ELECTRÓNICA DE POTENCIA ( CUESTIONARIO 1)

UNIDAD 1

1-1.- ¿ Qué es electrónica de potencia?

Se denomina electrónica de potencia a la rama de la ingeniería eléctrica que consigue adaptar y transformar la electricidad, con la finalidad de alimentar otros equipos, transportar energía, controlar el funcionamiento de maquinas eléctricas.

La electrónica de potencia combina la energía, la electrónica y el control. El control se encarga del régimen permanente y de las características dinámicas de los sistemas de lazo cerrado. La energía tiene que ver con el equipo de potencia estática y rotativa o giratoria, para la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica. La electrónica se ocupa de los dispositivos y circuitos de estado sólido requeridos en el procesamiento de señales para cumplir con los objetivos de control deseados. La electrónica de potencia se puede definir como la aplicación de la electrónica de estado sólido para el control y la conversión de la energía eléctrica.

1-2.- ¿ Cuàles son los diversos tipos de tiristores?

Los tiristores se pueden subdividir en ocho tipos:

a) tiristor de conmutación forzada

b) tiristor conmutadi por línea

c) tiristor desactivado por cimpuerta (GTO)

d) tiristor de conducción inversa (RTC)

e) tiristor de induccion estático ( SITH)

f) tiristor desactivado con asistencia de compuerta (GATT)

g) rectificador controlado de silicio fotoactivado ( LASCR)

1-3.-¿ Qué es un circuito de conmutación?

Un convertidos cd-cd se conoce como un pulsador o un regulador de conmutación. El voltaje promedio de salida se controla mediante la variación del tiempo de conducción t, del transistor Q1 . Si T es el periodo de corte, entonces t1 = ST. Se conoce como el ciclo de trabajo del pulsador.

1-4.- ¿ Cuáles son las condiciones para que un tiristor conduzca?

Un tiristor tiene tres terminales: un ánodo, un cátodo y una compuerta. Cuando una pequeña corriente pasa a través de la terminal de la compuerta hacia el cátodo, el tiristor conduce, siempre y cuando la terminal del ánodo esté a un potencial más alto que el cátodo. Una vez que el tiristor está en un modo de conducción, el circuito de la compuerta no tiene ningún control y el tiristor continúa conduciendo. Cuando un tiristor está en un modo de conducción, la caída de potencial en directa es muy pequeña, típicamente 0.5 a 2 v.

1-5.-¿ Cómo se puede desactivar un tiristor en conducción?

Un tiristor se puede desactivar haciendo que el potencial del ánodo sea igual o menor que el potencial del cátodo. Los tiristores conmutados en línea se desactivan en razón de la naturaleza senoidal del voltaje de entrada, y los tiristores conmutados en forma forzada se desactivan mediante un circuito adicional conocido como circuitería de conmutación.

1-6.- ¿ Qué es conmutación línea?

Cuando la corriente del ánodo se reduce por debajo de un valor mínimo, llamado corriente de mantenimiento, el tiristor se corta. Sin embargo, hay que señalar que la corriente nominal de un tiristor es del orden de 100 veces la corriente de mantenimiento. Para reducir esa corriente es preciso abrir la línea, aumentando la impedancia de carga o derivando parte de la corriente de carga a un circuito

1-7.-¿ Qué es conmutación forzada?

En algunos circuitos de tiristor, el voltaje de entrada es cd, para desactivar al tiristor, la corriente en sentido directo se obliga a pasar por cero utilizando un circuito adicional conocido como circuito de conmutación. Esta técnica se conoce como conmutación forzada y por el común se aplica en los convertidores de cd-cd ( pulsadores) y en convertidores de cd-ca (inversores).

1-8.-¿ Cuál es la diferencia entre un tiristor y un TRIAC?

En que en el TRIAC el flujo de la corriente se puede controlar en cualquier dirección y en un tiristor no.

1-9.- ¿ Cuál es la característica de compuerta de un GTO?

Se activan mediante la aplicación de un pulso breve positivo a las compuertas, y se desactivan mediante la aplicación de un pulso corto negativo a las mismas. Los GTO resultan muy atractivos para la conmutación forzada de convertidores y están disponibles hasta 4000V, 3000 A.

1-10.- ¿ Cuál es el tiempo de desactivación de un tiristor?

El tiempo de desactivación de los tiristores de bloqueo inverso de alta velocidad ha mejorado en forma sustancial y es posible obtener de 10 a 20 us con un tiristor de 1200 V -2000 A. El tiempo de desactivación se define como el intervalo de tiempo entre el instante en que la corriente principal se reduce a cero después de la interrupción externa del circuito de voltaje principal, y el instante en que el tiristor es capaz de aceptar un voltaje principal especificado.

1-11.-¿ Qué es un convertidor?

Un convertidor se puede considerar como una matriz de conmutación.

1-12.- ¿ Cuál es el principio de conversión de ca-cd?

El valor promedio del voltaje de salida se puede controlar variando el tiempo de conducción de los tiristores o el ángulo de retraso de disparo. La entrada puede ser una fuente monofásica o trifásica. Estos rectificadores también se conocen como rectificadores controlados.

1-13.- ¿ Cuál es el principio de conversión de ca-ca?

Estos convertidores se utilizan para obtener un voltaje de salida de corriente alterna variable a partir de una fuente de corriente alterna fija. El voltaje de salida se controla mediante la variación del tiempo de conducción de un TRIAC o el ángulo de retraso de disparo. Este tipo de convertidores también se conoce como controladores de voltaje de ca.

1-14.- ¿ Cuál es el principio de conversión de cd-cd?

Un convertidor cd-cd también se conoce como un pulsador o un regulador de conmutación. El voltaje promedio de salida se controla mediante la variación del tiempo de conducción t, del transistor Q1. Si T es el periodo de corte, entonces t1 = ST. S Se conoce como el ciclo de trabajo del pulsador.

1-15.- ¿ Cuál es el principio de conversión de cd-ca?

Un convertidor de cd a ca también se conoce como un inversor. El voltaje de salida puede ser controlado variando el tiempo de conducción de los transistores.

1-16.- ¿ Cuáles son los pasos incluidos en el diseño de un equipo de electrónica de potencia ?

El diseño de un equipo de electrónica de potencia se puede dividir en cuatro partes:

1. Diseño de los circuitos de potencia

2. Protección de los dispositivos de potencia

3. Determinación de la estrategia de control

4. Diseño de los circuitos lógicos y de mando

1-17.- ¿ Cuáles son los efectos periféricos del equipo electrónico de potencia?

Las operaciones de los convertidores de potencia se basan principalmente en la conmutación de dispositivos semiconductores de potencia: y como resultado, los convertidores introducen armónicas de corriente y de voltaje en el sistema de alimentación y en la salida de los convertidores.

Estas pueden originar problemas de distorsión del voltaje de salida, generación de armónicas en el sistema de alimentación e interferencia con circuitos de comunicación y señalización. Normalmente es necesario introducir filtros en la salida y en la entrada de un sistema convertidor, para reducir a una magnitud aceptable el nivel de armónicas.

Para evaluar el rendimiento de un convertidor, los voltajes/corrientes de entrada y salida de un convertidor se expresan en series de Fourier. La calidad de un convertidor de potencia se juzga por la calidad de sus formas de onda de voltaje y de corriente.

1-18.-¿ Cuáles son las diferencias entre las características de compuerta de los GTO y los tiristores?

La diferencia es que los GTO son tiristores auto desactivados. Se activan mediante la aplicación de un pulso breve positivo a las compuertas, y se desactivan mediante la aplicación de un pulso corto negativo. No requieren de ningún circuito de conmutación.

Mientras que los tiristores necesitan de una pequeña corriente que pase a través de la terminal de la compuerta hacia el cátodo, el tiristor conduce, siempre y cuando la terminal del ánodo esté a un potencial más alto que el cátodo.

1-19.-¿ Cuáles son las diferencias entre las características de compuerta de tiristores y transistores?

E l modo de desactivación para desactivar un transistor basta con retirar el voltaje de la base y quedará en no conducción mientras que para desactivar un tiristor se puede desactivar haciendo que el potencial del ánodo sea igual o menor que el potencial del cátodo.

1-20.- ¿ Cuáles son las diferencias en las características de compuerta de los TBJ y los MOSFET?

Los MOSFET se utilizan en convertidores de potencia de alta velocidad y están disponible en una especificación de relativamente poca potencia en rango de 1000V, 50 A, en un rango de frecuencia de varias decenas de kilo Hertz. Los TBJ son más lentos que los MOSFET.

1-21.-¿ Cuál es la característica de compuerta de un IGBT?

Los IGBT son transistores de potencia controlados por voltaje. Por naturaleza, son más rápidos que los BJT, pero aún no tan rápidos como los MOSFET. Sin embargo, ofrecen características de excitación y de salida muy superiores a las de los BJT. Los IGBT son adecuados para altos voltajes, altas corrientes y frecuencias de hasta 20 KHz. Los IGBT están disponibles hasta 1200 V, 400ª.

1-22.-¿ Cuál es la característica de compuerta de un MCT?

Se puede activar mediante un pequeño pulso de voltaje negativo sobre la compuerta MOS ( respecto a su ánodo), y desactivar mediante un pulso de voltaje positivo. Es similar a un GTO, excepto en que la ganancia de desactivación es muy alta. Los MTC están disponibles hasta 1000 V, 100 A.

1-23.-¿ Cuál es la característica de compuerta de un SIT?

Es un dispositivo de alta frecuencia y de alta potencia. Tienen una capacidad de potencia bajo ruido, baja distorsión y alta frecuencia de audio. Los tiempos de activación y desactivación son muy cortos, típicamente de 0.25us. La especificación de uso de corriente de los SIT puede ser hasta de 1200V 300ª, y la velocidad de interrupción puede ser tan alta como 100KHz.

1-24.-¿ Cuáles son las diferencias entre un BJT y los IGBT?

Los IGBT son transistores de potencia controlados por voltaje. Por naturaleza, son más rápidos que los BJT, pero aún no tan rápidos como los MOSFET. Sin embargo, ofrecen características de excitación y de salida muy superiores a las de los BJT.

1-25.-¿ Cuáles son las diferencias entre los MCT y los GTO?

La ganancia de desactivación es muy alta en los MCT a comparación de los GTO

1-26.-¿ Cuáles son las diferencias entre los SITH y los GTO?

Los SITH, cuyas especificaciones pueden llegar tan alto como 1200V, 300A, se espera que puedan ser aplicados a convertidores de mediana potencia con una frecuencia de varios cientos de kilohertz y mas allá del rango de frecuencia de los GTO.

ELCTRÓNICA DE POTENCIA ( CUESTIONARIO 2)

2-1.- ¿Cuáles son los tipos de diodos de potencia?

Son de tres tipos : de uso general, de alta velocidad ( o de recuperación rápida) y Schottky.

2-2.- ¿Qué es la corriente de fuga de los diodos?

Cuando el potencial de cátodo es positivo con respecto al ánodo, se dice que esta en polarización inversa. Bajo condiciones de polarización inversa, fluye una pequeña corriente inversa (también conocida como corriente de fuga)en el rango de los micros o de miliamperios cuya magnitud crece lentamente en función del voltaje inverso , hasta llegar al voltaje de avalancha o zener.

2-3.- ¿Qué es el tiempo de recuperación inversa de los diodos?

La corriente de un diodo de unión con polarización directa se debe al efecto neto de los portadores mayoritarios y minoritarios. Cuando un diodo está en modo de conducción directa y su corriente se reduce a cero ( debido al comportamiento natural del circuito del diodo o a la aplicación de un voltaje inverso), el diodo continúa conduciendo, debido a los portadores minoritarios que permanecen almacenados en la unión pn y en el material del cuerpo semiconductor. Los portadores minoritarios requieren de un cierto tiempo para recombinarse con cargas opuestas y neutralizarse. Este tiempo se conoce como tiempo de recuperación inversa del diodo.

Puede definirse como el intervalo de tiempo entre el instante en que la corriente pasa a través del cero, durante el cambio de la conducción directa a la condición de bloqueo inverso, y el momento en que la corriente inversa se ha reducido al 20% de su valor inverso pico, depende de la temperatura de la unión, de la velocidad de abatimiento de la corriente directa y de la corriente directa antes de la conmjtación.

2-4.- ¿Qué es la corriente de recuperación inversa de los diodos?

Es la cantidad de portadores de carga que fluye a través del diodo en dirección inversa debido a un cambio de la conducción directa a la condición de bloqueo inverso. Su valor queda determinado por el área encerrada por la trayectoria de la corriente de recuperación inversa.

2-5.- ¿Qué es el factor de suavidad de los diodos?

El tiempo de recuperación inverso se denomina trr y se mide partir del cruce del cero inicial de la corriente del diodo con e 25% de la corriente inversa máxima, IRR¿ trr está formado por dos componentes, ta y tb está generado por el almacenamiento de carga en la región de agotamiento de la unión y representa el tiempo entre el cruce por cero y la corriente inversa pico, IRR tb es debido al almacenamiento de carga en el material del cuerpo del semiconductor. La relación tb /ta se conoce como factor de suavidad.

2-6.- ¿Cuáles son los tipos de recuperación de los diodos?

1) Recuperación suave2) Tiempo de recuperación inversa3) Carga de recuperación inversa

2-7.- ¿Cuál es la causa del tiempo de recuperación inversa de un diodo de unión np?

2-8.- ¿Cuál es el efecto del tiempo de recuperación inversa?

2-9.- ¿Por qué es necesario utilizar diodos de recuperación rápida para conversión de alta velocidad?

2-10.- ¿Qué es el tiempo de recuperación directo?

2-11.- ¿Cuáles son las diferencias principales entre los diodos de unión pn y los diodos Schottky?

2-12.- ¿Cuáles son las limitaciones de los diodos Schottky?

2-13.- ¿Cuál es el tiempo de recuperación inversa típico de los diodos de uso general?

Los diodos de rectificación de uso general tiene un tiempo de recuperación inversa alto, típicamente de 25us.

2-14.- ¿Cuál es el tiempo de recuperación inversa típico de los diodos de recuperación rápida?

Tiene un tiempo de recuperación bajo, por lo general menor que 5u.

2-16.- ¿Cuáles son los problemas de los diodos conectados en serie, y cuáles son las soluciones posibles?

2-17.- ¿Cuáles son los problemas de los diodos conectados en paralelo, y cuáles son las soluciones posibles?