el recorrido de falla ( FRT ), a veces el voltaje de baja tensión ( UVRT ), o el voltaje de baja tensión ( LVRT ), [1] es la capacidad de los generadores eléctricos para permanecer conectados en períodos cortos de red eléctrica más baja voltaje (cf. caída de voltaje ). Es necesario a nivel de distribución ( parques eólicos , sistemas fotovoltaicos , cogeneración distribuida , etc.) para evitar que un cortocircuito a nivel de alta tensión o de EHV cause una pérdida generalizada de generación. Requisitos similares para cargas críticas como sistemas informáticos.[2] y los procesos industriales a menudo se manejan mediante el uso de unafuente de alimentación ininterrumpida (UPS) o un banco de condensadores para suministrar energía de recuperación durante estos eventos.
Concepto general [ editar ]
Muchos diseños de generadores utilizan corriente eléctrica que fluye a través de los devanados para producir el campo magnético en el que opera el motor o generador. Esto contrasta con los diseños que utilizan imanes permanentes para generar este campo. Dichos dispositivos pueden tener una tensión de trabajo mínima, por debajo de la cual el dispositivo no funciona correctamente, o lo hace con una eficiencia muy reducida. Algunos se desconectarán del circuito cuando se apliquen estas condiciones. El efecto es más pronunciado en los generadores de inducción de doble alimentación (DFIG), que tienen dos conjuntos de bobinas magnéticas motorizadas, que en los generadores de inducción de jaula de ardilla que tienen solo uno. Generadores síncronos puede deslizarse y volverse inestable, si el voltaje del devanado del estator cae por debajo de un cierto umbral.
Riesgo de reacción en cadena de [ editar ]
En una red que contiene muchos generadores distribuidos sujetos a desconexión a bajo voltaje, es posible provocar una reacción en cadena que también desconecta a otros generadores. Esto puede ocurrir en el caso de una caída de voltaje que haga que uno de los generadores se desconecte de la red. Como las caídas de voltaje a menudo son causadas por muy poca generación para la carga en una red de distribución, la eliminación de la generación puede hacer que el voltaje caiga aún más. Esto puede reducir el voltaje lo suficiente como para hacer que otro generador se dispare, disminuir el voltaje aún más y puede causar una falla en cascada .
Montar a través de sistemas [ editar ]
Las turbinas eólicas modernas a gran escala, típicamente de 1 MW y más, normalmente deben incluir sistemas que les permitan operar a través de un evento de este tipo y, por lo tanto, "atravesar" la caída de voltaje. Ahora se están volviendo comunes requisitos similares en grandes instalaciones de energía solar que también podrían causar inestabilidad en el caso de una desconexión generalizada de las unidades generadoras. Dependiendo de la aplicación, el dispositivo puede requerir, durante y después de la inmersión: [3]
- Desconecte y permanezca desconectado hasta que se ordene manualmente para volver a conectarse
- desconecte temporalmente de la red, pero vuelva a conectar y continúe la operación después de la inmersión
- Manténgase operativo y no desconecte de la red.
- manténgase conectado y apoye la red con potencia reactiva (definida como la corriente reactiva de la secuencia positiva de la fundamental) [4]
Normas [ editar ]
Existe una variedad de estándares y generalmente varían según las jurisdicciones. Ejemplos de dichos códigos de cuadrícula son el código de cuadrícula alemán BDEW [5] y sus complementos 2, [6] 3, [7] y 4 [8] , así como el Código nacional de cuadrícula en el Reino Unido. [9]
Pruebas [ editar ]
Para aerogeneradores, las pruebas de FRT se describen en la norma IEC 61400-21 (2ª edición, agosto de 2008). Se detallan procedimientos de prueba más detallados en la guía alemana FGW TR3 (Rev. 22). La prueba de dispositivos con menos de 16 Amp de corriente nominal se describe en la norma EMC IEC 61000-4-11 y para dispositivos de mayor corriente en IEC 61000-4-34.
Los dispositivos electrónicos de bajo consumo son componentes electrónicos, como los procesadores de computadoras portátiles , que han sido diseñados para utilizar menos energía eléctrica .
Historia [ editar ]
Relojes [ editar ]
Los primeros intentos de reducir la cantidad de energía requerida por un dispositivo electrónico se relacionaron con el desarrollo del reloj de pulsera . Los relojes electrónicos requieren electricidad como fuente de energía, y algunos movimientos mecánicos y movimientos híbridos electrónico-mecánicos también requieren electricidad. Por lo general, la electricidad es proporcionada por una batería reemplazable . El primer uso de la energía eléctrica en los relojes fue como sustituto del resorte principal , para eliminar la necesidad de enrollar. El primer reloj eléctrico, el Hamilton Electric 500 , fue lanzado en 1957 por la Hamilton Watch Company de Lancaster, Pensilvania .
Las baterías de reloj (estrictamente hablando, ya que las baterías están compuestas de varias células) están especialmente diseñadas para su propósito. Son muy pequeños y proporcionan pequeñas cantidades de energía continuamente durante períodos muy largos (varios años o más). En algunos casos, reemplazar la batería requiere un viaje a un taller de reparación de relojes o a un distribuidor de relojes. Las baterías recargables se utilizan en algunos relojes con energía solar .
El primer reloj electrónico digital , un prototipo LED Pulsar en 1970. [1] Los relojes LED digitales eran muy caros y estaban fuera del alcance del consumidor común hasta 1975, cuando Texas Instruments comenzó a producir relojes LED dentro de una caja de plástico.
La mayoría de los relojes con pantallas LED requieren que el usuario presione un botón para ver la hora que se muestra durante unos segundos, ya que los LED utilizan tanta energía que no pueden seguir funcionando continuamente. Los relojes con pantallas LED fueron populares durante algunos años, pero pronto las pantallas LED fueron reemplazadas por pantallas de cristal líquido (LCD), que usaban menos energía de la batería y eran mucho más cómodas de usar, con la pantalla siempre visible y sin necesidad de presionar una Botón antes de ver la hora. Solo en la oscuridad tuvo que presionar un botón para encender la pantalla con una pequeña bombilla, que luego iluminó los LED. [2]
A partir de 2013, los procesadores diseñados específicamente para relojes de pulsera son los procesadores de menor potencia fabricados en la actualidad, a menudo procesadores de 4 bits y 32 kHz.
Informática móvil [ editar ]
 |
Este artículo no sigue las pautas de Wikipedia sobre el uso de diferentes tiempos . ( Aprenda cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla )
|
Cuando se desarrollaron las computadoras personales por primera vez, el consumo de energía no era un problema. Poco después, sin embargo, comenzó el desarrollo de computadoras portátiles , y con ello, el requisito de ejecutar una computadora con un paquete de baterías , lo que desencadenó la búsqueda de un compromiso entre la potencia de cómputo y el consumo de energía. Originalmente, la mayoría de los procesadoresejecutaban tanto el núcleo como los circuitos de E / S a 5 voltios, como en el Intel 8088 utilizado por el primer Compaq Portable . Más tarde se redujo a 3,5, 3,3 y 2,5 voltios para reducir el consumo de energía. Por ejemplo, el voltaje central de Pentium P5 disminuyó de 5V en 1993 a 2.5V en 1997.
Con menor voltaje viene menor consumo total de energía. Al consumir menos energía, el sistema será menos costoso de ejecutar, pero lo que es más importante para los sistemas portátiles o móviles, funcionará durante mucho más tiempo con la tecnología de batería existente. El énfasis en el funcionamiento de la batería ha impulsado muchos de los avances en la reducción del voltaje del procesador porque esto tiene un efecto significativo en la vida útil de la batería. El segundo beneficio importante es que con menos voltaje y, por lo tanto, menos consumo de energía, se producirá menos calor. Los procesadores que funcionan más fríos se pueden empaquetar en sistemas más estrechamente y durarán más. El tercer beneficio importante es que un procesador que funciona más frío con menos potencia se puede hacer para que funcione más rápido. La reducción de la tensión ha sido uno de los factores clave para permitir que la velocidad de reloj de los procesadores suba más y más. [3]
Electrónica [ editar ]
Elementos de computación [ editar ]
La densidad y la velocidad de los elementos de cómputo de circuitos integrados han aumentado exponencialmente durante varias décadas, siguiendo una tendencia descrita por la Ley de Moore . Si bien generalmente se acepta que esta tendencia de mejora exponencial terminará, no está claro exactamente cuán densos y rápidos se integrarán los circuitos en el momento en que se alcance este punto. Se han demostrado dispositivos de trabajo fabricados con un canal de transistor MOSFET de 6,3 nanómetros con materiales semiconductores convencionales, y se han construido dispositivos que utilizan nanotubos de carbono como puertas MOSFET, lo que da una longitud de canal de aproximadamente un nanómetro.. La densidad y la potencia de cálculo de los circuitos integrados están limitadas principalmente por problemas de disipación de potencia.
El consumo total de energía de una nueva computadora personal ha aumentado a cerca de un 22% de crecimiento por año. Este aumento en el consumo se produce a pesar de que la energía consumida por una sola puerta lógica CMOS para cambiar de estado ha disminuido de manera exponencial, al reducirse la ley de Moore del tamaño de la característica del proceso. [4]
Un chip de circuito integrado contiene muchas cargas capacitivas , formadas intencionalmente (como con la capacitancia de puerta a canal) y no intencionadamente (entre conductores que están cerca uno del otro pero que no están conectados eléctricamente). Cambiar el estado del circuito provoca un cambio en el voltaje a través de estas capacitancias parásitas , lo que implica un cambio en la cantidad de energía almacenada. A medida que las cargas capacitivas se cargan y descargan a través de dispositivos resistivos , una cantidad de energía comparable a la almacenada en el condensador se disipa como calor:
El efecto de la disipación de calor en el cambio de estado es limitar la cantidad de cálculo que se puede realizar dentro de un presupuesto de potencia determinado. Si bien la contracción del dispositivo puede reducir algunas capacitancias parásitas, el número de dispositivos en un chip de circuito integrado ha aumentado más que lo suficiente para compensar la capacidad reducida en cada dispositivo individual. Algunos circuitos, como la lógica dinámica , requieren una velocidad de reloj mínima para funcionar correctamente, desperdiciando la "potencia dinámica" incluso cuando no realizan cálculos útiles. Otros circuitos: el RCA 1802 , pero también varios chips posteriores, como el WDC 65C02 , el Intel 80C85 , el Freescale 68HC11 y algunos otros CMOSchips: use una "lógica completamente estática" que no tiene una velocidad de reloj mínima, pero puede "detener el reloj" y mantener su estado indefinidamente. Cuando se detiene el reloj, tales circuitos no usan potencia dinámica, pero aún tienen un pequeño consumo de energía estática causado por la corriente de fuga.
A medida que se reducen las dimensiones del circuito, la corriente de fuga por debajo del umbral se hace más prominente. Esta corriente de fuga produce un consumo de energía, incluso cuando no se produce ninguna conmutación (consumo de energía estático). En los chips modernos, esta corriente generalmente representa la mitad de la energía consumida por el IC.
La reducción de la pérdida de potencia [ editar ]
La pérdida por fuga por debajo del umbral puede reducirse elevando el voltaje del umbral y disminuyendo el voltaje de suministro. Estos dos cambios ralentizan significativamente el circuito. Para resolver este problema, algunos circuitos modernos de bajo consumo de energía utilizan voltajes de alimentación doble para mejorar la velocidad en las rutas críticas del circuito y reducir el consumo de energía en las rutas no críticas. [5] Algunos circuitos incluso usan diferentes transistores (con diferentes voltajes de umbral) en diferentes partes del circuito, en un intento de reducir aún más el consumo de energía sin una pérdida significativa de rendimiento.
Otro método utilizado para reducir el consumo de energía es la activación de energía : [6] el uso de transistores de reposo para deshabilitar bloques completos cuando no están en uso. Los sistemas que están inactivos durante largos períodos de tiempo y que se "despiertan" para realizar una actividad periódica a menudo se encuentran en una ubicación aislada que controla una actividad. Estos sistemas generalmente funcionan con batería o con energía solar y, por lo tanto, reducir el consumo de energía es un problema clave de diseño para estos sistemas. Al cerrar un bloque funcional pero con fugas hasta que se use, la corriente de fuga se puede reducir significativamente. Para algunos sistemas embebidos que solo funcionan por cortos períodos de tiempo, esto puede reducir drásticamente el consumo de energía.
También existen otros dos enfoques para reducir la sobrecarga de energía de los cambios de estado. Una es reducir el voltaje de operación del circuito, como en una CPU de doble voltaje , o reducir el cambio de voltaje involucrado en un cambio de estado (haciendo un cambio de estado solamente, cambiando el voltaje del nodo por una fracción del voltaje de suministro - bajo voltaje señalización diferencial , por ejemplo). Este enfoque está limitado por el ruido térmico dentro del circuito. Existe una tensión característica (proporcional a la temperatura del dispositivo y a la constante de Boltzmann ), que la tensión de conmutación de estado debe superar para que el circuito sea resistente al ruido. Esto suele ser del orden de 50–100 mV, para dispositivos con una temperatura externa de 100 grados Celsius (aproximadamente 4kT , donde T es la temperatura interna del dispositivo en kelvins y k es la constante de Boltzmann ).
El segundo enfoque es tratar de proporcionar carga a las cargas capacitivas a través de trayectorias que no son principalmente resistivas. Este es el principio detrás de los circuitos adiabáticos . La carga se suministra desde una fuente de alimentación inductiva de voltaje variable o por otros elementos en un circuito de lógica reversible . En ambos casos, la transferencia de carga debe estar regulada principalmente por la carga no resistiva. Como regla práctica, esto significa que la tasa de cambio de una señal debe ser más lenta que la dictada por la constante de tiempo RCdel circuito que se está conduciendo. En otras palabras, el precio del consumo de energía reducido por unidad de cómputo es una velocidad de computación absoluta reducida. En la práctica, aunque se han construido circuitos adiabáticos, han sido difíciles de usar para reducir la potencia de cálculo sustancialmente en circuitos prácticos.
Finalmente, hay varias técnicas para reducir la cantidad de cambios de estado asociados con un cálculo dado. Para circuitos de lógica de reloj , se utiliza la técnica de sincronización de reloj , para evitar cambiar el estado de los bloques funcionales que no son necesarios para una operación determinada. Como una alternativa más extrema, el enfoque de lógica asíncrona implementa circuitos de tal manera que no se requiere un reloj específico suministrado externamente. Si bien ambas técnicas se utilizan en diferentes grados en el diseño de circuitos integrados, parece haberse alcanzado el límite de aplicación práctica para cada una. [ cita requerida ]
Elementos de comunicación inalámbrica [ editar ]
Existe una variedad de técnicas para reducir la cantidad de energía de la batería requerida para un buen rendimiento de comunicación inalámbrica deseado . [7]
Algunas redes de malla inalámbricas utilizan técnicas de transmisión "inteligentes" de baja potencia que reducen la energía de la batería requerida para transmitir.
Esto se puede lograr mediante el uso de protocolos conscientes de la energía y sistemas de control de energía conjuntos.
Costos [ editar ]
El peso y el costo de la fuente de alimentación y los sistemas de refrigeración generalmente dependen de la potencia máxima posible que podría usarse en algún momento. Hay dos formas de evitar que un sistema sufra daños permanentes debido al calor excesivo. La mayoría de las computadoras de escritorio diseñan sistemas de alimentación y refrigeración en torno a la peor disipación de potencia de la CPU en la frecuencia máxima, la carga de trabajo máxima y el entorno en el peor de los casos. Para reducir el peso y el costo, muchos sistemas de computadoras portátiles optan por usar un sistema de enfriamiento mucho más liviano y de menor costo diseñado alrededor de una potencia de diseño térmico mucho menor ., que está algo por encima de la frecuencia máxima esperada, la carga de trabajo típica y el entorno típico. Normalmente, tales sistemas reducen (aceleran) la frecuencia de reloj cuando la temperatura del troquel de la CPU se calienta demasiado, reduciendo la potencia disipada a un nivel que el sistema de enfriamiento puede manejar.
No hay comentarios:
Publicar un comentario