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Los suministros de energía industrial forman la columna vertebral de la automatización, fabricación y maquinaria pesada, y en el corazón de estos sistemas se encuentra una función crucial: convertir la corriente alterna (AC) de la red en corriente directa estable (DC) requerida por la mayoría de circuitos electrónicos. Los ingenieros y profesionales del mantenimiento deben navegar por un paisaje diverso de topologías de convertidores AC-A-DC, cada una con consideraciones únicas de eficiencia, coste, ruido, densidad de potencia y complejidad de control.
1. Rectificadores (Alambrado de la mitad y ala completa)
Los rectificadores son los convertidores de AC-to-DC más simples y fundamentales, utilizando diodos para permitir el flujo actual en una sola dirección. Resoluciones de onda de agua utilizan un solo diodo para cortar la mitad negativa de la forma de onda AC, produciendo una salida de onda de alta velocidad con un contenido de onda muy alto.
2. Rectificadores de puente
Los rectificadores de puente representan la configuración de rectificación de onda completa más utilizada. Mediante la asignación de cuatro diodos en un puente en forma de diamante, el circuito dirige automáticamente la corriente a la carga durante los ciclos de medias positivos y negativos de la entrada de AC. Esto elimina la necesidad de un transformador con función de los costes de transformador y el tamaño.
3. Suministros de energía lineal
Los equipos de regulación de calor se convierten en un transistor de alta tensión, un condensador de filtro y un regulador de tensión lineal.El transformador se reduce a la tensión de la línea AC, el rectificador y el filtro producen un DC crudo, y el regulador lineal, a menudo un transistor de transistor de serie, elimina el exceso de tensión para mantener una salida estable.
4. Convertidores de potencia de conmutación
Los convertidores de potencia de conmutación se han convertido en la topología dominante para los modernos suministros de energía industrial debido a su alta eficiencia (80-95%), tamaño compacto, y capacidad para regular sobre un amplio rango de tensión de entrada. En lugar de disipar el exceso de energía como calor, estos convertidores de velocidad de conmutación rápido (MOSFETs o IGBT) en alta frecuencia (a menudo 20 kHz a varios condensadores de alta definición)
4.1 Convertidores de Buck
Los convertidores de flujo de carga son, además, los convertidores de potencia de alta velocidad de DC, los que se utilizan en el sistema de transmisión de valores de alta tensión, los que se utilizan en el sistema de transmisión de datos de alta velocidad, los sistemas de transmisión de transmisión de datos de alta tensión y de transmisión de datos de alta velocidad.
4.2 Convertidores de boosto
Los convertidores de salida, o los convertidores de paso, aumentan un voltaje DC más bajo a un voltaje DC más alto. En los suministros de energía industrial, los convertidores de impulso se utilizan a menudo en las etapas de corrección del factor de potencia (PFC), donde una entrada AC rectificada (alrededor de 100–400 V DC según línea) se aumenta a un voltaje regulado superior de tensión (por ejemplo 380–400 V DC)
4.3 Convertidores de volajes
Los controladores de energía de alta velocidad son una topología de conmutación aislada popular para niveles de potencia bajos a medianos (normalmente hasta 150 W). Se derivan de la topología de arranque de peso y utilizan un inductor de conexión (transformer) que proporciona aislamiento galvánico entre entrada y salida.Cuando el interruptor principal se activa, la energía de almacenamiento en el campo magnético del transformador es muy eficaz.
4.4 Convertidores de carga de empuje
Los convertidores de presión utilizan dos transistores de conmutación alternativamente para impulsar el enrollamiento primario de un transformador con punta central. Esta configuración proporciona una transferencia de potencia eficiente y una buena utilización de transformadores para niveles de potencia medio a alto (Cientos de vatios a varios kilovatios). Cada interruptor conduce por la mitad del período de conmutación, creando un voltaje AC simétrico a través del transductor primario.
4.5 Resonant Converters
Los convertidores de alta eficiencia de la serie de resonancias incorporan un circuito de tanque resonante (inductor y condensador) que moldea las ondas actuales y de tensión, permitiendo que los interruptores de potencia se enciendan o se desactivan en la corriente cero.
5. Convertidores SCR (Receptor Controlado de Silicio / Tiristor)
Los convertidores de SCR, también conocidos como rectificadores de tisristor, utilizan rectificadores controlados de silicio en lugar de diodos para lograr rectificación controlada. Al ajustar el ángulo de disparo, el punto en cada ciclo de AC cuando se activa el SCR, el voltaje de salida puede variar de cerca de cero a la tensión máxima rectificada.
6. Otros tipos de conversión especializados
Más allá de las principales categorías anteriores, los ingenieros encuentran convertidores de potencia ACbuck-to-DC especializados para requisitos industriales de nicho. Convertidores de potencia de CA proporcionan salidas invertidas y desplegadas con corriente continua de entrada y salida, beneficiosas para aplicaciones de baja potencia.
Conclusión
La selección del convertidor de potencia adecuado de AC a DC para una fuente de alimentación industrial implica equilibrar la eficiencia, el tamaño, la regulación, el ruido, el costo y el nivel de potencia. Los rectificadores simples y los rectificadores de puente proporcionan un rendimiento de gran coste DC, pero no regulan.
Para mayor exploración, consulte los recursos rectifier fundamentals], ] [Diseño de reguladores de conmutación], y teoría de convertidor resonante].