SISTEMAS DE TRANSMISIÓN EN CORRIENTE CONTINUA Capitulo 2- Dispositivos Semiconductores y teoria de la conversión CA-CC y CC-CA.

Abstract

El capítulo introduce los fundamentos físicos y eléctricos de los dispositivos semiconductores y su función en la conversión de corriente alterna a continua (CA–CC) y viceversa (CC–CA), base esencial de los sistemas de transmisión en corriente continua (HVDC). Se describen los principios de conducción, ionización térmica y dopado de materiales semiconductores, destacando la formación de junturas PN y el comportamiento asociado a la barrera de potencial y la zona de deplexión. Posteriormente se analizan los dispositivos elementales —el diodo y el tiristor (SCR)— incluyendo sus modelos eléctricos, características “v–i”, modos de polarización, conducción, bloqueo y fenómenos de ruptura o avalancha. Se comparan con otros dispositivos de conmutación (GTO, IGBT y MOSFET) en cuanto a capacidad de tensión, corriente y frecuencia, concluyendo que el tiristor SCR mantiene su supremacía en aplicaciones de alta potencia y transmisión HVDC. El capítulo desarrolla de forma detallada la Teoría de Conversión, explicando la formación de la tensión continua mediante distintos rectificadores: monofásico de media onda, monofásico de onda completa, trifásico de media onda y trifásico de onda completa. Cada configuración se analiza mediante la descomposición en Serie de Fourier, identificando las componentes armónicas, la ondulación (riple) y el grado de utilización del transformador convertidor. Finalmente, se expone el principio de operación de los convertidores de seis y doce pulsos, la conformación de válvulas simples, dobles y cuadriválvulas, y la arquitectura general de una Estación Convertidora HVDC (EC). Se describen sus componentes principales —transformadores convertidores, válvulas de tiristores filtros, reactores de suavizado y equipos de maniobra—, junto con los criterios de protección, aislamiento y compensación de potencia reactiva. En conjunto, este capítulo sienta las bases físicas y tecnológicas que permiten comprender el funcionamiento de los convertidores de potencia HVDC, desde el comportamiento físico del semiconductor hasta la estructura funcional completa de la Estación Convertidora.