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ALUMNOS:
Arellanes Vega Hedtson
Oswaldo. Rosas López Ricardo.
ING. ELECTROMECÁNICA.
MATERIA:
Aplicaciones Industriales
TRANSISTORES Y
RECTIFICADORES
INSTITUTO TECNOLOGICO DE LOS MOCHIS
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...debido a las aplicaciones cada
vez más frecuentes de la llamadaelectrónica de potencia
que esencialmente es aprovechar las ventajas que enmateria de control y regulación ofrecen los dispositivoselectrónicos, que por las magnitudes de corriente, voltaje ypotencia que manejan, se les conoce en un área de laelectrónica que se denomina como “LA ELECTRÓNICA
DE POTENCIA”.
En los sistemas eléctricos de potenciaha habido una transformación
importante en los últimos 25 años...
Introducción
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Dentro de las aplicaciones máscomunes se encuentran la de losSistemas Eléctricos de Potencia enla Transmisión de Energía y en elControl de Máquinas Eléctricas.
En este trabajo, se hace unarevisión de los principales aspectosque en las aplicaciones tiene la
electrónica de potencia y el impactoque tiene en el desarrollotecnológico de la ingeniería eléctricaconvencional.
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Los amplificadores lineales
Puentes rectificadores
Inversores
Dispositivos optoelectrónicos.
En la industria actual es difícil aislar la tecnología de la
electrónica de potencia de las máquinas eléctricas yesto requiere necesariamente de un conocimientorelativamente superficial de algunos dispositivos deestado sólido, como son por ejemplo: los diodos, lostiristores, triacs, los transistores bipolares, los
transistores MOSFET, los transistores IGBTy dealgunas otras componentes electrónicas, como son:
Transistores
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Controladores de voltaje de corrientealterna (C.A.), es decir, C.A. a C.A
Rectificadores controlados (C.A. a C.D.)
Chopper (C.D. a C.D.) para convertir unvoltaje fijo en C.D. a un voltaje variableen C.D.
Inversores (C.D. a C.A.)
Ciclo convertidores (C.A. a C.A.), esdecir, con aplicaciones en su mayoría asistemas de control.
…Que son aplicados a su vez en elementos
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Tipos de transistores
BJTPNP
NPN
FET
CANAL P
MESFET
MOSFET
JFET CANAL N
CANAL N
ACUMULADOR
DEPLEXIÓN
CANAL P
CANAL N
CANAL PCANAL N
•BJT: Transistores bipolares de unión.•FET: Transistores de efecto de campo.•JFET: Transistores de efecto de campo de unión.•MESFET: Transistores de efecto de campo de metal semiconductor.•MOSFET: Transistores de efecto de campo de metal-oxido-semiconductor.•IGBT: Transistores de puerta aislada.
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Los transistores son dispositivos dotados de 3terminales
Dos de los terminales actúan como terminalesde entrada (control)
Dos actúan como terminales de salida
Un terminal es común a entrada y salida
La potencia consumida en la entrada es menor que la controlada en la salida
La tensión entre terminales de entrada determinala salida: puede funcionar como fuente decorriente (zona activa), cortocircuito (saturación)o circuito abierto (corte). en los accionamientos
Características comunes
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FUNCIÓN CONTROLADORES FACTS Y EQUIPO CONVENCIONAL
Control de
voltaje
qPlantas generadoras. Cambiadores de Taps en transformadores
de tipo convencional.qBancos de capacitores convencionales.qCompensador estático de Vars (SVC).qCompensador estático síncrono (STATCOM).qControlador unificado de flujo de potencia (UPFC).qSuperconductor de energía (SMES).q
Sistema de almacenamiento de energía en batería (BESS).Compensador estático convertible.
Control deflujo depotencia
qPlantas generadoras.qCompensación serie convencional.qCapacitor serie controlado por tiristores (TCSC).q
Reactor en serie controlado por tiristores (TCSR).qCambiador de fase controlado por tiristores (TCPST).qControlador unificado de flujo de potencia (UPFC).Compensador serie estático síncrono (SSSC).
Tablas de funciones
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Transistor bipolar deunion BJT
Transistor de efecto decamp, de unión (JFET)
Transistor de efecto decampo, de metal-oxido-
semiconductor (MOSFET)Fototransistor
Terminales
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Características de los tipos de transistores
BJT: Bipolar Junction Transistor. Transistor bipolar constituido por la unión de dos materiales concapacidades opuestas para polarizarse (uniones NP OPN). Los transistores bipolares pueden ser PNP o NPNFET: Field Effect Transistor. Transistor de efecto decampo. Está formado por una barra de materialsemiconductor de silicio tipo P o N en cuyos extremosse establece un contacto óhmico. También se les
conoce como transistores unipolares. FET: Field Effect Transistor. Transistor de efecto de campo. Estáformado por una barra de material semiconductor desilicio tipo P o N en cuyos extremos se establece uncontacto óhmico. También se les conoce como
transistores unipolares.IGBT : Isolated Gate Bipolar Transistor. Transistor bipolar de puerta aislada. Presenta la ventaja de que lapuerta se comporta como la de un transistor MOSFET
lo que facilita su gobierno. Es más robusto que el
En los de canal N la conducción la producen e- en losde canal P huecos. Hay 3 tipos:qJFET.- Junction Field Effect Transistor q
MESFET.- Metal Semiconductor Transistor qMOSFET.- Metal Oxide Semiconductor Transistor
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Transistor BJT
El BJT (“Bipolar Junction Transistor”), fueintroducido a principios de los años 80, en el
BJT la señal de control se debe mantener sise quiere que el dispositivo conduzca. Al igual que el tiristor tiene tres terminales:colector C, emisor E y base (B). Una señalaplicada al terminal de control (base) hace
que el transistor sea conductor en un gradomás o menos importante, amplificándose elvalor de dicha señal de control, a la salidaentre el emisor y el colector. Es decir adiferencia de los tiristores, la intensidad que
va a circular entre el colector y el emisor esproporcional a la señal aplicada a la base. Laflecha del emisor indica la dirección de lacirculación de la corriente cuando la uniónemisor-base se encuentra polarizada en
sentido directo (transistor en estado de
Un transistor de potencia se caracteriza en estado de bloqueopor la tensión en sus bornes colector-emisor VCE y su corrientede fugas IF. En estado de conducción, se caracteriza por la
corriente que lo atraviesa IC y por la caída de tensión que esta
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MOSFET
El MOSFET (“Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor”), es un transistor
de conmutación muy rápidaque nació con un futuroprometedor en aplicaciones dealta frecuencia (hasta 1 MHz) ybaja potencia (hasta unospocos kW).
El dispositivo tiene poca capacidad para soportar la tensióninversa y siempre lleva un diodo inversor. A diferencia de untransistor bipolar, el MOSFET se controla por tensión de talmanera, que si se aplica a la puerta una tensión positiva (esdecir VGS positiva) mayor que un valor umbral, el transistor conduce permitiendo el flujo de intensidad entre el drenador y lafuente. La puerta está aislada por una capa de oxido de silicio(SO2), y entonces la impedancia de entrada del circuito depuerta es extremadamente elevada en estado estacionario. Lapuerta precisará de un pulso de corriente durante el paso deconducción a bloqueo.
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IGBT
El IGBT (“Isolated Gate Bypolar Transistor”)es un dispositivo que tiene algunas de lasventajas de los MOSFET, BJT y GTOcombinadas, ha sustituido a los transistores de
potencia en las aplicaciones de baja tensión ymedia potencia y con módulos asociados, estánsustituyendo también a los SCR y GTOs enpequeña y media potencia, pudiéndose alcanzar hasta 1,5 MW.
Este dispositivo tiene una impedancia depuerta elevada, por lo que precisa pequeñascorrientes para manejar grandes potencias,de esta manera se reducen los retrasosasociados a elevadas corrientes de control yse consigue una respuesta rápida, (menor de
1 microsegundo)
Los IGBTs tienen tiempos de encendido yapagado del orden de 1 microsegundo, larapidez de conmutación permite lograr, conlas técnicas PWM, formas de onda de grancalidad, con un mínimo nivel de armónicos,
lo que permite hacer desaparecer el ruidoelectromagnético audible característico delos armónicos de bajo rango.
Las tensiones son del orden de los 2000 V y lasintensidades de cientos de amperios yfrecuencias de maniobra del orden de los 20kHz.Su rápido desarrollo persigue, entre otrosaspectos, aumentar la tensión colector-emisor ytambién la intensidad de colector (que puedellegar hasta 2.700 A, la cual se consigue
mediante la asociación en paralelo de variosmódulos individuales), así como mejorar latransmisión de calor entre la uniónsemiconductora y el exterior.
Los IGBTs que se fabrican actualmente,tienen una capacidad de manipulación depotencia comparable con la del BJT pero
pueden operar a más altas frecuencias. Lasimplicidad de la puerta, facilidad deprotección, capacidad de protección encircuitos de potencia, operación sinsnubbers, y alta velocidad de maniobrahacen que los convertidores de IGBTs seanmás atractivos que los convertidores de
BJTs.
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Encapsulados más frecuentes
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TIPO DETRANSISTOR
DIFICULTAD DEGOBIERNO(ENCENDIDO -
APAGADO).
FRECUENCIAMÁXIMA DECONMUTACIÓN
ROBUSTEZ PROPIEDADESESPECIALES
TRANSISTORESBIPOLARES
MEDIA: CIERTOCONSUMO DECORRIENTEPORPUERTA
B AJA: DEL ORDENDE 20kHz
ALTA MANEJO DE ALTASPOTENCIAS YTENSIONES
TRANSISTORES
MOSFET
BAJA: CONSUMO
POR PUERTA MUYREDUCIDA
ELEVADA: DEL
ORDEN DE 1Hz
MEDIA RESISTIVO EN
CONDUCCIÓN:RESISTENCIASMUY BAJAS
IGBTS BAJA: CONSUMOPOR PUERTA MUYREDUCIDO
MEDIA: ENTREBIPOLARES YMOSFET
ALTA MANEJO ALTASPOTENCIAS YTENSIONESMENORES
PERDIDAS QUEMOSFET
GTOS ALTA: DIFICULTADPARA EL APAGADO
MUY BAJA DELORDEN DE 1kHZ
MUY ALTA MUY ROBUSTO
Cuadro comparativo de las propiedades de los transistores
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Comparación de potencia y frecuencias de conmutación
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Evaluación de la potencia con el desarrollo de los dispositivos
Ti d Ti i t
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I R I S T O R E S
Tipos de Tiristores
SCR (Silicon ControlledRectifier)
DIAC
TRIAC
GTO
A este dispositivo se le suele llamar Tiristor
SCR (Sili C t ll d R tifi )
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I R I S T O R E S
SCR (Silicon Controlled Rectifier)
Es uno de los semiconductores másantiguos
1957 General Electric ResearchLaboratoriesTiene una enorme capacidad de manejar potencia
Son muy robustos
Seguirá teniendo aplicaciones debido a que es de lossemiconductores con mayor capacidad de manejar potencia
SCR
Á
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I R I S T O R E S
SCR
VA
K
IA
Característica V-I
Ánodo
Cátodo
A
KVAK
IA
Con polarización inversa se comporta como un diodo:no conduce
Polarización directa: sino se ha disparado, noconduce
Polarización directa: una vezdisparado, conduce como undiodo
Zona de transición
El SCR se apaga de forma natural cuando la corriente
Puerta
Encapsulados de SCR
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Encapsulados de SCR
T
I R I S T O R E S
ADD APACK
MAGN APACK
PACE PACK TO-200
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Parámetros fundamentales para seleccionar un SCR
• Tensión de ruptura• Corriente máxima•
Velocidad deconmutación
Tensiones de ruptura de dispositivoscomerciales
Altatensión
400 V
800 V
1000V T
I R I S T O R E S
Soportan tensión directa(VDRM) e inversa
(VRRM)
Características de disparo
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I R I S T O R E S
Características de disparo
Para disparar el SCR hay que introducir corriente por la puerta
Para que el disparo sea efectivo, se deben de cumplir doscondiciones:1. La corriente de puerta debe ser superior a uncierto valor
VGK
IG
Ningún SCR sedispara
Zona de disparoseguro
No se garantiza eldisparo
Características de disparo
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Características de disparo
VG
K
IG
Zona de disparoseguro
El circuito de disparo debe tener una recta de cargatal que el punto de corte esté en la zona de disparoseguro
Z1
V1
V1
V1 / Z1
Características de disparo
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Características de disparo
2. Hay que mantener el disparo hasta que la corrienteánodo-cátodo sobrepase un cierto valor que se llama
Corriente de Enclavamiento (Latching Current)IA
IG
ILATCHIN
GSeapaga
Sigueconduciendo
Una vez disparado, el SCR sigueconduciendo aunque no tenga corrienteen puerta
Características de disparo
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I R I S T O R E S
Características de disparo
Podríamos disparar el SCR con un pulso de corriente
Esto funciona con carga resistiva ya que la corriente
crece rápidamente y se alcanza fácilmente la corriente deenclavamiento
Z1V1
Z1 =R
Z1 =LsSe apaga
Para evitar esto, se suele disparar los SCR con trenesde pulsos
I
G
I A
I A
I
G
IG
Características de disparo
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I R I S T O R E S
Características de disparo
El SCR se puede llegar a disparar por derivada detensión
Si la tensión ánodo-cátodo cambia muybruscamente, puede inducirse corriente en la puertay entrar en conducción
VAKdt
dVAK grande
i
Apagado del SCR
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I R I S T O R E S
Apagado del SCR
Idealmente, cuando la corriente que circula entre ánodoy cátodo llega a cero, el SCR se apaga de forma natural
En realidad, se apaga cuando la corriente baja hasta uncierto valor llamado Corriente de mantenimiento (holding current)
IA
Corriente demantenimiento
Corrientede
enclavamiento
(p.ej 600mA)(p.ej 1 A)
Apagado del SCR
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Apagado del SCR
• Apagado estático• Apagadodinámico
Hay dos tipos de apagado:
El apagado estático se utiliza enaplicaciones de red (50 Hz)
El tiristor se apaga de formanatural
El apagado dinámico se utilizaen aplicaciones de frecuenciamás elevada (1 - 20 kHz)
Se requiere un circuito externopara apagar el SCR de formaforzada
IMANTENIMIENTO
IA
IA
V
AK
V AK
s
Ejemplo de funcionamiento
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Ejemplo de funcionamiento
R1
V1
V1
VR
VT VR
VT
Disparo
TRIAC
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I R I S T O R E S
TRIAC
Funciona como un tiristor
Al dispararlo, conduce hasta que la corriente pasa por ceroEs bidireccional. Conduce en ambos sentidos
Se puede disparar con corrientes entrantes y salientes
Su uso es común en aplicaciones de “baja” potencia (perorelativamente alta comparada con la potencia de muchossistemas de alimentación)
Especificaciones
típicas
200, 400, 600, 800, 1000 V
1- 50 A
T1 T2G
TRIAC
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I R I S T O R E S
TRIAC
Hay 4 posibilidades defuncionamiento
No todas son igual de favorablesT2
T1IG
+
-
T2
T1IG
+
-
T2
T1IG
+
- T2
T1IG
-
+
IG
>IH<IL<
IH Corriente de IL Corriente de
35
mA
35
mA
35
mA30mA
30mA
30mA
30mA40
mA60mA
60mA
40mA
70
mA
TRIAC Ejemplo
Nivel de comparación
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I R I S T O R E S
TRIAC Ejemplo
C
R
RL(Carga)
Comp. conHistéresis
p
VRL
VCo
mp
VG
VG
: ángulo de disparo
Controlando el ángulo
de disparo se controlala potencia que se leda a RL A este tipo decontrol se le llama
control de fase
DIAC
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I R I S T O R E S
DIACNo es un interruptor
Una vez disparado se comporta como un diodo
Cuando su corriente pasa por cero, se apagaPara dispararlo hay que sobrepasar una tensióncaracterística VDIAC que suele ser de 30 V.
Es totalmente simétrico
Aplicaciones: se suele usar para disparar TRIACs
30V- 30V
T1
T2 VT
12
IT12
GTO Gate Turn-Off Thirystor
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I R I S T O R E S
GTO Gate Turn Off Thirystor
A
KG
• En muchas aplicaciones, el hecho de no
poder apagar el SCR es un graveproblema• El GTO solventa ese inconveniente• Con corriente entrante por puerta, se
dispara• Con corriente saliente por puerta, seapaga
• Se utiliza en aplicaciones de muchapotencia• Es muy robusto
GTO
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I R I S T O R E S
GTO
• Soporta altas tensiones•
Puede manejar corrientes elevadas• La caída de tensión en conducción esrelativamente baja
• El GTO es básicamente igual que un SCR•
Se han modificado algunos parámetrosconstructivos para poder apagarlo por puerta• Se pierden algunas características (solución decompromiso). Por ejemplo, la corriente de disparo esmayor.• Caída de tensión en conducción ligeramentesuperior al SCR• Algo más rápido que un SCR
Introducción
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O N V E R T I D O
R E S
C A / C C N
O C
O N T R O L A D O S
Introducción
La fuente de distribución de energía eléctrica máshabitual es la red eléctrica
La energía se distribuye en forma de tensión alternaSin embargo, los equipos electrónicos generalmentenecesitan una tensión continua para funcionar
Por esta razón, la primera etapa de conversión suele
ser en la mayoría de los casos una transformaciónCA/CC
Si la tensión obtenida de esta forma no es adecuadapara la aplicación, se pueden conectar en cascada
otros convertidores
CA/CC CC/CC
CA/CC CC/CA
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O N V E R T I D O
R E S
C A / C C N
O C
O N T R O L A D O S
Los convertidores CA/CC los podemos clasificar de lasiguiente forma:
NoControlados
Controlado
s
• Monofásicos• Trifásicos
En un rectificador controlado, un circuito de control puedemodificar los parámetros de funcionamiento del convertidor y regular en cierta medida la tensión de salida
En el caso de un rectificador no controlado, no hay ningunaposibilidad de control y la tensión de salida dependeexclusivamente de la cargaEn la actualidad, el esquema más usado se basa en utilizar un convertidor CA/CC no controlado. A continuación seconecta otro convertidor en cascada que es el que se
encarga de controlar la tensión de salida
• Monofásicos• Trifásicos
Introducción
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O N V E R T I D O
R E S
C A / C C N
O C
O N T R O L A D O S
Especificaciones típicas de la tensiónalterna
Europa 220 V, 50Hz230 V, 50Hz240 V, 50Hz
EE.UU 110 V, 60Hz
Japón100 V, 60
Hz100 V, 50Hz
Red de bajatensión
Red de mediatensión
380 V, 50Hz
Trifásica
3, 6, 10, 15, 20 kV, 50Hz
400 V, 50Hz Rango de
tensión de
entrada universal85 V – 265V
En Asturias, la red de distribución de media tensión es
de 22 kV
Los equipos funcionan en un rango: 190-250V
Convertidores monofásicos
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3/13/12 C
O N V E R T I D O
R E S
C A / C C N
O C
O N T R O L A D O S
El esquema más habitual es el rectificador en puentecompleto
VCVin: 230 V, 50Hz
Iin
VCV3252230 =
Formas deonda
La tensión de salida escontinua
Tiene un rizado que dependede la carga
El valor medio no escontrolable
La corriente de entrada es
Muysencillo
Muyrobusto
Barato
Convertidores monofásicos
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Funcionamiento del circuito
VC
Vin: 230 V, 50
Hz
Semiciclopositivo
Semiciclonegativo
VC =Vin
VC =Vin
Vin VinVC VC
El condensador se carga al valor de pico de la tensión de
Convertidores monofásicos
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VC
iIN Formas de onda obtenidas por simulación
VC
(Rizado)
El condensador se carga
durante el tiempo en el que haycirculación de corriente. El restodel tiempo esta descargando laenergía sobre la carga
0.5 – 1ms
10ms
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Cálculo aproximado de la corriente depicoSuponemos que tiene una forma de onda
cuadrada
t1
Ipα
α
α
α
θππ ∫ 2
2
pp
2
2
pp )cos·(V·I1
d·)(sen·V·I·1
P
απ sen
I·V
2P
pp
Suponiendo una duración del pulso de aprox. 1 ms,= 18ºVp = 230· 2 = 325
P = 1000 W Ip = 15.6 A
Si la corriente fuesesenoidal:
ef ef I·VP = Ief =4.34 A
Ip = 6.14 A
El valor de pico es 2.5 veces
menor !!
Rizado en el condensador
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El rizado de tensión en la salida es uno de los datosfundamentales que deben ser calculados por el diseñador Este dato se puede calcular de
diversos modos1. BalanceenergéticoSabiendo la energía que sale del condensador y los
valores de tensión máximo y mínimo podemos hacer unbalance energético:vC VMA
XVMIN
)VV(C2
1t·P 2
MIN
2
MAX −
P: potencia que maneja el convertidor t: tiempo que dura la descarga. Se puedeaproximar a T/2=10ms
2. Corriente de descargaconstanteSuponemos que el condensador se descarga con unacorriente constante
I0
_
C
_
0
V
PI =
Des0
t
0
0C t·IC
1dtI
C
1v
Des
=∫tDes: tiempo dedescarga
Si hacemos la aproximación: tDes = T/2, cometemos unerror del orden del 2%
Restando el tiempo de conducción, la solución es casiexacta
Vi
n
V
C
Rizado en el
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ado e econdensador Uno de los criterios para dimensionar el condensador suele ser el Hold-up time
CC/CC V0VC230 V, 50 Hz
VC
Fallo deRed Vuelve lared
10 ms
V0
Se mantiene la tensión de salida gracias a la energía del
Vin
Doblador de tensión
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En la actualidad hay muchos equipos portátiles quedeben poder funcionar con la tensión nominal decualquier país
Es el denominado “rango de tensión universal”: 90-265 V Al haber tanta diferencia de tensión entre la mínima y lamáxima, los equipos pueden tener problemas parafuncionar
Un posible circuito para solucionarlo es el doblador detensión
230 V
110 V
Con 230 V de entrada, elinterruptor está abierto
El funcionamiento es igual queel de un rectificador de dobleonda normal
El condensador equivalenteque verá la red será C/2
C
C
Doblador de tensión
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110 V
C
C
Cuando la tensión de entrada es de 110 V, se cierra elinterruptor
110V
D3
D4
D3 y D4 quedan cortados
porque están en paralelo conlos condensadores
Semiciclopositivo
Semiciclonegativo
VC1 =Vin
VC2 =VinEn total, la tensión en la carga es la suma de la tensión en
los dos condensadores: V0 = 2·Vin (2·110 V = 220 V)
V0 V0
Rectificador con bobina
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Para suavizar la forma de onda de la corriente de entradaes posible utilizar una bobina
Suponiendo que el condensador esgrande y que, por tanto, el rizado detensión es nulo, la forma de onda dela corriente será:
0
100
20
0
300
400
Vin
VC
VL
VL = Vin -
VC
i
f
-i
Vi
n
V
C
L
V
L
VL = Vin -VC
∫ dt)t(vL
1i LL
Análisis de la corriente de entrada
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Como hemos podido comprobar, la corriente de entradano es senoidal pero es mucho más suave que sin bobina
Para analizar la “calidad” de la forma de onda recurrimosal desarrollo en serie de Fourier
∑∞
=
+2n
n1e iii i1: armónico fundamental
in: armónico de orden n
Suponiendo una tensión de entrada senoidal, el únicoarmónico que contribuye al flujo de potencia media es elfundamental ya que las frecuencias deben ser iguales
∫π
θπ
=0
1in
_
d·i·v1
P 1ef 1ef
_
·cosI·VP ϕ
La potencia aparente es: S =Vef · Ief El factor de potenciaserá:
ef ef
1ef 1ef
_
I·V
·cosI·V
S
P.P.F
ϕ= 1
ef
ef 1
_
·cosI
I
S
P.P.F ϕ
Si hay mucha distorsión I1ef << Ief por lo que el
F.P. será bajo
Análisis de la corriente de entrada
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Distorsión armónica total (DAT) Total Harmonic Distortion (THD)Da una idea de lo cercana que está una forma de onda auna senoide
THD = 0% SenoidalTHD = 100% No Senoidal
THD = 200% No Senoidal
Definición:1
dis
I
ITHD =
∑∞
=
=2n
2
n
2
1
2
edis IIII
1er armónico
Resto de armónicos
∑∞
=
+2n
2
n
2
1e III
Factor deCresta: ef
pico
II
Factor de
Forma:
medio
ef
I
I
Análisis de la corriente de entrada
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0.9
0.750.60.5
cos
FP
ef
_
V
IL
0.180.02
ef
_
V
IL
0.180.02
F.
CrestaF.Forma
ef
C
V
V
3.5
2.5
1.5
2.25
1.75
Rectificadores trifásicos
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En entornos industriales se suele usar la red trifásica• Las formas de onda tienen menos rizado de formanatural• Tiene mayor capacidad de manejar potenciaLos circuitos son básicamente iguales a los monofásicos
R
S
T
R S T
V0
Suponiendo una RL muygrande
RL
La tensión V0 será laenvolvente de esta forma
de onda
Rectificadores trifásicos
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Si queremos disminuir aún más el rizado, podemos utilizar un filtro por condensador. Con un condensador infinitotendríamos una tensión de salida igual al valor de pico de
la tensión de entrada: 2·VLL=1.41·VLL
R
S
TV
0
RL
D1
D4
D2
D5
D3
D6
LLV·2
iin
La corriente de entrada tiene una forma de onda similar alcaso de tensión monofásica
El tiempo de conducción es muy corto y el valor de pico eselevado
Es una forma de onda poco interesante
Rectificadores trifásicos
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También es posible implementar una bobina parasuavizar la corriente de entrada
60º
LLV·2
Durante ciertos instantes de tiempo, la corriente es nula
VC
RLC VC
VLC
VC
VLCCuando iL=0, VLC=VC
Cuando VLC>VC, la corriente crece
Cuando VLC<VC, la corriente decrece
Introducción
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CA/CC CC/CC
Los rectificadores no controlados se utilizan habitualmentecon una segunda etapa conectada en cascada
En algunos equipos de alta potencia puede resultar
interesante utilizar rectificadores controladosEspecialmente en sistemas donde sea importante controlar el flujo de potencia bidireccionalmente:• Transporte de energía en continua (alta tensión)• Algunos motores de continua y de alterna con capacidadregenerativa
CA/CC
Potencia
Introducción
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Los rectificadores no controlados son en el fondo uncaso particular de los convertidores controlados
De todas formas, su gran utilidad práctica recomienda suestudio por separado
Sin embargo, los rectificadores controlados suelentrabajar en modo de conducción continuo
Por otra parte, los rectificadores no controladossuelen trabajar en modo discontinuo
Se usan fundamentalmente en aplicaciones de mucha
potencia ,con lo que la tensión de entrada suele ser trifásica
Rectificadores controlados trifásicos
en MCC
Control de rectificadores controlados
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RV1
V1
VR
VR
Disparo
Cargaresistiva
Cuando el tiristor recibe un pulso de corriente en la puertacomienza a conducir, siempre y cuando tenga polarizacióndirecta entre ánodo y cátodoControlando el ángulo de disparo controlamos la
energía que pasa
Rectificador trifásico controlado
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El esquema genérico es similar al visto para rectificadores nocontrolados
En el análisis de funcionamiento vamos a suponer que elrectificador trabaja en modo de conducción continuo y queLd es muy rande
LS: inductancia debida a la líneaLd: inductancia colocada por eldiseñador
LdLSLSL
S
iLd
iLd
Rectificador trifásico controlado
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Análisis con LS= 0Idea básica: es posible controlar el valor medio de la
tensión de salida en función del momento en el que sedisparen los interruptoresFormas deonda
R S T
R =R
S
T
T1
T5 T6T4
T2 T3
T3T5 T1T5 T1T6
Punto en el que comenzaría la
conducción de D1
Punto en el que comienza laconducción de T1
VRL
VRL
Control de la tensión de salida
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απ
=α ·cosV·23
V LLRL
Al cambiar el ángulo , cambia el valor de la tensión
de salidaCon = 0º,
obtenemos la mismatensión que en el casode un rectificador no
controladocos 0º = 1LLRL V·2
3V
π=
R S T
VR
S
VR
T
VR
L
Control de la tensión de salida
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Formas de onda según el ángulo dedisparo
=45ºR S T
= 45º
VRL
Funcionamiento como inversor no autónomo
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S 0·cosV·23
VLLRL
<π
Para ángulos mayores de 90º, el coseno esnegativo
Esto implicaría que la tensión VRL seríanegativaEsto no quiere decir que el rectificador sea capaz deobtener tensiones negativas
L =
VL
IL
VRL
Debemos tener en cuenta el
sentido de circulación decorrienteVRL
I
LEsta fuente está SUMINISTRANDOpotencia
Por tanto, el flujo de potencia no es de izqda-dcha sino alcontrario, SE ESTA DEVOLVIENDO POTENCIA A LARED
Funcionamiento como inversor no autónomo
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S
Por tanto, para que funcione de este modo es necesarioque haya una fuente de energía que proporcione lapotencia
No puede ser una carga pasivaL =
VL VINV
IL
POTENCIA
0·cosV·23
V LLRL <π
Con 90º < <180º
Funcionamiento comoinversor
Este modo de funcionamiento se puede dar cuando lacarga es un motor con capacidad regenerativa