Catto / Mapa de Temas · Electrónica de Potencia 5to nivel
Electrónica de Potencia · 96 h · Contenido 4 de 8

Convertidores CA-CA

Con el disparo a 90°, un control de fase le entrega la mitad de la potencia a un calefactor, pero su corriente lleva un 54 % de tercer armónico y el factor de potencia baja a 0,71 aunque la carga sea una resistencia.

Control de fase Triac Ciclos enteros Arrancador suave Cicloconvertidor

01Controladores de tensión alterna

Un controlador de tensión alterna regula la tensión eficaz sobre una carga sin cambiar la frecuencia. Se arma con dos tiristores en antiparalelo o, en potencias chicas, con un triac. Hay dos formas de manejarlo:

MétodoCómo funcionaUso
Control de faseEn cada semiciclo se dispara con un retardo α; la carga recibe solo el final de cada semiondaAtenuadores de luz, motores universales, arrancadores suaves
Control por ciclos enterosSe deja pasar n ciclos completos de cada N, conmutando en el cruce por ceroCalefactores y hornos con mucha inercia térmica

Con carga resistiva y control de fase, la tensión eficaz sobre la carga es:

\[ V_{ef} = V \sqrt{1 - \frac{\alpha}{\pi} + \frac{\sin 2\alpha}{2\pi}} \] El factor de potencia es \( V_{ef}/V \), menor que 1 aunque la carga sea una resistencia: la corriente de red no es senoidal y su fundamental queda atrasada respecto de la tensión. El control por ciclos enteros no genera armónicos de la red, pero produce fluctuaciones de baja frecuencia que se notan como parpadeo en la iluminación.
Laboratorio · control de fase

Un calefactor de 1 kW en 230 V y 50 Hz con control de fase. Arriba, la tensión sobre la carga en un ciclo, igual en forma a la corriente; abajo, sus armónicos impares en porcentaje de la fundamental.

Con carga inductiva, la corriente sigue circulando después del cruce por cero de la tensión; si α es menor que el ángulo de la carga, el control se pierde. Los arrancadores suaves de motores de inducción suben α de a poco para limitar la corriente de arranque y luego se puentean con un contactor.

02Cambiar la frecuencia

El cicloconvertidor arma una tensión de baja frecuencia con tramos de la red, usando dos puentes de tiristores en antiparalelo por fase; sirvió para grandes accionamientos de baja velocidad, como molinos, con frecuencias de salida de hasta un tercio de la de red. El convertidor matricial conecta cada fase de salida a cualquiera de entrada con llaves bidireccionales, sin elementos de almacenamiento intermedios. Pero la solución que domina la industria es indirecta: un rectificador que carga un bus de continua y un inversor que genera la tensión alterna de la frecuencia deseada, tema de las páginas siguientes.

03En el laboratorio

Actividad 1 · Atenuador

Con un triac, un diac y una red RC, armar un atenuador para una lámpara incandescente y medir la tensión eficaz con un multímetro de verdadero valor eficaz y con uno de valor medio.

Actividad 2 · Armónicos

Medir con un analizador de redes el espectro de la corriente de un atenuador a varios ángulos y compararlo con el laboratorio.

Actividad 3 · Ciclos enteros

Controlar un calefactor con un relé de estado sólido con detección de cruce por cero y observar la corriente.

04Errores frecuentes

  • Medir la tensión recortada con un multímetro de valor medio. Solo uno de verdadero valor eficaz da el resultado correcto.
  • Creer que una carga resistiva siempre tiene factor de potencia 1. Con control de fase no.
  • Controlar una lámpara con ciclos enteros. Parpadea visiblemente.
  • Disparar con pulsos cortos una carga inductiva. La corriente no llega a la de enganche y el tiristor no queda encendido.

05Autoevaluación

¿Qué fracción de la potencia recibe una carga resistiva con α = 90°?

La mitad: \( V_{ef}^2/V^2 = 1 - 1/2 = 0{,}5 \).

¿Cuál es entonces su factor de potencia?

\( \sqrt{0{,}5} \approx 0{,}71 \).

¿Por qué el control por ciclos enteros no genera armónicos de la red?

Porque conmuta en los cruces por cero y deja pasar ciclos senoidales completos; en cambio, genera componentes de frecuencia menor que la de red.

¿Cómo se cambia hoy la frecuencia de un motor de la industria?

Con un rectificador, un bus de continua y un inversor.

06Para ampliar

  • Muhammad H. Rashid. Electrónica de potencia. 4.ª ed., Pearson. Los controladores de tensión alterna y los cicloconvertidores.
  • Ned Mohan, Tore M. Undeland y William P. Robbins. Power Electronics: Converters, Applications, and Design. 3.ª ed., Wiley, 2003. Los convertidores CA-CA en el conjunto de la materia.
  • Bimal K. Bose. Modern Power Electronics and AC Drives. Prentice Hall, 2002. Los cicloconvertidores y los convertidores matriciales en los accionamientos.
Desarrollo del contenido «Convertidores CA-CA» de Electrónica de Potencia (quinto nivel), según el diseño curricular de Ingeniería Electrónica, Plan 2023 — Ordenanza N° 1849 del Consejo Superior de la UTN. Volver al Mapa de Temas · catto.ar