módulo3 investigacion e4

7/27/2019 Mdulo3 Investigacion E4

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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA

LABORATORIO DE ELECTRNICA

ELECTRNICA 4

AUX. MARIO CASTRO

MDULO 3

INVESTIGACIN ELECTRNICA DE POTENCIA

INTEGRANTES

Luis Edyn Pop Castro 200915690Freddy Fernando Chang Chau 200819280Hctor David ConcohCax 200819972

Nueva Guatemala de la Asuncin, 30 de Septiembre de 2013


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INTRODUCCIN

En el laboratorio de Electrnica 4, se pretende conocer y aprender acerca de laelectrnica de potencia; dado que esto hace una contribucin al ahorroenergtico mediante la optimizacin del consumo de energa tanto en laindustria, en servicios y en viviendas. La electrnica se ocupa de los

dispositivos y circuitos de estado slido requeridos en el procesamiento deseales y la conversin de la energa elctrica. mientras que la importancia quela electrnica de potencia se basa en el manejo de grandes cantidades depotencia y en el ahorro de energa de los equipos electrnicos mediante un usoms eficiente de la electricidad.

OBJETIVOS

1. Investigar los diferentes tipos de dispositivos que existen en laelectrnica de potencia.

2. Responder las diferentes preguntas o cuestionario de dispositivos deelectrnica de potencia.


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DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA

Rectificador controlado de silicio (SCR)

Es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con

estructura PNPN o bien NPNP. Un SCR posee tres conexiones: nodo, ctodoy puerta.

La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el nodo y elctodo. Funciona bsicamente como un diodorectificador controlado,permitiendo circular la corriente en un solo sentido.

Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrnica de potencia, en el campodel control, especialmente control de motores, debido a que puede ser usadocomo interruptor de tipo electrnico.

Tiene 2 caractersticas especiales en la cual conmuta de formas:

1. Conmutacin natural: cuando el circuito de carga por los voltajesaplicados hace que la corriente sea menor que la de sostenimiento.

2. Conmutacin forzada: Cuando se coloca un circuito adicional queinduzca la conmutacin, hay tres formas tpicas:

a) Colocar un interruptor normalmente abierto en paralelo, al cerrarlola corriente se va por el interruptor y la corriente del SCR sevuelve cero apagndose.

b) Colocar un interruptor normalmente cerrado en serie, al abrirlo lacorriente se hace cero y apaga el SCR.

c) Un circuito que inyecte una corriente de ctodo hacia nodo deforma que la suma de las corrientes inyectada y de carga se hagamenor que la corriente de sostenimiento.


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TRIAC

Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, dela familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que stees unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podra decirse

que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna. Poseetres electrodos: A1, A2 y compuerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicandouna corriente al electrodo compuerta.

El TRIAC conmuta del modo de corte al modo de conduccin cuando seinyecta corriente a la compuerta. Despus del disparo la compuerta noposee control sobre el estado del TRIAC. Para apagar el TRIAC lacorriente andica debe reducirse por debajo del valor de la corriente deretencin Ih.

La corriente y la tensin de encendido disminuyen con el aumento detemperatura y con el aumento de la tensin de bloqueo.

La aplicacin de los TRIACS, a diferencia de los Tiristores, se encuentrabsicamente en corriente alterna. Su curva caracterstica refleja unfuncionamiento muy parecido al del tiristor apareciendo en el primer ytercer cuadrante del sistema de ejes. Esto es debido a subidireccionalidad.

La principal utilidad de los TRIACS es como regulador de potenciaentregada a una carga, en corriente alterna.

TRANSISTOR IGBT

El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) Este dispositivo posee la

caractersticas de las seales de puerta de los transistores de efecto campocon la capacidad de alta corriente y bajo voltaje de saturacin del transistor


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bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y untransistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito deexcitacin del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las caractersticasde conduccin son como las del BJT.

El IGBT es adecuado para velocidades de conmutacin de hasta 100 kHz y hasustituido al BJT en muchas aplicaciones.

Es usado en aplicaciones de altas y medias de energa como fuenteconmutada, control de la traccin en motores y cocina de induccin.

Grandes mdulos de IGBT consisten en muchos dispositivos colocados enparalelo que pueden manejar altas corrientes del orden de cientos de amperioscon voltajes de bloqueo de 6.000 voltios.

Tiene la capacidad de manejo de corriente de un bipolar pero no requiere de lacorriente de base para mantenerse en conduccin.

Este es un dispositivo para la conmutacin en sistemas de alta tensin. Latensin de control de puerta es de unos 15 V. Esto ofrece la ventaja decontrolar sistemas de potencia aplicando una seal elctrica de entrada muydbil en la puerta.

TIRISTOR GTO

Un Tiristor GTO (Tiristor desactivado por compuerta) es un dispositivo deelectrnica de potencia que puede ser encendido por un solo pulso de corrientepositiva en la terminal puerta (G), al igual que el tiristor normal; pero en cambiopuede ser apagado al aplicar un pulso de corriente negativa en el mismoterminal. Ambos estados, tanto el estado de encendido como el estado deapagado, son controlados por la corriente en la puerta (G).

Las caractersticas de apagado son un poco diferentes. Cuando un voltajenegativo es aplicado a travs de las terminales puerta (G) y ctodo, la corrienteen la puerta, crece. Cuando la corriente en la puerta (G) alcanza su mximo

valor, IGR, la corriente de nodo comienza a caer y el voltaje a travs deldispositivo (VAK), comienza a crecer.


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La estructura del GTO es esencialmente la misma que un tiristor convencional.

TIRISTOR IGCT

Un Tiristor Controlado por Puerta Integrada es un dispositivo semiconductorempleado en electrnica de potencia para conmutar corriente elctrica enequipos industriales. Es la evolucin del Tiristor GTO (Tiristordesactivado porcompuerta). Al igual que el GTO, el IGCT es un interruptor controlable,permitiendo adems de activarlo, tambin desactivarlo desde el terminal decontrol Puerta (Gate). La electrnica de control de la puerta est integrada en elpropio tiristor.

El dispositivo est compuesto IGCT de dos partes elementales, GCT tiristorestructura que se coloca en un caso de disco similar a la GTO dispositivo y unaunidad de puerta a la que la caja del disco con TCG se adjunta lo ms ajustadoposible. Es as porque la tasa de aumento de puerta de desvo actual debe sermuy altopara la funcin a causa de la GCT y por lo tanto autoinduccin de lapuerta conducir la unidad como debe ser minimizado.


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TIRISTOR MCT

El tiristor controlado por mosfet es un dispositivo semiconductor desarrolladooriginalmente por Motorola y que combina las caractersticas de un tiristor yuna compuerta MOS (metal oxide semiconductor) tambin es una mejora sobre

un tiristor con un par de MOSFET para encender y apaga, cuando el MCT esten estado de bloqueo directo, que puede ser activado mediante la aplicacin deun pulso negativo a su puerta con respecto al nodo.

Las caractersticas de MCT es que tienen una baja cada de voltaje directodurante la conduccin, bajas prdidas de conmutacin, tambin una bajacapacidad de bloqueo voltaje inverso y una alta impedancia de entrada decompuerta, lo que simplifica mucho los circuitos de excitacin.

CONVERTIDORES DE LA ENERGA ELCTRICA

Es el proceso de convertir una forma de energa en otra, esto puede incluirprocesos electromecnicos o electroqumicos. Dichos dispositivos sonempleados en equipos que se denominan convertidores estticos de potencia,

clasificados en:RECTIFICADORES

Un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corrientealterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, yasean semiconductores de estado slido, vlvulas al vaco o vlvulas gaseosascomo las de vapor de mercurio.

Dependiendo de las caractersticas de la alimentacin en corriente alterna queemplean, se les clasifica en monofsicos, cuando estn alimentados por una

fase de la red elctrica, o trifsicos cuando se alimentan por tres fases.


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Rectificador de media onda: Es un circuito empleado para eliminar laparte negativa o positiva de una seal de corriente alterna de llenoconducen cuando se polarizan inversamente. Adems su voltaje espositivo.

Rectificador de onda completa: Convierte la totalidad de la forma deonda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en lasalida, mediante la inversin de las porciones (semiciclos) negativas (opositivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o

negativas) se combinan con las inversas de las negativas (positivas)para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa).

INVERSORES

Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cualse utiliza para interrumpir la corriente entrante y generar una onda rectangular.

Los inversores tambin se utilizan para convertir la corriente continua generadapor los paneles solares fotovoltaicos, acumuladores o bateras, etc., encorriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el usuario y de esta

manera poder ser inyectados en la red elctrica o usados en instalacioneselctricas aisladas.

Los inversores ms modernos han comenzado a utilizar formas ms avanzadasde transistores o dispositivos similares, como los tiristores, los TRIAC o losIGBT. Tambin utilizan la modulacin por ancho de pulsos (PWM) con unafrecuencia portadora mucho ms alta para aproximarse ms a la onda seno omodulaciones por vectores de espacio mejorando la distorsin armnica desalida.

Se pueden clasificar en general en dos tipos:


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1. Inversores monofsicos.

2. Inversores trifsicos.

CICLOCONVERSOREs un convertidor esttico de potencia que convierte un voltaje AC, como elsuministro de conducto principal, a otro voltaje AC. La amplitud y la frecuenciadel voltaje de entrada tienden a ser fijas, mientras que tanto la amplitud como lafrecuencia del voltaje de salida pueden ser variables dependiendo del control.

A diferencia de otros convertidores estticos, en este equipo la conversin sehace directamente de corriente alterna a corriente alterna, sin que exista unenlace intermedio de corriente continua ni elementos almacenadores de

energa. Para ello, y mediante la conmutacin de semiconductores, la forma deonda del voltaje de salida se va construyendo por segmentos de la forma deonda de los voltajes de entrada. Es por esto que adems la forma de ondaresultante es necesariamente de menor frecuencia que la de entrada.

Aplicaciones:

Accionamiento de motores sncronos y asncronos. Frecuencia de redcambiada a otra variable.

Obtencin de una tensin con frecuencia constante a partir de un

alternador de velocidad variable.


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INTERRUPTOR CHOPPER

Es un interruptor electrnico que se usa para interrumpir una seal bajo elcontrol de otra. La mayora de los usos modernos tambin usa nomenclaturaalternativa que ayuda clarificar qu tipo particular de circuito est

discutindose. stos incluyen:

Fuentes de alimentacin conmutadas, incluyendo convertidores de AC aDC.

Controles de velocidad para motores de DC.

Amplificadores clase D. Drivers de frecuencia variable.


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CUESTIONARIO

1. Para un dispositivo SCR, cuando la carga es inductiva esimportante tomar en cuenta el tiempo que tarda la corriente enaumentar en una bobina. Si el circuito es inductivo, como es el

caso de los motores elctricos, entonces la corriente no puedesufrir cambios bruscos, pudiendo llegar a tener un retrasoconsiderable respecto a la tensin. Qu problemas puedeaparecer si la inductancia es alta?

Si la inductancia es alta pueden aparecer dos problemas:

1). Puede ocurrir que el tiristor no llegue ni siquiera a encenderse, si

resultara que al crecer muy lentamente la corriente en el momento de la

activacin de la compuerta, al cesar el pulso de activacin, la corriente

an no hubiera ni siquiera alcanzado el mnimo IH necesario para

mantener encendido al tiristor. La solucin a este problema consiste en

hacer que los pulsos de encendido sean ms largos.

2). Si el retraso de la corriente es muy grande, puede que cuando sta

llegue a ser inferior a la corriente de mantenimiento IH, la tensin sea ya

tan grande que el tiristor siga encendido, con lo cual, no se apaga nunca2. Las limitaciones el tiristor (SCR) por la pendiente de tensin dV/dt y

la pendiente de intensidad dI/dt hacen necesario protegerlo para su

optimo funcionamiento, si tiene un circuito como el de la figura 1,que tipo de proteccin implementara para minimizar los efectos dedV/dt y dI/dt .

Es colocar una red RC en paralelo con el SCR y una L en serie. De tal

manera quede as:

Esta red RC posee tambin una segunda ventaja. La energa acumulada en el condensador C en el

momento del descebado se reinyecta seguidamente en el tiristor en el cebado. La velocidad de crecimiento

de la corriente en el tiristor durante la descarga del condensador no est entonces limitada ms que por la

tensin de pico de carga del condensador y la inductancia de conexin del circuito snubber al tiristor. La

amplitud de la corriente es el cociente entre la tensin de pico de carga del condensador y la resistencia en

serie R.


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3. Cules son los mtodos de disparo de un TRIAC?

DISPARO POR CORRIENTE CONTINUA.

En este caso la tensin de disparo proviene de una fuente de tensin

continua aplicada al TRIAC a travs de una resistencia limitadora de la

corriente de puerta. Es necesario disponer de un elemento interruptor en

serie con la corriente de disparo encargado de la funcin de control, que

puede ser un simple interruptor mecnico o un transistor trabajando en

conmutacin.

Este sistema de disparo es el normalmente empleado en los circuitos

electrnicos alimentados por tensiones continuas cuya funcin sea la de

control de una corriente a partir de una determinada seal de excitacin,

que generalmente se origina en un transductor de cualquier tipo.

DISPARO POR CORRIENTE ALTERNA.

El disparo por corriente alterna se puede realizar mediante el empleo de

un transformador que suministre la tensin de disparo, o bien

directamente a partir de la propia tensin de la red con una resistencia

limitadora de la corriente de puerta adecuada y algn elemento

interruptor que entregue la excitacin a la puerta en el momento preciso.

4. El transistor IGBT es un hibrido, que tipo de caractersticascomparte con otros componentes y porque estas caractersticas lo

hacen tan especiales, ejempl if ique alguna aplicacin.


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Las caractersticas comparte con otros componentes es con la entradacomo MOS y salida como BJT

Velocidad intermedia (MOS-BJT) Tensiones y corrientes mucho mayores que MOS (1700V-

400Amp)

Geometra y dopados anlogos a MOS (con una capa n - msancha y menos dopada)

Soporta tensiones inversas

Porqu hacen tan especiales estas caractersticas ya que el IGBT ofrecea los usuarios las ventajas de entrada MOS, ms la capacidad de carga

en corriente de los transistores bipolares:

Trabaja con tensin. Tiempos de conmutacin bajos. Disipacin mucho mayor (como los bipolares).

Una aplicacin seria de IGBT van mucho ms all del control demotores. Algunos fabricantes de tecnologas de consumo ya los estnutilizando para mejorar sus dispositivos o dotarles de nuevascapacidades. Por ejemplo, una de las ltimas aplicaciones de estostransistores ha permitido integrarlos en los telfonos mviles para dotara sus cmaras de un flash de xenn realmente potente. Esto ha sidoposible gracias a que los IGBT han reducido enormemente sus

dimensiones. Otro ejemplo curioso de aplicacin de esta tecnologa essu utilizacin para activar o desactivar los pxeles en las pantallastctiles de nueva generacin, sistemas de iluminacin de edificios ocentrales de conmutacin telefnica. Incluso ya existen algunosdesfibriladores que incorporan IGBTs.

5. Cul es la l imitacin en frecuencia de la salida de uncicloconvertidor?

En cuanto a sus limitaciones, destacar que la frecuencia que pueden

suministrar en la salida es aproximadamente inferior en un tercio a la

frecuencia de la entrada, si se desea un bajo contenido armnico en la

salida.

6. Describa el modo de funcionamiento de un cicloconvertidor sincorriente de circulacin.

Un cicloconversor, est formado por un rectificador de tipo P y otro

rectificador de tipo N conectados en paralelo con la carga. Dada su

disposicin en paralelo obliga a que los valores medios de ambos

rectificadores sean iguales, lo cual no quiere decir que los valores


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instantneos tambin lo sean. Esta diferencia de tensiones instantneas

provocar corrientes de circulacin internas. Para evitar eliminar o

conseguir reducir estas corrientes de circulacin, emplea 2 modos de

funcionamiento:

Funcionamiento sin corriente de circulacin: Consiste en que todomomento haya un convertidor conduciendo y el otro bloqueado,

conduciendo cada uno de ellos de forma alternativa un semiciclo de la

intensidad de la carga.

Por tanto si la corriente en la carga es positiva funciona el rectificador P,

mientras el rectificador N queda bloqueado, lo cual hace que no pueda

circular por sus tiristores ninguna corriente.A este tipo de cicloconversor

se le conoce como cicloconversor con impulsos de bloqueo.


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CONCLUSIONES

Los dispositivos semiconductores de potencia, son elementos que permitentrabajar circuitos de potencia, rectificacin y muchas otras aplicaciones, pero es

muy importante conocer las caractersticas de conduccin dado que estopermite, conocer parmetros de voltaje o corriente a los que el dispositivopuede llegar a trabajar, optimizando su trabajo y evitando danos a los mismos.

Dado a la diversidad de aplicaciones, as es como se utilizaran los dispositivos,al momento de controlar motores asncronos, inversores, rectificadores otraccin electica como trocadorores y convertidores, se buscara dispositivos dealta potencia (tiristores rpidos, transistores de potencia, GTO) que manejenrangos de intensidades de 100 a 6000 voltios y 400 a 5000 amperios.

Aplicaciones como soldaduras de arcos, tracciones elctricas o alimentacinininterrumpida (SAI), se utilizan mdulos de potencia (transistores, mdulos

GTO, IGBT), intensidades que abarcan desde los 100 a 2500 voltios y 50 a 600amperios.

Cuando las aplicaciones requieren un menor esfuerzo como, control demotores, aplicaciones domsticas, iluminaciones, cargadores de bateras, seutiliza semiconductores de baja potencia como los SCR, TRIACs o MOSFETsque abarcan desde los 50 a 1000 voltios y de 0.8 a 40 amperios.

BIBLIOGRAFIA

1. http://www.inele.ufro.cl/bmonteci/semic/applets/pag_triac/triac.htm2. http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001771/html/cap06/06_

03_01.html3. http://www.gte.us.es/~leopoldo/Store/tsp_16.pdf

4. http://ccpot.galeon.com/enlaces1737117.html5. http://www.serina.es/empresas/cede_muestra/212/TEMA%20MUESTRA

.pdf6. http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_potencia


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ANEXOS

SCR

El red switch se cierra en presencia de un campo magntico, ejemplo un imn,

a travs de R pasa la corriente de compuerta, el SCR entra en conduccin y elrel se cierra activando la sirena, aunque el campo magntico se retire y el redswitch se abra el SCR ya que est en conduccin y se mantendr as hastaque se abra el circuito usado el pulsador normalmente cerrado (NC).

En la parte de SCR se escoge de forma que soporte la corriente que requiere labobina del rel, la resistencia se escoge de forma que por ella pase unacorriente mayor que IGTmin.

R mx V / IGTmin

TRIAC

Dimmer / Control de velocidad de un motor de corriente alterna

El conjunto resistor R3 y capacitor C3 se utiliza para filtrar picos transitorios dealto voltaje que pudieran aparecer. Elconjunto de elementos P (potencimetro)y C2 son los mnimos necesarios para que el triac sea disparado.

El triac controla el paso de la corriente alterna a la carga conmutando entre losestados de conduccin y corte durante los semiciclos negativos y positivos dela seal de alimentacin 110VAC.

Hay que aclarar que el capacitor en un circuito de corriente alternatiene suvoltaje atrasado con respecto a la sealoriginal.

Cambiando el valor del potencimetro, se modifica la razn de cargadel capacitor, el atraso que tiene y por ende el desfase con lasealalterna original.


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Esto permite que se pueda tener control sobre la cantidad de corriente quepasa a la carga y as la potencia que en sta, se va a consumir.

CICLOCONVERSOR

Cicloconvertidor trifsico a monofsico

En el primer semiciclo se disparan los tiristores del puente llamado convertidor+ funcionando por una cierta cantidad de ciclos de la seal de entrada. En elsegundo semiciclo funciona el convertidor durante la misma cantidad deciclos que el convertidor +

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