidores de potencia para incorporar:
- Aislamiento eléctrico
- Paso de tensión hacia arriba
El circuito secundario está flotando, cuando tocas el circuito secundario, simplemente arrastras su potencial al potencial de tu cuerpo o al potencial de la tierra. No habrá corriente fluyendo a través de tu cuerpo. Es por eso que puede usar su teléfono celular de manera segura mientras se está cargando, incluso si su teléfono celular tiene una carcasa metálica y está conectado al circuito secundario.
Los convertidores de potencia, que funcionan a alta frecuencia y suministran baja potencia, tienen transformadores mucho más pequeños en comparación con los de aplicaciones de alta potencia y frecuencia fundamental. Por lo general, en los sistemas eléctricos, los transformadores transmiten energía simultáneamente, ¡sin carga! La corriente en el devanado primario de un transformador desempeña dos funciones:
- Establece el flujo mutuo de acuerdo con la ley de Ampere.
- Equilibra el efecto demagnetización de la corriente de carga en el bobinado secundario.
El transformador del convertidor Flyback funciona de manera diferente, como un inductor. En cada ciclo, el transformador del convertidor flyback primero se carga y luego libera su energía a la carga. En consecuencia, el entrehierro del transformador del convertidor flyback tiene dos funciones. No sólo determina la inductancia sino que también almacena energía. Para el convertidor flyback, la separación del transformador puede tener la función de transmisión de energía a través de ciclos de carga y descarga.
La permeabilidad relativa del núcleo puede ser > 1.000, incluso > 10,000. Mientras que la brecha de aire presenta una mayor permeabilidad, por lo tanto tiene mayor densidad de energía.
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