.---

Conten ido

PrefacioAcerca del autor

Capítulo 11.1

Capítulo 2

2.12.22.3

Aplicaciones de la electrónica de potencia 11.1.1 Historia de la electrónica de potencia

Dispositivos semiconductores de potencia 51.2.1 Diodos de potencia 51.2.2 Tiristores 6

1.2.3 Transistores de potencia 9Características de control de los dispositivos de potenciaCaracterísticas y especificaciones de los interruptores

1.4.1 Características ideales 16

1.4.2 Características de los dispositivos prácticos1.4.3 Especificaciones de interruptor 181.4.4 Opciones de dispositivo 19

Tipos de circuitos electrónicos de potencia 20Diseño de equipo de electrónica de potencia 23Determinación del valor cuadrático medio de las formas de ondaEfectos periféricos 24Módulos de potencia 26Módulos inteligentes 26Revistas y conferencias sobre electrónica de potenciaResumen 29Referencias 29

Preguntas de repaso 30

Diodos semi conductores de potencia y circuitosIntroducción 31Fundamentos de semiconductoresCaracterísticas del diodo 33

Introducción 1

21.2

1.31.4

1.51.61.71.81.9

1.101.11

31

1016

17

28

31

xixxxiii

24

vii

viii Contenido

Capítulo 33.13.23.33.43.53.63.73.83.9

3.103.113.12

Capítulo44.14.2

2.42.5

2.62.72.82.9

2.102.112.122.13

Características de recuperación inversaTipos de diodos de potencia 38

2.5.1 Diodos de propósito general2.5.2 Diodos de recuperación rápida2.5.3 Diodos Schottky 39

Diodos de carburo de silicio 39Modelo SPICE de diodo 40Diodos conectados en serie 42Diodos conectados en paralelo 45Diodos con cargas RC y RL 46Diodos con cargas LC y RL 49Diodos de corrida libre 56

Recuperación de la energía aprisionada con un diodoResumen 62Referencias 63Preguntas de repasoProblemas 64

35

3838

63

Rectificadores con diodo s 68

Introducción 68Rectificadores monofásicos de media ondaParámetros de rendimiento 69Rectificadores monofásicos de onda completa 77Rectificador monofásico de onda completa con carga RLRectificadores polifásicos en estrella 87Rectificadores trifásicos en puente 92Rectificador trifásico en puente con carga RLComparaciones de rectificadores con diodosDiseño de circuitos rectificadores 101Voltaje de salida con filtro LC 112Efectos de las inductancias de la fuente y de la cargaResumen 119Referencias 119Preguntas de repasoProblemas 120

68

95101

119

Transistores de potencia 122

4.3

Introducción 122

Transistores bipolares de unión 1234.2.1 Características en estado permanente4.2.2 Características de conmutación 1284.2.3 Límites de conmutación 135

MOSFET de potencia 1374.3.1 Características en estado permanente4.3.2 Características de conmutación 142

141

124

4.4.4.1

4.4.4.

J58

Capítul~

55

¡;

¡;

82

1165555

Capítl!

.-

.

Capítulo 5

5.15.2

Capítulo 66.16.26.36.4

4.44.54.64.74.84.9

4.10

COOLMOSSIT 145IGBT 147

Operación en serie y en paraleloLimitaciones por dildt y por dv/dtModelos SPICE 155

4.9.1 Modelo SPICE del BJT 1554.9.2 Modelo SPICE de MOSFET4.9.3 Modelo SPICE del IGBT

Comparación de transistores 160Resumen 160Referencias 162Preguntas de repasoProblemas 164

144

150151

155158

163

Convertidores CD-CD 166

5.35.45.55.65.75.8

Introducción 166

Principio de operación de bajada 1665.2.1 Gener~ción del ciclo de trabajo 170

Convertidor de bajada con carga RL 171Principio de la operación de subida 176Convertidor de subida con una carga resistivaParámetros de funcionamiento 181Clasificación de los convertidores 182Reguladores de modo de conmutación5.8.1 Reguladores reductores 1865.8.2 Reguladores elevadores 1905.8.3 Reguladores reductores y elevadores5.8.4 Reguladores de Cúk 1985.8.5 Limitaciones de la conversión en una etapa

Comparación de los reguladores 205Convertidor elevador con varias salidas 206

Convertidor elevador alimentado por rectificador de diodoDiseño del circuito interruptor periódico 211Análisis de estado-espacio de los reguladores 217Resumen 221Referencias 221

Preguntas de repasoProblemas 224

179

186

194

5.95.105.115.125.13

223

Inversores modulados por ancho de pulso

Introducción 226

Principio de operación 227Parámetros de rendimiento 230Puentes inversores monofásicos 232

226

Contenido

204

208

ix

x Contenido

6.96.106.116.126.13

Capítulo 77.17.27.37.47.57.6

Inversores trifásicos 237

6.5.1 Conducción a 180 grados 2376.5.2 Conducción a 120 grados 246

Inversores monofásicos controlados por voltaje 2486.6.1 Modulación por ancho de pulso único 2486.6.2 Modulación por ancho de pulso múltiple 2506.6.3 Modulación por ancho de pulso sinusoidal 2536.6.4 Modulación por ancho de pulso sinusoidal modificada6.6.5 Control por desplazamiento de fase 258

Técnicas avanzadas de modulación 260Inversores monofásicos controlados por voltaje6.8.1 PWM sinusoidal 2656.8.2 PWM de 60 grados 2686.8.3 PWM con tercera armónica 2686.8.4 Modulación por vector espacial 2716.8.5 Comparación de las técnicas de PWM

Reducción de armónicas 280Inversores con fuente de corrienteInversor de enlace de CD variableInversor elevador 289Diseño de circuitos de inversorResumen 299Referencias 299

Preguntas de repasoProblemas 301

6.5

6.6

6.76.8

285288

294

300

Tiristores 304

Introducción 304Características de los tiristores 304

Modelo del tiristor empleando dos transistoresActivación del tiristor 309Apagado del tiristor 311Tipos de tiristores 3137.6.1 Tiristores controlados por fase7.6.2 BCT 314

7.6.3 Tiristores de conmutación rápida7.6.4 LASCR 3167.6.5 Tiristores de triodo bidireccional7.6.6 RCT 3177.6.7 GTO 3187.6.8 FET-CTH7.6.9 MTO 323

7.6.10 ETO 3237.6.11 IGCT 3247.6.12 MCT 325

314

322

77

257

264

279

CapítLJ

307

315

316

Capítl

1..........-

I

I

257

Capítulo 88.18.2

Introducción 352Inversores resonantes serie 353

8.2.1 Inversores resonantes serie con interruptores unidireccionales8.2.2 Inversores resonantes serie con interruptores bidireccionales

Respuestas en frecuencia de inversores resonantes serie 3688.3.1 Respuesta en frecuencia para cargas en serie 3688.3.2 Respuesta en frecuencia para cargas en paralelo 3708.3.3 Respuesta en frecuencia para cargas en serie-paralelo

Inversores resonantes paralelo 374Control de voltaje en inversores resonantesInversor resonante clase E 380Rectificador resonante clase E 383

Convertidores resonantes por conmutación a corriente cero8.8.1 Convertidor resonante ZCS tipo L 3898.8.2 Convertidor resonante ZCS tipo M 391

Convertidores resonantes por conmutación a voltaje ceroComparación entre convertidores resonantes ZCS y ZVSConvertidores resonantes ZVS de dos cuadrantes 396Inversores resonantes de enlace de CD 399Resumen 402Referencias 403

Preguntas de repasoProblemas 404

7.77.87.9

7.107.11

7.6.13 SITH 328

7.6.14 Comparaciones de tiristoresOperación de tiristores en serie 330Operación de tiristores en paralelo 337Protección contra di/di 338Protección contra dv/dt 339Modelos SPICE para tiristores 3417.11.1 Modelo SPICE del tiristor 3417.11.2 Modelo SPICE del GTO 3437.11.3 Modelo SPICE del MCT 3457.11.4 Modelo SPICE del SITH 345Resumen 346Referencias 347

Preguntas de repasoProblemas 350

330

350

Inversores de pulso resonante 352

8.3

8.48.58.68.78.8

377

8.98.108.118.12

403

Capítulo 9 Inversor multinivel

9.1 Introducción 4069.2 El concepto de multinivel

406

407

Contenido

388

393396

xi

353361

372

xii Contenido

-9.39.4

Tipos de inversores multinivel 408Inversor multinivel con diodo fijador9.4.1 Principio de operación 4109.4.2 Propiedades del inversor con diodo fijador9.4.3 Inversor con diodo fijador mejorado 412

Inversor multinivel con capacitores volantes 4149.5.1 Principios de operación 4159.5.2 Características del inversor con capacitores volantes

Inversor multinivel en cascada 4179.6.1 Principio de operación 4189.6.2 Propiedades del inversor en cascada

Aplicaciones 4219.7.1 Compensación de la potencia reactiva 4229.7.2 Interconexión espalda con espalda 4239.7.3 Excitadores de velocidad ajustable 424

Corrientes de conmutación del dispositivo 424Balanceo de voltaje del capacitor de enlace de CDCaracterísticas de inversores multinivel 427Comparación de convertidores multinivel 428Resumen 428Referencias 429Preguntas de repasoProblemas 430

417

409

411

9.5

9.6

4199.7

9.89.9

9.109.11

425

430

Capítulo 10 Rectificadores controlados

10.1 Introducción 431

10.2 Principio de operación del convertidor controlado por fase10.3 Convertidores monofásicos completos 434

10.3.1 Convertidor monofásico completo con carga RLConvertidores monofásicos duales .440Principio de operación de los convertidores trifásicos de media ondaConvertidores trifásicos completos 44710.6.1 Convertidor trifásico completo con carga RL

10.7 Convertidores trifásicos duales 45310.8 Mejoras al factor de potencia 456

10.8.1 Control por ángulo de extinción10.8.2 Control por ángulo simétrico10.8.3 Control por PWM 46110.8.4 PWM Sinusoidal Monofásica 46310.8.5 Rectificador trifásico PWM 465

10.9 Semiconvertidores monofásicos 46710.9.1 Semiconvertidor monofásico con carga RL

10.10 Semiconvertidores trifásicos 47410.10.1 Semiconvertidores trifásicos con carga RL

10.11 Convertidores monofásicos en serie 48010.12 Convertidores de goce pulsos 485

431

432

43810.410.510.6

451

456457

472

479

11

11

Capítli

1111

Capítl443

10.1310.14

Capítulo 11

11.111.211.311.411.511.611.711.811.9

11.1011.1111.1211.13

443Capítulo 12

12.112.212.312.412.512.612.712.8

Diseño de circuitos convertidores 487Efecto de las inductancias de carga y de alimentaciónResumen 494Referencias 495Preguntas de repasoProblemas 497

492

496

Controladores de voltaje de ca 500

Introducción 500

Principio del control de encendido apagadoPrincipio de control por ángulo de fase 503Controladores monofásicos bidireccionales con cargas resistivasControladores monofásicos con cargas inductivas 509Controladores trifásicos de onda completa 514Controladores trifásicos bidireccionales conectados en deltaCambiadores de conexión en un transformador monofásicoCicloconvertidores 52611.9.1 Cicloconvertidores monofásicos 52711.9.2 Cicloconvertidores trifásicos 53011.9.3 Reducción de las armónicas en la salida 530Controladores de voltaje de ca con control por PWMConvertidor matricial 536

Diseño de circuitos convertidores de voltaje de CAEfectos de las inductancias de alimentación y de cargaResumen 546Referencias 547Preguntas de repasoProblemas 548

501

534

537545

547

Interruptores estáticos 551

12.9

Introducción 551

Interruptores de ca monofásicos 551Interruptores de ca trifásicos 554Interruptores trifásicos reversibles 554Interruptores de ca para transferencia de canalInterruptores de CD 557Relevadores de estado sólidoRelevadores microelectrónicos12.8.1 Relevador fotovoltaico12.8.2 Aisladores fotovoltaicosDiseño de interruptores estáticosResumen 567Referencias 567

Preguntas de repasoProblemas 568

556

561563563565566

568

Contenido

518522

xiii

506

Capítulo 14 Fuentes de alimentación

14.1 Introducción 60114.2 Fuentes de alimentación de CD 602

14.2.1 Fuentes de alimentación de cd en modo conmutado14.2.2 Convertidor flyback 60214.2.3 Convertidor directo 606

14.2.4 Convertidor push-pull 61114.2.5 Convertidor en medio puente 61314.2.6 Convertidor en puente completo 61614.2.7 Fuentes de alimentación de cd resonantes14.2.8 Fuentes de alimentación bidireccionales

14.3 Fuentes de alimentación de CA 62114.3.1 Fuentes de alimentación de ca en modo conmutado14.3.2 Fuentes de alimentación de ca resonantes 62314.3.3 Fuentes de alimentación de ca bidireccionales 624Conversiones multietaPA 625Circuitos de control 626Consideraciones de diseño magnético14.6.1 Diseño del transformador14.6.2 Inductor de CD 634

xiv Contenido

Capítulo 13

13.113.213.313.4

13.713.813.9

13.10

13.513.6

Sistemas flexibles de transmisión de ca

Introducción 570

Principio de la transmisión de potencia 571Principio de la compensación por derivaciónCompensadores en derivación 57513.4.1 Reactor controlado por tiristor 57513.4.2 Capacitor conmutado por tiristor 57713.4.3 Compensador de VAR estático 58013.4.4 Compensador avanzado de VAR estáticoPrincipio de la compensación serie 582Compensadores serie 58513.6.1 Capacitor serie conmutado por tiristor 58513.6.2 Capacitor serie controlado por tiristor 58613.6.3 Capacitor serie controlado por conmutación forzada13.6.4 Compensador serie de VAR estático 58913.6.5 SSVC avanzado 589

Principio de la compensación por ángulo de faseCompensador por ángulo de fase 594Controlador unificado de flujo de potencia 596Comparaciones de los compensadores 597Resumen 598Referencias 598

Preguntas de repasoProblemas 599

570

573

581

592

599

601

619619

14.414.514.6 630

630

Capítl

587

602

623

Cap

....

Capítulo 15

15.115.215.315.4

Capítulo 1616.116.2

Propulsores de CD

Introducción 640

Características básicas de los motores de CDModos de operación 645Propulsores monofásicos 64815.4.1 Propulsores monofásicos por convertidor de media onda15.4.2 Propulsores monofásicos por semiconvertidor 65015.4.3 Propulsores monofásicos por convertidor completo15.4.4 Propulsores monofásicos por convertidor dual 652Propulsores trifásicos 65615.5.1 Propulsores trifásicos por convertidor de media onda15.5.2 Propulsores trifásicos por semiconvertidor 65715.5.3 Propulsores trifásicos por semiconvertidor completo15.5.4 Propulsores trifásicos por convertidor dual 658Propulsores por convertidor CD-CD 66215.6.1 Principio del control por potencia 66215.6.2 Principio del control por freno regenerativo 66415.6.3 Principio del convertidor por freno reostático 66715.6.4 Principio del control combinado por freno regenerativo

y reostático 66815.6.5 Propulsores por convertidor CD-CD de dos y cuatro

cuadrantes 669

15.6.6 Convertidores CD-CD polifásicos 670Control en lazo cerrado de los propulsores de CD 67315.7.1 Función de transferencia en lazo abierto 67315.7.2 Función de transferencia en lazo cerrado 67815.7.3 Control por lazo de seguimiento de fase 68415.7.4 Control de propulsores de CD por microcomputadoraResumen 687Referencias 687

Preguntas de repasoProblemas 688

14.6.3 Saturación magnéticaResumen 636Referencias 636Preguntas de repasoProblemas 637

635

637

640

15.5

15.6

15.7

688

Propulsores de CA

Introducción 692

Propulsores para motores de inducción16.2.1 Características de rendimiento16.2.2 Control por voltaje del estator16.2.3 Control por voltaje del rotor

692

641

693694701

703

Contenido

651

657

657

685

649

xv

-

xvi Contenido

Capítulo 1717.117.217.317.4

16.316.4

16.2.4 Control por frecuencia 71116.2.5 Control por frecuencia y voltaje16.2.6 Control por corriente 71616.2.7 Control por voltaje, corriente y frecuenciaControl en lazo cerrado de los motores de inducciónControles vectoriales 72616.4.1 Principio básico del control vectorial 72716.4.2 Transformación directa y del eje de cuadratura16.4.3 Control vectorial indirecto 73416.4.4 Control vectorial directo 736

Propulsores con motores síncronos 73816.5.1 Motores de rotor cilíndrico 738

16.5.2 Motores de polos salientes 74116.5.3 Motores de reluctancia 743

16.5.4 Motores de imán permanente 74316.5.5 Motores de reluctancia conmutada 74416.5.6 Control de motores síncronos en lazo cerrado

16.5.7 Propulsores con motor CD y CA sin escobillasControl de motores a pasos 74916.6.1 Motores a pasos de reluctancia variable16.6.2 Motores a pasos de imán permanenteResumen 756Referencias 756

Preguntas de repasoProblemas 758

713

16.5

16.6750

753

757

17.517.617.717.817.9

Circuitos excitadores de compuerta

Introducción 761Excitador de compuerta para MOSFETExcitador de base para BJT 763Aislamiento de compuerta y excitadores de base17.4.1 Transformadores de pulsos 76917.4.2 Optoacopladores 769Circuitos de disparo para tiristoresTransistor monounión 772

Transistor monounión programable 775Circuitos de disparo para convertidor con tiristoresCI excitadores de compuerta 77717.9.1 CI excitadores para convertidores 78117.9.2 CI de alto voltaje para excitadores de motoresResumen 788Referencias 789

Preguntas de repasoProblemas 790

761

761

770

789

Capítl

720721

728

745747

767

Apénc

Apénc:

Apénc:

Apénc:

Apém

Biblio

Respu

Índice777

784

.

Capítulo 18 Protección de dispositivos y circuitos

18.1 Introducción 791

18.2 Enfriamiento y disipadores de calor 79118.3 Modelado térmico de los dispositivOs conmutadores de potencia

18.3.1 Equivalente eléctrico del modelo térmico 79818.3.2 Circuito equivalente térmico matemático 80018.3.3 Acoplamiento de componentes eléctricos y térmicosCircuitos amortiguadores 803Transitorios de recuperación inversa 804Estados transitorios en los lados de alimentación y de cargaProtección contra voltaje con diodos de selenio y varistoresde metal óxido 813

18.8 Protecciones contra sobrecorriente18.8.1 Acción fusible 81518.8.2 Corriente de falla con fuente de CA18.8.3 Corriente de falla con fuente de CD

18.9 Interferencia electromagnética 82718.9.1 Fuentes de EMI 82818.9.2 Minimización de la generación de EMI18.9.3 Blindaje contra EMI 82918.9.4 Normas para EMI 829Resumen 830Referencias 831Preguntas de repasoProblemas 832

Circuitos trifásicos 835

Circuitos magnéticos 839

Funciones de conmutación de los convertidores

18.418.518.618.7

Apéndice A

Apéndice B

Apéndicee

Apéndice D

Apéndice E

Bibliografía

Contenido

791

801

810

815

822824

828

831

847

Análisis de estados transitorios en CD 853

Análisis de Fourier 857

860

ÍndiceRespuestas a los problemas seleccionados

873

863

xvii

797