FUENTES DE PODER

Fuentes Lineales

En electrónica, una fuente de alimentación es un circuito que convierte la tensión alterna de la red industrial en una tensión prácticamente continua.

Clasificación

Las fuentes de alimentación o fuentes de poder se pueden clasificar atendiendo a varios criterios: Fuentes analógicas: sus sistemas de control son analógicos.

Fuentes de alimentación continuas

Usualmente la entrada es una tensión alterna proveniente de la red eléctrica comercial y la salida es una tensión continua con bajo nivel de rizado. Constan de tres o cuatro etapas:

sección de entrada: compuesta principalmente por un rectificador, también tiene elementos de protección como fusibles, varistores, etc.

regulación: su misión es mantener la salida en los valores prefijados.

salida: su misión es filtrar, controlar, limitar, proteger y adaptar la fuente a la carga a la que esté conectada.

Este tipo de fuentes pueden ser tanto lineales como conmutadas.

Las Fuentes Lineales

Siguen el esquema: transformador, rectificador, filtro, regulación y salida. En primer lugar el transformador adapta los niveles de tensión y proporciona aislamiento galvánico. El circuito que convierte la corriente alterna en continua se llama rectificador, después suelen llevar un circuito que disminuye el rizado como un filtro de condensador. La regulación se consigue con uncomponente disipativo regulable. La salida puede ser simplemente un condensador.

En la imagen se muestra un esquema de una fuente de poder lineal como las que alguna vez se utilizaron como fuentes para computadores (hasta los años 80). Actualmente ya no se usan pues las fuentes “conmutadas” las superan en prestaciones, principalmente en el rendimiento.
Las etapas principales son reducción (transformador), rectificación, filtrado y regulación. En los diagramas inferiores se ve la forma de onda del voltaje en cada una de las etapas ya mencionadas.

Transformador

Se denomina transformador a una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir el voltaje o tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la frecuencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal, esto es, sin pérdidas, es igual a la que se obtiene a la salida. Las máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su diseño, tamaño, etc.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce o hierro silicio. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado "terciario", de menor tensión que el secundario.

Funcionamiento

Representación esquemática del transformador.
Si se aplica una fuerza electromotriz alterna en el devanado primario, las variaciones de intensidad y sentido de la corriente alterna crearán un campo magnético variable dependiendo de la frecuencia de la corriente. Este campo magnético variable originará, por inducción electromagnética, la aparición de una fuerza electromotriz en los extremos del devanado secundario.

La relación entre la fuerza electromotriz inductora (Ep), la aplicada al devanado primario y la fuerza electromotriz inducida (Es), la obtenida en el secundario, es directamente proporcional al número de espiras de los devanados primario (Np) y secundario (Ns) .

La razón de transformación del voltaje entre el bobinado primario y el secundario depende del números de vueltas que tenga cada uno. Si el número de vueltas del secundario es el triple del primario, en el secundario habrá el triple de tensión.

Esta particularidad se utiliza en la red de transporte de energía eléctrica: al poder efectuar el transporte a altas tensiones y pequeñas intensidades, se disminuyen las pérdidas por [efecto Joule] y se minimiza el costo de los conductores.

Así, si el número de espiras (vueltas) del secundario es 100 veces mayor que el del primario, al aplicar una tensión alterna de 230 voltios en el primario, se obtienen 23.000 voltios en el secundario (una relación 100 veces superior, como lo es la relación de espiras). A la relación entre el número de vueltas o espiras del primario y las del secundario se le llama relación de vueltas del transformador o relación de transformación.

Ahora bien, como la potencia aplicada en el primario, en caso de un transformador ideal, debe ser igual a la obtenida en el secundario, el producto de la fuerza electromotriz por la intensidad (potencia) debe ser constante, con lo que en el caso del ejemplo, si la intensidad circulante por el primario es de 10 amperios, la del secundario será de solo 0,1 amperios (una centésima parte).

Rectificador

En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.

Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.

Atendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando sólo se utiliza uno de los semiciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos semiciclos son aprovechados.
El tipo más básico de rectificador es el rectificador monofásico de media onda, constituido por un único diodo entre la fuente de alimentación alterna y la carga.

Filtrado

Como se puede apreciar en las Figuras 2 y 3 la corriente contínua obtenida en la salida de los rectificadores es pulsatoria, lo que la inutilizaría para la mayoría de las aplicaciones electrónicas.
Para evitar este inconveniente se procede a un filtrado para eliminar el rizado de la señal pulsante rectificada. Esto se realiza mediante filtros RC (resistencia-capacitancia) o LC (inductancia-capacitancia), obteniéndose finalmente a la salida una corriente continua con un rizado que depende del filtro y la carga, de modo que sin carga alguna, no existe rizado. Debe notarse que este filtro no es lineal, por la existencia de los diodos, que cargan rápidamente los condensadores, los cuales a su vez, se descargan lentamente a través de la carga.

La tensión de rizado (Vr) será mucho menor que V si la constante de tiempo del condensador R·C es mucho mayor que el período de la señal. Entonces consideraremos la pendiente de descarga lineal y, por tanto, Vr = Vpico·T / (R·C) Siendo R·C la cte de tiempo del condensador, T el período de la señal y Vpico la tensión de pico de la señal..

Mas Informacion en http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador

Filtro De Condensador

Un filtro de condensador es un circuito eléctrico formado por la asociación de diodo y condensador destinado a filtrar o aplanar el rizado, dando como resultado una señal eléctrica de corriente continua cuya tensión no varía prácticamente en el tiempo. El circuito es el mismo que el empleado en la rectificación añadiendo un condensador, por lo que al igual que existen rectificadores de media onda y de onda completa existen filtros de condensador de media y onda completa.

Principio de funcionamiento

Imaginemos, para simplificar el análisis, que el diodo es ideal, es decir, conduce polarizado en directa y no conduce polarizado en inversa e inicialmente el condensador está descargado.

Supongamos que la tensión de entrada es sinusoidal. Al principio, por ser ésta positiva polariza el diodo en directa y éste conduce, de modo que la tensión en el condensador vo es igual a la de entrada (vo = vi).

Cuando se alcanza el máximo de tensión (VM) el condensador ha completado su carga y a partir de entonces la señal de entrada comienza a disminuir. Al ocurrir esto el condensador intenta descargarse a través del diodo pero como la polarización es inversa no conduce; el condensador no puede entonces descargarse quedando entre sus bornes una diferencia de potencial vo = VM que se mantendrá permanentemente cualquiera que sea la tensión de entrada.

En definitiva, la tensión sinusoidal de entrada, corriente alterna, se ha convertido en corriente continua.

Si por cualquier circunstancia la señal de entrada alcanzara un nuevo máximo V'M > VM, el condensador simplemente se cargaría hasta esa tensión quedando luego una corriente continua de valor V'M.

Aplicaciones

Este circuito puede usarse, en fuentes de alimentación para lograr transformar la tensión alterna de la entrada en contínua a la salida. Normalmente forma parte de circuitos de potencia más complicados como son los conversores de potencia. En estos casos el valor del condensador debe ser alto.

Ajustando el valor del condensador para que tenga un mayor margen de variación puede utilizarse este circuito para la demodulación de señales AM, el resultado es una señal parecida a la envolvente de la señal modulada. Para esta aplicación el valor del condensador es mucho menor que en la anterior y dependiente del índice de modulación.

Regulador

Un regulador es un dispositivo electrónico creado para obtener un valor de salida deseado en base al nivel de entrada, ya sea mecánico o eléctrico.

Este consiste en fijar el valor de la tensión de salida, siendo esta típicamente de 9, 12, 15 o 18 V, en función de la entrada y las condiciones de la pista. Por lo general es un elemento de bajada y con una disipación de calor proporcional. Un ejemplo mecánico es una llave de agua donde se regula el flujo de agua que sale por ella.

Un regulador eléctrico puede pensarse en el alternador de un coche, para cargar la batería eléctrica, o en un cargador de un aparato donde la entrada es la línea eléctrica y un transformador, y obtenemos a la salida el voltaje requerido por el aparato.

Los reguladores son de dos tipos, fijos y ajustables, de esta forma se puede tener cualquier gama de tensiones con un bajo coste.

En sistemas de control se requieren valores fijos con precisión de los niveles milesimales en los cuales los reguladores desempeñan un papel muy importante.

Mas Información en http://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_tensi%C3%B3n