electronica industrial o de potencia 2010 --i

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ELECTRONICA DE POTENCIA O (INDUSTRIAL) Tipos de electrónica Transformación de la energía eléctrica Dispositivos de potencia Conversión CA/CC: rectificadores Conversión CC/CC Conversión CC/CA: inversores Aplicaciones Definición Se define como la aplicación de la electrónica de estado sólido para el control y conversión de la energía eléctrica. La Electrónica De Potencia Combina 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, rotativa o giratoria para la generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica. La electrónica industrial se ocupa de los dispositivos y circuitos de estado sólido requeridos en el procesamiento de señales para cumplir con los objetivos de control deseados. CLASIFICACION DE LA ELECTRONICA Basado en la industria se clasifica: I.-ELECTRONICA FINA O DE ALTA FIDELIDAD:

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ELECTRONICA DE POTENCIA O (INDUSTRIAL)

Tipos de electrnica Transformacin de la energa elctrica Dispositivos de potencia Conversin CA/CC: rectificadores Conversin CC/CC Conversin CC/CA: inversores Aplicaciones Definicin Se define como la aplicacin de la electrnica de estado slido para el control y conversin de la energa elctrica. La Electrnica De Potencia Combina La Electrnica Y El Control El control se encarga del rgimen permanente y de las caractersticas dinmicas de los sistemas de lazo cerrado La energa tiene que ver con el equipo de potencia esttica, rotativa o giratoria para la generacin, transmisin y distribucin de la energa elctrica. La electrnica industrial se ocupa de los dispositivos y circuitos de estado slido requeridos en el procesamiento de seales para cumplir con los objetivos de control deseados. CLASIFICACION DE LA ELECTRONICA Basado en la industria se clasifica: I.-ELECTRONICA FINA O DE ALTA FIDELIDAD: Audio/video (electrodomsticos) Elementos: Transistores, fets, ic lineales, ic digitales, etc. II.-ELECTRONICA DE POTENCIA (APLICADO A LA INDUSTRIA) Rectificadores de potencias controladas y no controladas: Monofsicos, trifsicos

Inversores Choppers Ciclo convertidores

Elementos: Familia de los Tiristores: SCR, TRIAC, UJT, PUT, SUS, SBS, TRANSISTORES DE POTENCIA Y OTROS III.-ELECTRONICA DE CONTROL TENEMOS: A.-Instrumentacin Industrial. Sistema de lazo cerrado de control de procesos. Control de temperatura Control de nivel de flujo Control de presin, etc

B.-Instrumentacin analtica. Analizador de sangre, orina, etc.. Espectrofotmetros: Absorcin/Emisin. Cromatgrafos Phmetro (poder de hidrogeno/poder de acides

CONVERTIDORES DE ELECTRONICA DE POTENCIA Son diversos circuitos que muestran las modificaciones de la presentacin de la energa elctrica.

AC CC

CICLO CONVERTIDOR CA FRECUENCIA FIJA FRECUENCIA VARIBLE

CC FIJA CHOPPER O TROCEADOR REGULADOR

DIAGRAMA EN BLOQUES

Mono fsica Trifsica

Circuito de potenciaSCR, TRIAC, GTO, DIAC, PUT, UJT. SUS, SBS, etc.

OUT Carga

INFORMACION

Circuito de Mando:R, L, C Transformadores, Transistores, UJT, PU, SBS, etc

SEALES DE EXCITACION

ALIMENTACION

IN

SEMICONDUCTORES DE POTENCIA Los semiconductores empleados para la conmutacin dentro de la parte de potencia de un equipo electrnico industrial presentan dos estados de funcionamiento: Conduccin Y De Bloqueo: (Conduccin y no conduccin) CLASIFICACIN DE LOS SEMICONDUCTORES Caractersticas. General :

Semiconductores sin mando Con mando simple Con mando doble y Con accin progresiva. DIODOS DE POTENCIA Es uno de los dispositivos ms importantes de los circuitos de potencia limitaciones: son dispositivos unidireccionales, no circula corriente en sentido contrario al de conduccin. El nico procedimiento de control es invertir el voltaje entre nodo y ctodo. Los diodos de potencia se caracterizan porque en estado de conduccin, deben ser capaces de soportar una alta intensidad con una pequea cada de tensin. En sentido inverso, deben ser capaz de soportar una fuerte tensin negativa de nodo con una pequea intensidad de fuga.

La ecuacin es la siguiente:

Donde:

I es la intensidad de la corriente que atraviesa el diodo VD es la diferencia de tensin entre sus extremos. IS es la corriente de saturacin (aproximadamente 10 12A) q es la carga del electrn cuyo valor es 1.6 * 10 19 T es la temperatura absoluta de la unin k es la constante de Boltzmann n es el coeficiente de emisin, depende de la fabricacin del diodo y adopta valores entre 1 (para el germanio) y 2 (para el silicio). El trmino VT = kT/q = T/11600 es la tensin debida a la temperatura, del orden de 26 mV a temperatura ambiente (300 K 27 C).

Tensin umbral, de codo o de partida (V ). La tensin umbral (tambin llamada barrera de potencial) de polarizacin directa coincide en valor con la tensin de la zona de carga espacial del diodo no polarizado. Al polarizar directamente el diodo, la barrera de potencial inicial se va reduciendo, incrementando la corriente ligeramente, alrededor del 1% de la nominal. Sin embargo, cuando la tensin externa supera la tensin umbral, la barrera de potencial desaparece, de forma que para pequeos incrementos de tensin se producen grandes variaciones de la intensidad de corriente. Corriente mxima (Imax ). Es la intensidad de corriente mxima que puede conducir el diodo sin fundirse por el efecto Joule. Dado que es funcin de la cantidad de calor que puede disipar el diodo, depende sobre todo del diseo del mismo. Corriente inversa de saturacin (Is ). Es la pequea corriente que se establece al polarizar inversamente el diodo por la formacin de pares electrn-hueco debido a la temperatura, admitindose que se duplica por cada incremento de 10 en la temperatura. Corriente superficial de fugas. Es la pequea corriente que circula por la superficie del diodo (ver polarizacin inversa), esta corriente es funcin de la tensin aplicada al diodo, con lo que al aumentar la tensin, aumenta la corriente superficial de fugas. Tensin de ruptura (Vr ). Es la tensin inversa mxima que el diodo puede soportar antes de darse el efecto avalancha. Tericamente, al polarizar inversamente el diodo, este conducir la corriente inversa de saturacin; en realidad, a partir de un determinado valor de la tensin, en el diodo normal o de unin abrupta la ruptura se debe al efecto

avalancha; no obstante hay otro tipo de diodos, como los Zener, en los que la ruptura puede deberse a dos efectos: Efecto avalancha (diodos poco dopados). En polarizacin inversa se generan pares electrn-hueco que provocan la corriente inversa de saturacin; si la tensin inversa es elevada los electrones se aceleran incrementando su energa cintica de forma que al chocar con electrones de valencia pueden provocar su salto a la banda de conduccin. Estos electrones liberados, a su vez, se aceleran por efecto de la tensin, chocando con ms electrones de valencia y liberndolos a su vez. El resultado es una avalancha de electrones que provoca una corriente grande. Este fenmeno se produce para valores de la tensin superiores a 6 V. Efecto Zener (diodos muy dopados). Cuanto ms dopado est el material, menor es la anchura de la zona de carga. Puesto que el campo elctrico E puede expresarse como cociente de la tensin V entre la distancia d; cuando el diodo est muy dopado, y por tanto d sea pequeo, el campo elctrico ser grande, del orden de 310 5 V/cm. En estas condiciones, el propio campo puede ser capaz de arrancar electrones de valencia incrementndose la corriente. Este efecto se produce para tensiones de 4 V o menores. Para tensiones inversas entre 4 y 6 V la ruptura de estos diodos especiales, como los Zener, se puede producir por ambos efectos.

CUADRO DE CARACTERISTICAS EN LOS DIODOS DE POTENCIATIPO DE DIODO DE POTENCIA Oxido de cu Seleneo Germanio Silicio VD =VF CAIDA DE TENSION 0.6 1V 0.5V 1V Imax en conduccin IF 10A 50A 200A 1,000A 5,000A VRM PIV 30V 50V 800V 3,500V 20,000V Io I de fuga ALTA ALTA BAJA MUY ALTA BAJA T MAXIMA 70 150 120 200 400

Gas de 15 A 19V mercurio Galio Arsenuro de galio

Potencia del diodo (potencia disipada) PD= VF * IF Ejemplo.

PIV = 800V. Cuanto soporta en polarizacin? Emax =VRMS 2 entonces PIV = Emax VRMS = 800/ 2 = 560V Parmetros en bloqueo Tensin inversa de pico de trabajo (V RWM): es la que puede ser soportada por el dispositivo de forma continuada, sin peligro de entrar en ruptura por avalancha. Tensin inversa de pico repetitivo (V RRM): es la que puede ser soportada en picos de 1 ms, repetidos cada 10 ms de forma continuada. Tensin inversa de pico no repetitiva (VRSM): es aquella que puede ser soportada una sola vez durante 10ms cada 10 minutos o ms. Tensin de ruptura (VBR): si se alcanza, aunque sea una sola vez, durante 10 ms el diodo puede destruirse o degradar las caractersticas del mismo. Tensin inversa contina (VR): es la tensin continua que soporta el diodo en estado de bloqueo. Parmetros en conduccin Intensidad media nominal (I F(AV)): es el valor medio de la mxima intensidad de impulsos sinusoidales de 180 que el diodo puede soportar. Intensidad de pico repetitivo (IFRM): es aqulla que puede ser soportada cada 20 ms , con una duracin de pico a 1 ms, a una determinada temperatura de la cpsula (normalmente 25). Intensidad directa de pico no repetitiva (IFSM): es el mximo pico de intensidad aplicable, una vez cada 10 minutos, con una duracin de 10 ms. Intensidad directa (IF): es la corriente que circula por el diodo cuando se encuentra en el estado de conduccin. Tiempo de recuperacin inverso

El paso del estado de conduccin al de bloqueo en el diodo no se efecta instantneamente. Si un diodo se encuentra conduciendo una intensidad I F, la zona central de la unin P-N est saturada de portadores mayoritarios con tanta mayor densidad de stos cuanto mayor sea I F. Si mediante la aplicacin de una tensin inversa forzamos la anulacin de la corriente con cierta velocidad di/dt, resultar que despus del paso por cero de la corriente existe cierta cantidad de portadores que cambian su sentido de movimiento y permiten que el diodo conduzca en sentido contrario durante un instante. La tensin inversa entre nodo y ctodo no se establece hasta despus del tiempo ta llamado tiempo de almacenamiento, en el que los portadores empiezan a escasear y aparece en la unin la zona de carga espacial. La intensidad todava tarda un tiempo tb (llamado tiempo de cada) en pasar de un valor de pico negativo (IRRM) a un valor despreciable mientras van desapareciendo el exceso de portadores. Caractersticas dinmicas Representan el comportamiento del semiconductor alimentado por una fuente de tensin alterna. Se representan pues las variaciones de tensin e intensidad en el semiconductor con respecto al tiempo.

SIMBOLOS DE DIFERENTES TIPOS DE DIODO

Diodo rectificador

Diodo Schottky

Diodo Zener

Diodo Zener

Diodo Zener

Diodo varicap Diodo Pin

Diodo tnel

Diodo Led

Diodo Led

Fotodiodo

Puente rectificador

Puente rectificador

CARACTERSTICAS TCNICAS Como todos los componentes electrnicos, los diodos poseen propiedades que les diferencia de los dems semiconductores. Los ms importantes desde el punto de vista prctico. Valores nominales de tensin: VF = Tensin directa en los extremos del diodo . en conduccin. VR = Tensin inversa en los extremos del diodo en polarizacin inversa. VRSM = Tensin inversa de pico no repetitiva. VRRM = Tensin inversa de pico repetitiva. VRWM = Tensin inversa de cresta de funcionamiento.

Valores nominales de corriente: IF = Corriente directa. IR = Corriente inversa. IFAV = Valor medio de la forma de onda de la corriente durante un periodo.

IFRMS = Corriente eficaz en estado de conduccin. Es la mxima corriente eficaz que el diodo es capaz de soportar. IFSM = Corriente directa de pico (inicial) no repetitiva. AV= Average(promedio) RMS= Root Mean Square (raz de la media cuadrtica)

Valores nominales de temperatura Tstg = Indica los valores mximos y mnimos de la temperatura de almacenamiento. Tj = Valor mximo de la temperatura que soporta la unin de los semiconductores. .

EL DIAC Es un componente electrnico que conduce en dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensin de cebado o de disparo (30v aproximadamente, dependiendo del modelo).

Smbolo del diac

Estructura interna de un diac

Hasta que la tensin aplicada entre sus extremos supera la tensin de disparo VBO; la intensidad que circula por el componente es muy pequea. Al superar dicha tensin la corriente aumenta bruscamente y disminuyendo, como consecuencia, la tensin anterior. La aplicacin ms conocida de este componente es el control de un triac para regular la potencia de una carga. Los encapsulados de estos dispositivos suelen ser iguales a los de los diodos de unin o de zener.

DIAC: Ejemplo de uso

Ejemplo: Control de TRIAC con DIAC (Tpico regulador de luz de saln)R1 R2 Carga A2 G IG C A1

R3

R1 = 0, mxima potencia R1 = Elevada, mnima potencia

TRIAC controlado por DIAC EL TIRISTOR Es un dispositivo electrnico que tiene dos estados de funcionamiento: conduccin y bloqueo. Posee tres terminales: Anodo (A), Ctodo (K) y puerta (G) .

Smbolo del tiristor Estructura interna del tiristor La conduccin entre nodo y ctodo es controlada por el terminal de puerta, es un dispositivo unidireccional, debido a que el sentido de la corriente es nico. Curva Caracterstica La interpretacin directa de la curva caracterstica del tiristor nos dice lo siguiente: cuando la tensin entre nodo y ctodo es cero la intensidad de nodo tambin lo es. Hasta que no se alcance la tensin de bloqueo (V BO) el tiristor no se dispara. Cuando se alcanza dicha tensin, se percibe un aumento de la intensidad en el nodo (IA), disminuye la tensin entre nodo y ctodo, comportndose as como un diodo polarizado directamente. Para disparar el tiristor antes que llegar a la tensin de bloqueo es necesario aumentar la intensidad de puerta (I G1, IG2, IG3, IG4...), entonces se modifica la tensin de cebado de este. Este es el funcionamiento del tiristor cuando se polariza directamente, esto solo ocurre en el primer cuadrante de la curva.

Cuando se polariza inversamente se observa una dbil corriente inversa (de fuga) hasta que alcanza el punto de tensin inversa mxima que provoca la destruccin del mismo.

En amplificacin se utiliza en las etapas de potencia en clase D cuando trabaja en conmutacin. Tambin se utilizan como rels estticos, rectificadores controlados, inversores y onduladores, interruptores , etc.

SCR: Ejemplo control de faseUE (t) US(t)

US(t)IA A Carga

Umax

t

RgG IG K

UAK

UE(t)UAK

ig

t

Umax

t

EL TRANSISTOR Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulacin de una corriente grande mediante una seal muy pequea. Existe una gran variedad de transistores. En principio, se explicarn los bipolares. Los smbolos que corresponden a este tipo de transistor son los siguientes:

Transistor

Transistor NPN

Estructura de un transistor NPN

PNP

Estructura de un transistor PNP

1. FUNCIONAMIENTO BASICO Cuando el interruptor SW1 est abierto no circula intensidad por la Base del transistor por lo que la lmpara no se encender, ya que, toda la tensin se encuentra entre Colector y Emisor. (Figura 1).

Figura 1

Figura 2

Cuando se cierra el interruptor SW1, una intensidad muy pequea circular por la Base. As el transistor disminuir su resistencia entre Colector y Emisor por lo que pasar una intensidad muy grande, haciendo que se encienda la lmpara. (Figura 2). En general: IE < IC < IB ; IE = IB + IC ; VCE = VCB + VBE 2. POLARIZACIN DE UN TRANSISTOR Una polarizacin correcta permite el funcionamiento componente. No es lo mismo polarizar un transistor NPN que PNP. de este

Polarizacin de un transistor NPN 3. ZONAS DE TRABAJO

Polarizacin de un transistor PNP

CORTE.- No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor tambin es nula. La tensin entre Colector y Emisor es la de la batera. El transistor, entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto. IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat SATURACION.- Cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la corriente de colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. De esta forma, la tensin de la batera se encuentra en la carga conectada en el Colector.

ACTIVA.- Acta como amplificador. Puede dejar pasar ms o menos corriente. Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturacin trabaja en conmutacin. En definitiva, como si fuera un interruptor. La ganancia de corriente es un parmetro tambin importante para los transistores ya que relaciona la variacin que sufre la corriente de colector para una variacin de la corriente de base. Los fabricantes suelen especificarlo en sus hojas de caractersticas, tambin aparece con la denominacin h FE. Se expresa de la siguiente manera: = IC / IB EL TRANSISTOR PUT PROGRAMABLE El transistor monounin programable (PUT) es un pequeo tiristor que aparece en la fig.a Un PUT se puede utilizar como un oscilador de relajacin, tal y como se muestra en la fig.b. El voltaje de compuerta VG se mantiene desde la alimentacin mediante el divisor resistivo del voltaje R1 y R2, y determina el voltaje de punto de pico Vp. En el caso del UJT, Vp est fijo para un dispositivo por el voltaje de alimentacin de cd, pero en un PUT puede variar al modificar al modificar el valor del divisor resistivo R! y R2. Si el voltaje del nodo VA es menor que el voltaje de compuerta VG, le dispositivo se conservar en su estado inactivo, pero si el voltaje de nodo excede al de compuerta en una cada de voltaje de diodo VD, se alcanzar el punto de pico y el dispositivo se activar. La corriente de pico Ip y la corriente del punto de valle Iv dependen de la impedancia equivalente en la compuerta RG = R1R2/(R1+R2) y del voltaje de alimentacin en cd Vs. N general Rk est limitado a un valor por debajo de 100 O. R y C controlan la frecuencia junto con R1 y R2. El periodo de oscilacin T est dado en forma aproximada por: T = 1/f = RC lnVs/Vs-Vp = RC ln (1+R2/R1)

Circuito de disparo para un PUT.

EL TRANSISTOR UNIUNIN (UJT) Es un tipo de transistor compuesto por una barra de silicio tipo N o P en cuyos extremos se tienen los terminales Base 1 (B 1) y Base 2 (B2). En un punto de la barra ms prximo a B2 se incrusta un material de tipo P o N dando lugar al terminal de emisor.

Smbolo de un UJT

Circuito equivalente de un transistor uniunin tipo N

Cuando se polariza el transistor la barra acta como un divisor de tensin apareciendo una VEB1 de 0,4 a 0,8v. Al conducir el valor de R B1 se reduce notablemente. Observa el circuito equivalente.

Observando el circuito de polarizacin de la figura se advierte que al ir aumentando la tensin Vee la unin E-B1 se comporta como un diodo polarizado directamente. Si la tensin V ee es cero, con un valor determinado de V bb, circular una corriente entre bases que originar un potencial interno en el ctodo del diodo (Vk). Si en este caso aumentamos la tensin V ee y se superan los 0,7v en la unin E-B1 se produce un aumento de la corriente de emisor (I E) y una importante disminucin de R B1, por lo tanto un aumento de V BE1. En estas condiciones se dice que el dispositivo se ha activado, pasando por la zona de resistencia negativa hacia la de conduccin, alcanzando previamente la V EB1 la tensin de pico (Vp). Para desactivar el transistor hay que reducir I E, hasta que descienda por debajo de la intensidad de valle (Iv).De lo anterior se deduce que la tensin de activacin Vp se alcanza antes o despus dependiendo del menor o mayor valor que tengamos de tensin entre bases VBB.

Se utiliza en circuitos de descarga en generadores de impulso, circuitos de bases de tiempos y circuitos de control de ngulo de encendido de tiristores. El encapsulado de este tipo de transistores son los mismos que los de unin. Ej emplo :

Clculos oscilador de relajacin con UJT. F= 350 Hz Vcc = 15 V R1 100 47 Rbb = 4 a 12 K 7 K = 0.51 a 0.81 0.7 Rv = 6k8 a 3 M 10 K R2 = 0.7Rbb/Vcc + (1-)R1/ = 466.66 + 20.14 = 486.8 470 R2 = 470 F = 1/T F = 350 Hz T = 0.0028

T = Rv C Ln1/1- = Rv C 1.2 = 10K 1.2 C C = T / 10K 1.2 C= 238 nF 220 nF C = 220 nF Esquema, componentes y medidas. R1 = 47 R2 = 470 Rv = 10 K C = 220 nF T1 = 2n2646Rv R2

Vo2

T1 Vo1

C

R1

EL TRIAC Al igual que el tiristor tiene dos estados de funcionamiento: bloqueo y conduccin. Conduce la corriente entre sus terminales principales en un sentido o en el inverso, por ello, al igual que el diac, es un dispositivo bidireccional. Conduce entre los dos nodos (A1 y A2) cuando se aplica una seal a la puerta (G). Se puede considerar como dos tiristores en antiparalelo. Al igual que el tiristor, el paso de bloqueo al de conduccin se realiza por la aplicacin de un impulso de corriente en la puerta, y el paso del estado de conduccin al de bloqueo por la disminucin de la corriente por debajo de la intensidad de mantenimiento (IH). Est formado por 6 capas de material semiconductor como indica la figura.

Smbolo del triac

Tiristores en antiparalelo

Estructura interna de un triac

La aplicacin de los triacs, a diferencia de los tiristores, se encuentra bsicamente en corriente alterna. Su curva caracterstica refleja un

funcionamiento muy parecido al del tiristor apareciendo en el primer y tercer cuadrante del sistema de ejes. Esto es debido a su bidireccionalidad. La principal utilidad de los triacs es como regulador de potencia entregada a una carga, en corriente alterna. El encapsulado del triac es idntico al de los tiristores. CIRCUITO PRACTICO PARA DISPARO

SCR (RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO) En la figura se muestra un circuito prctico de disparo de un triac utilizando un UJT. El resistor RF es un resistor variable que se modifica a medida que las condiciones de carga cambian. El transformador T1 es un transformador de aislamiento, y su propsito es aislar elctricamente el circuito secundario y el primario, para este caso asla el circuito de potencia C.A. del circuito de disparo.

TIRISTOR Un elemento semiconductor muy utilizado para controlar la cantidad de potencia que se entrega a una carga, Analizando el smbolo: - A = nodo - G = compuerta o Gate - C = ctodo (K) =>SCR en La corriente contina

Normalmente el SCR se comporta como un circuito abierto hasta que se activa la compuerta (GATE) con una pequea corriente (se cierra el interruptor S), conduce y se comporta como un diodo en polarizacin directa Despus de ser activado el SCR, se mantiene as. Para que el tiristor deje de conducir, el voltaje +V debe ser = 0 Voltios. APLICACIONES DEL SCR Algunas aplicaciones del SCR como interruptor esttico, sistema de control de fase, cargador de bateras, controlador de temperatura, y sistema de luces de emergencia. TRANSISTOR IGBT

La sigla IGBT corresponde a las iniciales de isolated gate bipolar transistor o sea transistor bipolar de puerta de salida El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia hbrido que combina los atributos del TBJ y del MOSFET. Posee una compuerta tipo MOSFET y por consiguiente tiene una alta impedancia de entrada. El gate maneja voltaje como el MOSFET. El smbolo ms usado se muestra en la figura . Al igual que el MOSFET de potencia, el IGBT no exhibe el fenmeno de ruptura secundario como el TBJ. El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) es un dispositivo electrnico que generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este es un dispositivo para la conmutacin en sistemas de alta tensin. La tensin de control de puerta es de unos 15V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una seal elctrica de entrada muy dbil en la puerta.

El IGBT de la figura es una conexin integrada de un MOSFET y un BJT. El circuito de excitacin del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las caractersticas de conduccin son como las del BJT. El IGBT es adecuado para velocidades de conmutacin de hasta 20 KHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones SIMBOLOGIA:

Es un componente de tres terminales que se denominan GATE (G) o puerta, COLECTOR (C) y EMISOR (E) y su smbolo corresponde al dibujo de la figura siguiente. GTO (Gate Turn-off Thyristor)

Un tiristor GTO es un SCR que puede apagarse por una pulsacin suficientemente grande en su compuerta de entrada, aun si la corriente iD

excede IH se usan desde 1960, pero se potencializaron al final de los aos setenta. Son comunes en las unidades de control de motores, ya que eliminan componentes externos para apagar los SCR en circuitos de cc. CARACTERISTICAS El disparo se realiza mediante una VGK >0 El bloqueo se realiza con una VGK < 0. La ventaja del bloqueo por puerta es que no se precisan de los circuitos de bloqueo forzado que requieren los SCR. La desventaja es que la corriente de puerta tiene que ser mucho mayor por lo que el generador debe estar ms dimensionado. El GTO con respecto al SCR disipa menos potencia.

FUNCIONAMIENTO DEL GTO

RECTIFICADORES Los rectificadores se encargarn de transformar una tensin alterna de entrada en una continua de salida. Se clasificar en rectificadores no controlados y rectificadores controlados . Los controlados pueden, a su vez, subdividirse en semicontrolados y totalmente controlados. Los rectificadores no controlados estn construidos con diodos, y entregan a la salida un potencial fijo de corriente directa.

Los totalmente controlados se emplean tiristores, que permitirn variar la corriente de salida segn se elija el ngulo de conmutacin. Los semicontrolados estn formados por ambos (diodos y tiristores). Existen varias configuraciones para circuitos rectificadores, siendo las ms comunes las siguientes: Rectificador en Puente Monofsico, no controlado,

semicontrolado y controlado. Rectificador Trifsico Simple, con alimentacin en estrella, no controlada y controlada. Rectificador Trifsico de Doble Estrella con Bobina de Absorcin , controlado y no controlado. Rectificador en Puente trifsico, en las mismas versiones que el Puente Monofsico. A parte de las configuraciones listadas hay, adems, montajes de rectificadores conectados en serie y dodecafsicos empleados para demandas de gran potencia de salida. El esquema de algunos de estos montajes se muestra a continuacin:

Montajes Simples No Controlados

(un slo grupo conmutante )

Montajes Serie No Controlados

(dos grupos conmutantes en serie)

Montaje Paralelo No Controlados (dos grupos conmutantes en paralelo) En cada rectificador representado aparecen una serie de parmetros que definimos a continuacin:

q: N que lo s: N m: N p: N

de fases de los grupos conmutantes polifsicos simples forman. de grupos conmutantes que se acoplan en serie. de grupos conmutantes que se agrupan en paralelo. total de fases de salida del rectificador.

El rango de potencia de un rectificador monofsico suele ser menor de 10 kW. Los rectificadores trifsicos pueden entregar potencias de hasta 500 Kw. a 500 V en corriente continua, o incluso ms. Para aplicaciones de bajo voltaje y alta intensidad de corriente se emplea el puente trifsico con bobina de absorcin. Este montaje es empleado tambin para obtener elevadas corriente de salida. Algunas aplicaciones de los rectificadores son:

Variadores de velocidad. Cargadores de bateras. Fuentes de tensin de corriente contina.

RECTIFICADORES NO CONTROLADOS Trifsico Simple Este tipo de rectificadores emplea como semiconductor el diodo. Se denominan de este modo porque no permiten controlar la potencia de salida, es decir, para una tensin fija de entrada la tensin de salida es tambin fija. Rectificador trifsico simple.: Emplea tres ramas con un diodo cada una. La alimentacin de las ramas es trifsica (estrella o tringulo). La salida son tres cpulas por ciclo. Rectificador hexafsico.: Emplea 6 ramas rectificadoras simples (6 diodos), generando tambin una salida de 6 cpulas. No obstante la potencia lograda a la salida ser menor que para el caso del puente trifsico. Rectificador monofsico de onda completa : Emplea dos ramas

rectificadores en serie (4 diodos), proporcionando en su salida dos cpulas positivas de tensin por ciclo.

Rectificador en puente trifsico.: Emplea dos rectificadores trifsico simple conectados en serie, logrando 6 cpulas de salida, lo que disminuye el rizado.

Rectificador Trifsico Simple

Rectificador Hexafsico

Rectificador en Puente Monofsico-

-Rectificador en Puente Trifsico-

En el estudio de cada rectificador se proceder a un anlisis genrico y a la simulacin del mismo segn variaciones en su configuracin, bien sea en la carga, bien en la fuente de alimentacin. Para simplificar el estudio y hacerlo fcilmente comprensible se considerarn los semiconductores ideales, lo cual significa que el tiempo de recuperacin inversa y la cada de voltaje directo son prcticamente despreciables ( trr = 0, VD = 0 ). El modelo empleado para el diodo ya ha sido comentado varias veces. Cabe recordar que para los rectificadores controlados el valor medio de la tensin de salida es:

Para una alimentacin senoidal de la forma: vs (t)= Vm sen (wt + ) donde, segn la notacin que emplearemos: - Rectificadores Polifsicos Simples: VG = V m = VS

Rectificadores Trifsico Serie, alimentacin en estrella: VG = VS 2cos (/p) = Vm

Las tensiones aqu reseadas se refieren a: Tensin Generatriz VG: Valor de pico de la tensin de salida del rectificador. Tensin de Alimentacin VS: Valor de pico de la tensin de la fuente de alimentacin. Tensin eficaz Vm: Valor eficaz de la tensin de alimentacin V S. TRIFSICO SIMPLE Se trata de un montaje que emplea un slo grupo conmutante trifsico simple. Por lo tanto, los parmetros p, q, s estudiados son, para este caso:

q=3 s=1p=3A efectos de anlisis ste montaje podra considerarse como tres rectificadores monofsicos de media onda, alimentado cada uno de ello por una tensin Vs, las cuales desfasan entre s un ngulo 2 /p = 2 /3 = 120 Para el caso que nosotros estudiaremos, las fuentes de alimentacin Vs1, Vs2, Vs3 se encuentran conectadas en estrella. Entonces, para esta configuracin tenemos que:

Tensin de lnea:

VL =

VM IM /

Corriente de lnea: IL =

Con lo dicho, si Vs1= Vm sen ( t), tendremos que:

Vs1= Vm sen ( t) Vs2= Vm sen ( t + 2 /3) Vs3= Vm sen ( t - 2 /3)Por lo tanto, (ngulo cero de referencia igual a: / 2 - / p = / 6 = 30), la secuencia de conduccin de los diodos es:

Diodos Periodo D1 /60) D2 3 /2