Curso de Doctorad0

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ELECTRÓNICA DE POTENCIA Introducción Manipular
(transformar) la energía eléctrica utilizando
semiconductores

• Fuentes primarias de energía
• red eléctrica
• alternador
• batería
• panel solar
• generador eólico

Cargas (Elementos a alimentar) Todos los equipos
(continua o alterna) Batería (Cargador) Motor
eléctrico Iluminación
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Fuentes primarias de energía
Alterna (p.e. red)
Continua (p.e. batería)
V
V


t
-
t
Siempre la misma polaridad no necesita ser estable
Cambia la polaridad de forma periódica Forma
senoidal Puede estar distorsionada No necesita
ser estable (ni amplitud ni frecuencia)
POSITIVO

FASE
NEGATIVO (MASA)
NEUTRO
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Fuentes primarias de energía
Sistema trifásico (p.e. Alternador, generador
eólico)
FASE R
FASE S
FASE T
R
S
T
NEUTRO
Representación temporal
S
R
T
Representación vectorial
4
v(t)
R
S
Valor máximo
Valor eficaz (RMS value)
t
? retraso (p.e. 120º)
Periodo (T) 20 mS (europa 50 Hz - USA 60
Hz) 360º
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PANORAMICA GENERAL DE LA ELECTRÖNICA DE POTENCIA
alto rendimiento bajo peso baja emisión de
interferencias robustez economía aislamiento
Motor GPS VHF Lámparas Batería (Cargar)
Red, generador, alternador Generador
eólico batería célula solar
Circuito de potencia
Alim.
Realim.
Gobierno
Circuito de mando
Alimentar con las prestaciones exigidas estabiliz
ar tensión estabilizar corriente respuesta
rápida protección devolución de
energía protección del operador
Extraer la energía de una manera óptima Punto
óptimo protección conexión desconexión distorsione
s
6
Conversiones energéticas básicas
Interruptor estático de alterna
Interruptor estático de continua
Rectificador
Alterna
Continua
Inversor
Regulador de alterna Cicloconvertidor
Regulador de continua Troceador
(Chopper) Convertidor CC/CC
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Algunas aplicaciones típicas en buques
Fuente de alimentación

Fuente de alimentación
Red 230 V 50 Hz
RADAR
-
Regulador de continua
Rectificador
Continua estabilizada
Alterna
Continua sin estabilizar
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Algunas aplicaciones típicas en buques
Regulador o estabilizador de tensión


Regulador de Continua
Batería
VHF
-
-
Continua sin estabilizar
Continua estabilizada
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Algunas aplicaciones típicas en buques
Carga de batería desde panel solar

Cargador de batería
Batería
-
Continua sin estabilizar
Corriente de carga limitada Detectar cuando esta
cargada Corriente de mantenimiento
Panel solar
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Algunas aplicaciones típicas en buques
Carga de batería desde generador eólico
(aerogenerador)
R

Cargador de batería
S
-
T
Corriente de carga limitada Detectar cuando esta
cargada Corriente de mantenimiento
Sistema de tensiones trifásicas sin estabilizar
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Algunas aplicaciones típicas en buques
Carga de batería desde generador eólico y panel
solar e inversor monofásico
Aerogenerador
Panel Solar
Inversor
Batería
Regulador
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Algunas aplicaciones típicas en buques
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Algunas aplicaciones típicas en buques
Balasto electrónico
CONSUMO DE CORRIENTE
RED ELÉCTRICA
Caldear los filamentos Encender la
lámpara Estabilizar la corriente Evitar
interferencias
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Algunas aplicaciones típicas en buques
Sistemas de alimentación interrumpida
(SAI) Uninterruptible Power Supply (UPS)
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Fuentes Primarias de energía en el buque
Red eléctrica (Mains, Power line)
Tierra
Buque
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Red eléctrica (Mains, Power line) en tierra
Algunos conceptos
Sistemas de generación y transporte de energía
eléctrica ( EN TIERRA)
Línea HV 25/400 kV
Hidroeléctrica
Ciclo combinado
Subestación
Térmica
Nuclear
Línea HV 25/400 kV
Subestación
Cliente
Media Tensión 3/30 kV
220/380 V
Media Tensión 3/30 kV
Centro de transformación
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Red eléctrica (Mains, Power line) en tierra
Algunos conceptos
Argentina 220 V 50 Hz A Australia 240 V 50 Hz F
Austria 230 V 50 Hz A/B Bangladesh 220 V 50 Hz
A Belgium 230 V 50 Hz A Bermuda 120 V 60 Hz C/D
Brazil 110/220 V 60 Hz A/C Canada 120 V 60 Hz C
Chile 220 V 50 Hz A China 220 V 50 Hz A
Colombia 110 V 60 Hz A/C Cyprus 240 V 50 Hz D
Czech Republik 230 V 50 Hz A Denmark 230 V 50
Hz A Ecuador 120 V 60 Hz C Egypt 220 V 50 Hz A
Finland 230 V 50 Hz A France 230 V 50 Hz A
Germany 230 V 50 Hz A/B Greece 230 V 50 Hz D
Hong Kong 220 V 50 Hz D
Nigeria 230 V 50 Hz E/D Norway 230 V 50 Hz A
Pakistan 220 V 50 Hz A/E Peru 110/220 V 50 Hz C
Philipines 115 V 60 Hz A/C Poland 230 V 50 Hz A
Portugal 230 V 50 Hz A Puerto Rico 120 V 60 Hz
C Romania 230 V 50 Hz A Russia Former Soviet
Republics 230 V 50 Hz A Singapore 230 V 50 Hz D
Slovakia 230 V 50 Hz A South Africa 230 V 50 Hz
E Spain 230 V 50 Hz A Sri Lanka 230 V 50 Hz E
Sweden 230 V 50 Hz A Switzerland 230 V 50 Hz A
Taiwan 110 V 60 Hz C Thailand 220 V 50 Hz A
Turkey 230 V 50 Hz A U. Arab. Emirates 220 V 50
Hz D United Kingdom 230 V 50 Hz D USA 120 V 60
Hz C Uruguay 220 V 50 Hz A Venezuela 120 V 60
Hz C Zaire 220 V 50 Hz A
Hungary 230 V 50 Hz A Iceland 230 V 50 Hz A
India 230 V 50 Hz A Indonesia 220 V 50 Hz A/E
Ireland 230 V 50 Hz D Israel 230 V 50 Hz A
Italy 230 V 50 Hz A Jamaica 110 V 60 Hz C
Japan 110 V 50/60 Hz C Jordan 220 V 50 Hz A/D
Korea 220 V 60 Hz A/C Kuwait 240 V 50 Hz A/D
Macao 200 V 50 Hz A Malaysia 240 V 50 Hz D
Mexico 120 V 60 Hz C Netherlands 230 V 50 Hz A
New Zealand 240 V 50 Hz F
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Red eléctrica (Mains, Power line) en tierra
Algunos conceptos
19
Red eléctrica (Mains, Power line) en tierra
Algunos conceptos
Mains power plug Socket
(Israel)
(Italia)
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Fuentes Primarias de energía en el buque
La principal fuente de energía en un buque son
los GENERADORES (Generator)

• Ship Service Generators
• Propulsion Generators
• Smaller ship service generators
• Emergency Generator

• Ship Service electric Power
• Electrical propulsion Power

Principales escenarios de uso en el
buque (Shipboard electrical loading scenarios)
at anchor
maneuvering
cruising
port
at shore
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GENERADORES (Generator)
Los generadores son máquinas eléctricas
síncronas. El rotor (rotor) se magnetiza en
continua y el estator (stator) es trifásico. El
rotor se mueve normalmente mediante un motor
diesel (Prime Mover) La velocidad de giro del
rotor (n en rpm) define la frecuencia de la
tensión generada (Hz) y depende del número de
polos (p)
2 polos 3600 rpm 4 polos
1800 rpm 6 polos
1200 rpm
2 polos 3000 rpm 4 polos
1500 rpm 6 polos
1000 rpm
60 Hz (USA)
50 Hz (EU)
Grandes motores con velocidad media/baja (Large
medium speed engine)
14 polos 514 rpm 10 polos
720 rpm
60 Hz (USA)
8 polos 750 rpm 10 polos
600 rpm
50 Hz (EU)
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GENERADORES (Generator)
Sin escobillas (Brushless)
Salida trifásica
Excitatriz (Exciter)
Estator (Stator)
Estator
Rotor (Rotor)
Rectificador trifásico
Rotor
Generador Diesel (Prime Mover)
Continua
n rpm
Trifásica
Continua
Trifásica
Generador Síncrono (Synchronus generator)
Control excitación (tensión y factor de potencia)
Control rpm frecuencia
Automatic Voltage Regulator
Prime Mover Governor
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GENERADORES (Generator)
Generador Síncrono
Motor Diesel
excitatriz
rectificador rotatorio
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Red eléctrica (Mains, Power line) en Buques
Algunos conceptos
Sistema típico de generación de un buque con dos
generadores diesel para generación con 460 V y
distribución a 450 V
Regulador (Governor)
Regulador (Governor)
Generador diesel (Prime Mover)
Generador diesel (Prime Mover)
Valores típicos 2000 kVA 1600 kW PF 0.8 460 V
Generador 1 (Generator)
Generador 2 (Generator)
Excitación (Exciter)
Excitación (Exciter)
Cuadro de servicio para 450 V (450 V Ship
Service Switchboard (SWBD)
450 V/120 V Transformador (Transformer)
Bus de emergencia (Emergency bus tie)
Distribución a 120 V (120 V Ship Service
distribution )
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Sistema típico de generación de un buque con
cuatro generadores diesel y dos motores de
propulsión
Regulador (Governor)
Regulador (Governor)
Regulador (Governor)
Regulador (Governor)
Generador diesel (Prime Mover)
Generador diesel (Prime Mover)
Generador diesel (Prime Mover)
Generador diesel (Prime Mover)
Generador 3 (Generator)
Generador 1 (Generator)
Excitación (Exciter)
Generador 4 (Generator)
Excitación (Exciter)
Excitación (Exciter)
Generador 2 (Generator)
Excitación (Exciter)
Cuadro 6600 V (6600 V SWBD 1)
Cuadro 6600 V (6600 V SWBD 2)
Accionador (Drive)
Accionador (Drive)
Alimentación para servicios del buque (Ship
service power)
Alimentación para servicios del buque (Ship
service power)
MOTOR
MOTOR
MOTOR DE PROPULSIÓN (Propulsión Motor)
MOTOR DE PROPULSIÓN (Propulsión Motor)
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Tensiones en buque (valores tradicionales) Shipboa
rd electrical voltage 12 V, 24 V, 110 V y 460
V
Tensiones en buque (tecnologia actual) Shipboard
electrical voltage 4100 V, 6600 V, 11000 V,
13800 V, 25000 V y 35 000 V
Normativa internacional IEEE std 45-2002
Recommended practice for Electrical
installations on Shipboard IEC 60092-350
Electrical Installations in Ships
Generadores de servicio (Ship Service
generators) Generadores para propulsión (Propulsi
on generators) Generadores de emergencia (Emergen
cy generators) Sistemas de alimentación
ininterrumpida (SAI) Uninterruptible Power
Sources (UPS) Baterías (Battery) Energías
alternativas Paneles solares (Solar
cells) Generadores eólicos (Wind generators)
Principales fuentes de energía en un buque (Ship
Service Power)
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Tabla de tensiones estandarizados (según IEEE std
45)
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Portacontenedores Single-Deck Container Vessel
The BG Ireland Was built at Volharding Shipyards
in Eemshaven, based on a hull supplied by Daewoo
Magnalia Heavy Industries of Romania. It is owned
by Unitas Schiffahrtsgesellschaft. The BG Ireland
is a single-deck container vessel with a raked
stern and bulbous bow. The forecastle deck is
covered to minimize potential green water
problems.
POWER Electrical power is principally provided by
two main generator sets, Consisting of 371kW
marine diesel engines driving a Stamford HCM534C2
generator and a 1,150kW Stamford type HCM 734F2
unit. This can provide 440V three-phase,
230V three-phase 230V 60Hz 24VDC current
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ENGINES AND POWER The tug has a large engine
room, which incorporates both the main and
auxiliary engines. The vessel is powered by a
pair of Niigata 6L28HX main engines, which run at
a maximum continuous rating (MCR) of 720rpm. This
produces the total of 4,087bhp. The engines are
connected to programmable Nico-Omega slipping
clutches linked to a pair of azimuthing ZP-31
propulsion units - also supplied by Niigata. This
gives a running speed of 12.3 knots. In
operation, the tug is able to produce a bollard
pull of 58.5t. The engines additionally drive a
Norgear Kumura 2FGEC/280 gearbox connected to
centrifugal fire pumps. The two main fire pumps
are Kvaerner Eureka systems, one with an output
of 1,200m³/min and the other of 1,500m³/min.
These are linked to Fischcon water foam jet
nozzles located on the wheelhouse roof and
remotely controlled from the wheelhouse. Electric
power is provided by a pair of 225kVA Stamford
generator sets, which are powered by a Volvo TAMD
103 diesel engines running at 1,500rpm. These
have an output of 415V at 50Hz. There is also a
44kVA Harbour set. The switchboards for the
electrical system is forward of the propulsion
system. The tug is classified by the Lloyd's
register with the notation 100A1 TUG IWS LMC
NMS FiFI Class 1 with Water Spray
Remolcadores TUGS
Svitzer Bristol - Tractor Tug
The Svitzer Bristol is the first of a series of
four tractor tugs built by the Spanish shipyard
Astilleros Zamakona of Viscaya for the
Copenhagen-based Svitzer Marine. It was
designed by the Spanish naval architects
Cintranaval and will work in the Avonmouth area.
A second sister tug, the Svitzer Brunel, is
planned for operation in Liverpool. The Svitzer
Bristol has a length of 29.5m, a breadth of 11m
and a depth of 4m. It has a maximum draft of 5.9m.
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Wind Turbine Installation Vessel
VESSEL POWER Vessel power is supplied from
two sets of two Mitsubishi S16R-MPTK-2 main
generators, with a capacity of 1,920kW at
1,800rpm, and two Mitsubishi S6B-MPTA harbour
generators (276kW at 1,800rpm) located in each of
two engine rooms, port and starboard. One
Mitsubishi 6D24TC emergency generator, which
supplies 210kW at 1,800rpm, is located in a
separate room in way of No.2 leg. Power
distribution is via two switchboard rooms, port
and starboard. Main power is 690V AC which is
transformed to 440V AC and 220V AC for auxiliary
machinery and small power consumers.
The Mayflower Resolution has been designed to
install wind turbines in hostile coastal
environments. It was constructed in China's
Shanhaiguan shipyard at Qinhuangdao
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POWER AND ELECTRICITY Power is provided by a
diesel-electric system which centres around three
eight-cylinder Wartsila 38B gensets. Each
engine can deliver 5,800kW of power at 600rpm.
Electricity is provided by an ABB 6,847kVA
synchronous generator. This supplies
electricity at 3.3kV/50HZ. A secondary genset is
available for harbour supplies. This consists
of a six-cylinder Wartsila 20 diesel engine which
is rated for 1,080kW at 1,000rpm. The
icebreaker also has an emergency Caterpillar
genset. PROPULSION Propulsion is carried out by
a pair of 6.5MW ABB Azipod V16 DAS pods which are
designed to meet DNV Ice Class 10. These are
used to 'eat up' the ice rubble while the
waterflow flushes the hull. Each Azipod has four
hydraulic steering motors. There is a hydraulic
power unit with two electric motors connected to
hydraulic pumps which provide the power for the
steering system. One of the electric motors is
connected to the main network while the other is
connected to the emergency network. There are
also two Kamewa Ulstein TT2200 tunnel thrusters
units with high ice class.
Fesco Sakhalin Icebreaking and Support Vessel
The Fesco Sakhalin provides icebreaking and
support operations to the Sakhalin offshore
project.
The double-acting vessel concept means the ship
travels bow-first in ice-free conditions and
approaches ice stern-first using azimuthing
electric propulsion.
Three Wartsila 38 main engines provide the power
for the Fesco Sakhalin.