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LOS COMPONENTES ELECTRONICOS
La electrónica es el campo de la ingeniería y de la física aplicada relativo al diseño y aplicación de dispositivos, por lo general circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de electrones para la generación, transmisión, recepción, almacenamiento de información, entre otros. Esta información puede consistir en voz o música como en un receptor de radio, en una imagen en una pantalla de televisión, o en números u otros datos en un ordenador o computadora.
Los circuitos electrónicos ofrecen diferentes funciones para procesar esta información, incluyendo la amplificación de señales débiles hasta un nivel que se pueda utilizar; el generar ondas de radio; la extracción de información, como por ejemplo la recuperación de la señal de sonido de una onda de radio (demodulación); el control, como en el caso de introducir una señal de sonido a ondas de radio (modulación), y operaciones lógicas, como los procesos electrónicos que tienen lugar en las computadoras.
Antecedentes históricos
La introducción de los tubos de vacío a comienzos del siglo XX propició el rápido crecimiento de la electrónica moderna. Con estos dispositivos se hizo posible la manipulación de señales, algo que no podía realizarse en los antiguos circuitos telegráficos y telefónicos, ni con los primeros transmisores que utilizaban chispas de alta tensión para generar ondas de radio. Por ejemplo, con los tubos de vacío pudieron amplificarse las señales de radio y de sonido débiles, y además podían superponerse señales de sonido a las ondas de radio. El desarrollo de una amplia variedad de tubos, diseñados para funciones especializadas, posibilitó el rápido avance de la tecnología de comunicación radial antes de la II Guerra Mundial, y el desarrollo de las primeras computadoras, durante la guerra y poco después de ella.
Hoy día, el transistor, inventado en 1948, ha reemplazado casi completamente al tubo de vacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al incorporar un conjunto de materiales semiconductores y contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero con un coste, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad. Los progresos subsiguientes en la tecnología de semiconductores, atribuible en parte a la intensidad de las investigaciones asociadas con la iniciativa de exploración del espacio, llevó al desarrollo, en la década de 1970, del circuito integrado. Estos dispositivos pueden contener centenares de miles de transistores en un pequeño trozo de material, permitiendo la construcción de circuitos electrónicos complejos, como los de los microordenadores o microcomputadoras, equipos de sonido y vídeo, y satélites de comunicaciones.
EL TRANSISTOR
Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente grande mediante una señal muy pequeña.Existe una gran variedad de transistores. En principio, se explicarán los bipolares. Los símbolos que corresponden a este tipo de transistor son los siguientes:
LA RESISTENCIA
Las resistencia eléctrica es una de las magnitudes fundamentales que se utiliza para medir la electricidad y se define como: la oposición que se presenta al paso de la corriente. La unidad que se utiliza para medir la resistencia es el ohmio (Ω) y se se representa con la letra R.
EL CONDENSADOR
Un condensador también conocido como capacitor, es uno de los componentes electrónicos pasivos como las resistencias. El condensador se utiliza generalmente para almacenar carga eléctrica. La carga del condensador se almacena en forma de «campo eléctrico». Condensadores desempeñan un papel importante en muchos circuitos eléctricos y electrónicos.
EL DIODO
Un diodo es un dispositivo semiconductor que actúa esencialmente como un interruptor unidireccional para la corriente. Permite que la corriente fluya en una dirección, pero no en la opuesta.
Los diodos también se conocen como rectificadores porque cambian corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) pulsante. Los diodos se clasifican según su tipo, tensión y capacidad de corriente.
Los diodos tienen una polaridad determinada por un ánodo (terminal positivo) y un cátodo (terminal negativo). La mayoría de los diodos permiten que la corriente fluya solo cuando se aplica tensión al ánodo positivo. En este gráfico se muestran varias configuraciones de los diodos:
EL CIRCUITO INTEGRADO
En la electrónica, un circuito integrado es una combinación de elementos de un circuito que están miniaturizados y que forman parte de un mismo chip o soporte. La noción, por lo tanto, también se utiliza como sinónimo de chip o microchip.
El circuito integrado está elaborado con un material semiconductor, sobre el cual se fabrican los circuitos electrónicos a través de la fotolitografía. Estos circuitos, que ocupan unos pocos milímetros, se encuentran protegidos por un encapsulado con conductores metálicos que permiten establecer la conexión entre dicha pastilla de material semiconductor y el circuito impreso.
EL TRIAC
El TRIAC es un componente electrónico semiconductor de tres terminales para controlar la corriente. Su nombre viene del término TRIode for Alternating Current = Triodo Para Corriente Alterna.
Podríamos decir que un triac se utiliza para controlar una carga de CA (corriente alterna), semejante a como un transistor se puede utilizar para controlar una carga de CC (corriente continua). En definitiva es un interruptor electrónico pero para corriente alterna. Los triac se utilizan en muchas ocasiones como alternativas al relé.
Su funcionamiento básico es cerrar un contacto entre dos terminales (ánodo 1 y 2) para dejar pasar la corriente (corriente de salida) cuando se le aplica una pequeña corriente a otro terminal llamado "puerta" o Gate (corriente de activación).
Se seguirá permitiendo que la corriente fluya hasta que la corriente de salida disminuya por debajo de un valor determinado, llamada corriente umbral, o se corte la corriente totalmente de alguna forma, por ejemplo con un interruptor o pulsador como luego veremos
Este componente es muy usado en los circuitos del convertidor de los automóviles eléctricos, por lo que nos adentraremos aún mas en su funcionamiento, tipos de encapsulado y propiedades en general.
Todavía hemos de analizar mas componentes electrónicos y adentrarnos mucho mas en el funcionamiento y propiedades de los mismos, para afrontar con mayor claridad, cual es la función de cada uno de ellos en el futuro del automóvil, la movilidad y propulsión del mismo.
De hecho, vamos hacer un pequeño paréntesis, para mostrarles el objetivo que alcanzaremos, (EL CONOCIMIENTO DE LA ELECTRONICA DE POTENCIA EN EL AUTOMOVIL ELECTRICO).
Una parte importantísima de los coches híbridos y eléctricos y de la que se habla muy poco, es la electrónica de potencia. La investigación en esta tecnología es importante si queremos conseguir mejores coches eléctricos. Es una pieza clave en el coche, ya que tanto alimenta el motor de energía eléctrica desde las baterías, como recarga las baterías gracias a la frenada regenerativa desde el motor, entre otras funciones.
Continental lanzará su tercera generación de electrónica de potencia en agosto de este año. Actualmente fabrica la segunda generación para cinco grandes empresas de automoción. Los requisitos de espacio y peso son muy importantes en el diseño de vehículos, por eso esta tercera generación es mas compacta y ligera. Su peso se ha conseguido reducir en algo más de un 30% y además se ha conseguido que sea más potente. La electrónica de potencia de Continental está diseñada de un modo escalable, de tal forma que el mismo diseño puede ser usado tanto para un híbrido de bajo coste como para un eléctrico de lujo.
Uno de los cometidos de esta electrónica consiste en convertir la corriente continua de las baterías en la corriente alterna trifásica demandada por el motor, con un amperaje y frecuencia concretos según la velocidad requerida, y hacerlo de manera inversa cuando hace falta. También es responsable de alimentar el bus de 12V de los coches mediante un convertidor DC/DC.
La eficiencia de estos componentes es un factor clave en la eficiencia global del coche, ya que las transformaciones de electricidad suceden constantemente durante la conducción. Continental asegura que la nueva generación será más eficiente, lo que ayudará a aumentar la autonomía de los coches eléctricos.
Desde Continental han identificado dos mercados que serán importantes en el futuro y en los que van a invertir en su desarrollo. El primero es el de los híbridos enchufables. El segundo, es el de los híbridos convencionales basados en 48V. Según la empresa este sistema puede ser implementado fácilmente en la arquitectura de la mayoría de los coches convencionales a costes aceptables y el ahorro de combustible conseguido será importante.
La mayoría de marcas están centrando su investigación en componentes que tiene que ver con la electrificación de los automóviles. Ninguna quiere quedarse a la cola de esta tecnología cuando el mercado se lance definitivamente.
La carga de un vehículo eléctrico, a pesar de la diversidad de opciones que existen, tiene ya su propia normativa de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) 62196, estándar internacional para el conjunto de conectores eléctricos y los modos de carga para vehículos eléctricos, e IEC 61851, estándar internacional para el sistema de carga conductiva del vehículo eléctrico.
Las baterías de un vehículo eléctrico tienen cuatro modos operativos de carga: tres en corriente alterna (AC) y uno en corriente continua (DC).
Modo operativo de carga 1: Con corriente alterna.
Carga lenta desde una base de enchufe doméstico, no industrial (enchufe Schuko) y sin comunicación entre vehículo y punto de carga. El tiempo de carga irá en función de la capacidad de la batería. Se puede realizar por la noche , que es cuando menos demanda energética existe.
El vehículo se carga en un dispositivo enchufable normalizado. En la red monofásica, emplea la intensidad y voltaje eléctricos del mismo nivel que una vivienda, es decir, 16 amperios y hasta 250 voltios. Esto implica que la potencia eléctrica que puede entregar el punto es de aproximadamente 3,7 kW. En la red trifásica, el voltaje es de 480 V y 11 kW de potencia máxima, recortando el tiempo a la mitad.
El problema de este modo es que las infraestructuras antiguas no tienen protección mediante un interruptor diferencial, por lo que su uso está más indicado para la recarga de bicicletas, ciclomotores o cuadriciclos.
Modo operativo de carga 2: Con corriente alterna
Modo de carga lenta con enchufe y base similares al anterior, de tipo estándar, no exclusivo. La diferencia estriba en que el cable lleva un sistema de protección incluido y un interruptor diferencial. Esta conexión evita una mala conexión del vehículo a la red, activando o desactivando la recarga. Además, este sistema añade seguridad a la carga. El conector del cargador de coche eléctrico se introduce en la entrada del vehículo (tipo 2 Mennekes o ChadeMo) y el conector de carga para infraestructuras se enchufa en la caja de carga para infraestructuras del punto de carga.
La intensidad habitual es de 16 amperios, aunque puede ser de hasta 32. Aquí tenéis un ejemplo de instalación en un garaje comunitario.
Modo operativo de carga 3: Con corriente alterna.
En este modo operativo, la carga es semi-
La intensidad normal de este modo es de 32 amperios -
En monofásica, necesita menos de la mitad del tiempo que las anteriores para conseguir una carga completa, unas tres horas. Todo esto la convierte en una buena solución para la carga en viviendas particulares -
En trifásica, la intensidad es de 63 amperios y de entre 22 y 43 kW, lo que reduce el tiempo de carga hasta poco más de media hora. Por el tipo de tecnología que emplea permite la recarga inteligente y el desarrollo de redes inteligentes (Smart Grids). Es la que se utiliza en zonas públicas, aparcamientos y centros comerciales.
Modo operativo de carga 4: Con corriente continua.
Este modo operativo se recomienda para la denominada carga rápida de un vehículo eléctrico. La carga se realiza en lo que normalmente se denomina “electrolinera”, ya que se transfieren potencias de carga elevadas. En la carga DC, el transformador AC/DC se halla de forma fija en el punto de carga, con lo que se evitan problemas de pérdida de energía o de calentamiento.
En este modo operativo de carga de un vehículo eléctrico, al igual que en el anterior y como consecuencia de la seguridad, la conexión enchufable se hace sólo del lado del vehículo, estando integrado el conector en el lado de la infraestructura.
El vehículo se enchufa durante menos de media hora para obtener una carga del 80% de la batería. La intensidad y el voltaje eléctricos son de 600 voltios y de hasta 400 amperios la y potencia máxima es de entre 125 y 240 kW.
Este tipo de carga necesita la adecuación de la red eléctrica existente, por lo que los tipos de infraestructuras para el mismo, de momento, resultan muy costosas.
LOS COMPONENTES ELECTRONICOS, (Continuación)
LA BOBINA INDUCTIVA
Una bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que consta de dos terminales, el cual tiene la capacidad de generar un flujo magnético que permite la circulación de la corriente eléctrica y que debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético. A la bobina también se le conoce como inductor, inductancia o reactor.
Hay que diferenciar entre bobina y el condensador o capacitor, la diferencia central está en el modo en que se almacena la energía. En el caso de la bobina se usa un campo magnético por su espiral de alambre, mientras que los condensadores o capacitor emplean un campo eléctrico de almacenamiento.
Una bobina se elabora a partir de un alambre o hilo conductor de cobre esmaltado, el cual se enrolla sobre un núcleo. Estos núcleos pueden ser de una composición distinta, ya sea aire o en su defecto un material ferroso como el caso del acero magnético para que su capacidad de magnetismo se intensifique.
La bobina sirve para generar un flujo magnético con el que se posibilita que la corriente eléctrica circule, también se puede oponer a los cambios en la corriente eléctrica, por ende, las fluctuaciones de corriente se pueden controlar y evitar que un cambio brusco en la intensidad de la corriente ocasione un daño o desperfecto. Así mismo, son múltiples sus aplicaciones en la electrónica.
