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Dirección Universitaria de Educación a DistanciaEAP de Ingeniería de Electrónica y
Telecomunicaciones
Electrónica Industrial
2014-1 Docente: Ing. Edgard Oporto DiazNota:
Ciclo: IX Módulo IIDatos del alumno: FORMA DE PUBLICACIÓN:
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Fecha de publicación en campus virtual DUED LEARN:
HASTA EL DOM. 10 AGOSTO 2014A las 23.59 PM
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5. Estimado alumno:El presente trabajo académico tiene por finalidad medir los logros alcanzados en el desarrollo del curso.Para el examen parcial Ud. debe haber logrado desarrollar hastala pregunta 02 y para el examen final debe haber desarrollado el trabajo completo.
Criterios de evaluación del trabajo académico:
Este trabajo académico será calificado considerando criterios de evaluación según naturaleza del curso:
1 Presentación adecuada del trabajo
Considera la evaluación de la redacción, ortografía, y presentación del trabajo en este formato.
2 Investigación bibliográfica:Considera la consulta de libros virtuales, a través de la Biblioteca virtual DUED UAP, entre otras fuentes.
3 Situación problemática o caso práctico:
Considera el análisis de casos o la solución de situaciones problematizadoras por parte del alumno.
4
Otros contenidos considerando aplicación práctica, emisión de juicios valorativos, análisis, contenido actitudinal y ético.
TRABAJO ACADÉMICO
Estimado(a) alumno(a):
Reciba usted, la más sincera y cordial bienvenida a la Escuela Académico
Profesional de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones de Nuestra Universidad
Alas Peruanas y del docente Ing. Edgard Oporto Diaz, tutor a cargo del curso.
En el trabajo académico deberá desarrollar las preguntas propuestas por el tutor, a fin
de lograr un aprendizaje significativo.
Se pide respetar las indicaciones señaladas por el tutor en cada una de las preguntas,
a fin de lograr los objetivos propuestos en la asignatura.
DEBE CONSIDERAR LOS SIGUIENTES PASOS AL CARGAR EL TRABAJO ACADÉMICO EN EL
CONTENT LERD:
1. INGRESAR A LA PLATAFORMA ACADÉMICA EN LA OPCIÒN CURSO
2. DESCARGAR EL TRABAJO ACADÉMICO Y RESOLVERLO
3. INGRESAR A LA OPCIÓN TRABACAD
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4. ENVÍO DE ACTIVIDAD – LUEGO “EXAMINAR” PARA CARGAR EL TRABAJO Y QUEDE
PUBLICADO EN LA PLATAFORMA
5. VERIFICAR QUE EL NOMBRE DEL ARCHIVO A CARGAR SEA CORRECTO Y ENVIAR
Esperamos que usted tenga los mejores éxitos académicos.
Cada pregunta tiene un valor de 5 puntos.
PREGUNTA 01
Realice una simulación en PC de un circuito rectificador trifásico. Asuma lo necesario y
considere dos casos:
a) Fuente trifásica estrella
b) Fuente trifásica triángulo
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PREGUNTA 02
Busque aplicaciones prácticas de los diodos y transistores de potencia (en algún sistema o
equipo industrial) y detalle las características y finalidad de estos dispositivos dentro del
respectivo circuito. Considere dos casos.
DIODOS DE POTENCIA
DIODOS DE GAMA MEDIA:
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• Fuentes de alimentación
FUENTE DE ALIMENTACION CONVERSOR AC/DC
La finalidad dentro del circuito es la re rectificación como se puede apreciar en los
gráficos.
• Soldadores
DIODOS RÁPIDOS
• Aplicaciones en que la velocidad de conmutación es crítica
• Convertidores CD – CA
DIODOS SCHOTTKY
• Fuentes de alimentación de bajo voltaje y alta corriente
• Fuentes de alimentación de baja corriente eficientes
TRANSISTORES
Los transistores de potencia tienen el mismo principio de funcionamiento de cualquier
transistor de baja potencia. Sus aplicaciones están centradas en circuitos de gran potencia.
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PREGUNTA 03
Averigue sobre diseños y productos, ofertados en el mercado local, tanto de desarrollo local,
como importados, para los siguientes casos:
a) Cicloconvertidores
Un cicloconvertidor es un variador de frecuencia que funciona con conmutación
natural. Las tensiones alternas de salidas se obtienen por una sucesión de fragmentos
de las tensiones alternas de entrada. Dados el valor y la frecuencia de las tensiones de
entrada, el cicloconvertidor permite cambiar de forma continua el valor y la frecuencia
de las tensiones de salida. Sin embargo, el máximo de la frecuencia de salida es
claramente inferior a la frecuencia de entrada; se trata por lo tanto de un
demultiplicador de frecuencia con relación variable de forma continua.
Estos convertidores utilizan las mismas conexiones de tiristores que los rectificadores
reversibles en corriente y tensión.
Después de presentar el principio y los esquemas mas utilizados, mostraremos como, a
partir de las tensiones de entrada, se construyen las tensiones de salida y
estudiaremos las principales características de las mismas. A continuación veremos
como, a partir de las corrientes de salida, se pasa a las corrientes de entrada.
Acabaremos con algunas observaciones sobre las aplicaciones de estos convertidores.
Para el estudio de las tensiones y de las corrientes, se suponen perfectos la fuente, los
semiconductores y la carga:
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Se supone que la fuente aplicada a la entrada del convertidor es un sistema
equilibrado de tensiones senoidales y que su impedancia interna es nula.
Puesto que se desprecia la impedancia de la fuente y se suponen los tiristores
perfectos, las conmutaciones son instantáneas y no hay caída de tensión en carga.
La carga de las corrientes alternas de salida se supone que absorbe un sistema
equilibrado de corrientes senoidales.
b) Inversores trifásicos
Los inversores, o convertidores CC-CA, son un circuito utilizado para convertir
corriente continua en corriente alterna. Un inversor tiene como función la de cambiar
un voltaje CC de entrada en un voltaje CA simétrico a la salida, procurando que este
posea la magnitud y frecuencia deseada por el usuario.
Los inversores trifásicos son utilizados para la alimentación de cargas trifásicas que
requieran corriente alterna. Algunas de las aplicaciones de estos inversores son las
siguientes:
Fuentes de tensión alterna trifásica sin interrupciones
Puesta en marcha de motores de corriente alterna trifásicos
Conexión de fuentes que producen energía en continua con las cargas
trifásicas (paneles fotovoltaicos).
ATERSA
Los inversores solares trifásicos PIKO son inversores String de gran potencia sin
transformador. Transforman la corriente continua generada por los módulos
fotovoltaicos en corriente alterna simétrica trifásica y la suministran a la red eléctrica
pública.
Gracias a su tecnología, el inversor trifásico PIKO combina la estabilidad y la larga vida
útil de los inversores centrales con la flexibilidad y el alto coeficiente de rendimiento
de los inversores String sin transformador.
Para mejorar el coeficiente de rendimiento, los inversores trifásicos PIKO utilizan a
baja potencia de entrada (inferior al 10 % de la potencia nominal) sólo una o dos fases
para inyectar electricidad. El equipo selecciona la fase al azar.
Características:
Inyección trifásica para evitar asimetrías de tensión.
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Conversión sin transformador.
Es posible conectar en paralelo dos seguidores MPP para ampliar el rango
corriente de entrada.
Datalogger y diversas interfaces de serie: Ethernet, RS485, entrada y salida S0
Dispositivo electrónico de desconexión de CC integrado.
ATERSA dispone de cuatro modelos de inversores trifásicos PIKO: PIKO 4.2, PIKO 5.5,
PIKO 8.3 y PIKO 10.1.
c) Pulsadores de CD
Un pulsador de CD, convierte directamente de CD a CD.
En muchas aplicaciones industriales, es necesario el convertir una fuente de CD de
voltaje fino a una fuente de CD de voltaje variable.
También se conoce como convertidor de CD a CD.
Los pulsadores se aplican en el control de motores de tracción de automóviles
eléctricos, tranvías eléctricos, montacargas y elevadores.
Existen 5 tipos de pulsadores de acuerdo a los cuadrantes de operación.
Pulsador clase A : Opera dentro del cuadrante l.
Pulsador clase B : Opera dentro del cuadrante II.
Pulsador clase C : Opera dentro de dos cuadrantes I y II.
Pulsador clase D : Opera dentro de los cuadrantes I y IV.
Pulsador clase E : Opera dentro de los cuatro cuadrantes.
d) Interruptores estáticos
Estos dispositivos fueron diseñados con la finalidad de reemplazar a los clásicos
interruptores de corriente mecánicos y electromecánicos. Aprovechando las
características funcionales de los tiristores y los transistores, se aplican estos
dispositivos para el uso como interruptores de corriente.
Los interruptores estáticos tienen ventajas, frente a los clásicos, como ser alta
velocidad de activación y desactivación (algunos microsegundos), no tienen partes
móviles y no hay rebotes en el contacto al cerrar.
Además de las ventajas mencionadas, los interruptores estáticos (o electrónicos), se
los puede diseñar con determinadas funciones lógicas, necesarias en sus aplicaciones
(automatismos o mandos), como ser “retardos”, “retención”, detección etc., tanto
para corrientes como voltajes.
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Los interruptores estáticos se pueden clasificar en interruptores para corriente alterna
e interruptores para corriente continua. Los interruptores de ca, pueden ser
monofasicos o trifásicos. Estos últimos también podemos clasificarlos en asincrónicos y
sincrónicos, en relación al inicio de su activación, con respecto al cruce con cero, del
voltaje de trabajo.
Normalmente los interruptores de ca tienen conmutación de línea o natural, y la
velocidad de conmutación esta limitada por la frecuencia de la fuente de alimentación
de ca y la velocidad de conmutación de los tiristores.
Los interruptores para corriente continua, tienen conmutación forzada y la velocidad
de conmutación depende de los tiempos de activación y desactivación de los
dispositivos semiconductores.
Interruptores estáticos de transferencia de MGE - Guía de diseño
MGE Static Transfer Switches - APC
Especificaciones técnicas
MGE Epsilon STS TechnicalSpecification (pdf)
Drawings
90-504020-00 200A STS (pdf)
90-504020-00 200A STS (zip)
90-504040-00 400-600A STS (pdf)
Todos Drawings
Selector de planos
Manual de instalación/operación/mantenimiento
MGE Upsilon STS Installation and User Manual (800-1200 A) (pdf)
PREGUNTA 04
Respecto a los sistemas de protección, investigue y responda:
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a) Tipos de disipadores de calor, características y aplicación
DISIPADOR DE CALOR:
Un disipador es un instrumento que se utiliza para bajar la temperatura de algunos
componentes electrónicos.
Un disipador/ventilador es un elemento físico, destinado a eliminar el exceso de calor
de cualquier componente de un ordenador como la CPU o la tarjeta gráfica.
Su funcionamiento se basa en la segunda ley de la termodinámica, transfiriendo el
calor de la parte caliente que se desea disipar al aire. Este proceso se propicia
aumentando la superficie de contacto con el aire permitiendo una eliminación más
rápida del calor excedente.
TIPOS DE DISIPADORES:
ACTIVOS
Los disipadores térmicos activos utilizan empotrados de ventiladores mecánicos para
soplar el calor de los procesadores de los ordenadores. En un típico sistema de
ordenador, cómo lo indican notas de PCGuide.com, un disipador térmico refrescará
mejor que otras variedades, específicamente los disipadores pasivos. Sin embargo, los
disipadores activos tienen sus desventajas. Debido a su fiabilidad en cuanto al
movimiento, y sus partes mecánicas, los disipadores activos son más propensos a las
averías. Y cuando se rompen, el sobrecalentamiento puede establecerse rápidamente
y causar potenciales problemas con los procesadores. De acuerdo con la Universidad
del Estado de San Jose, un disipador térmico puede funcionar con procesadores que
tienen potencia de entre 10 y 160 watts. Desde el 2011, el costo de un disipador
térmico puede ir entre los US$10 a los US$20 por unidad, basándose en una orden de
10.000 unidades.
PASIVOS
A diferencia de sus contrarios activos, los disipadores de calor térmicos pasivos no
utilizan componentes móviles que se basen en corrientes de aire. En su lugar,
absorben el calor que generan los procesadores a través de procesos naturales, como
la convección. Aunque los disipadores términos pasivos no son tan efectivos como los
activos (ya que son capaces de manejar una carga de procesadores entre 5 y 500
watts) son menos propensos a romperse. Como menciona PCGuide.com, muchas
"compañías bien clasificadas" de la industria del hardware utilizan disipadores
térmicos pasivos, incluso en máquinas de alta gama. Además de ser más confiables
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que los activos, los pasivos son también típicamente más económicos. De acuerdo con
la Universidad del Estado de San José, desde el año 2011, el costo de un disipador
térmico pasivo va desde US$0,05 a US$10 por unidad, basándose en una orden de
10.000 unidades.
SEMI ACTIVOS
Los tipos de disipadores térmicos semi-activos están en el medio entre los totalmente
activos y los totalmente pasivos. En lugar de utilizar los suyos propios, los ventiladores
insertados para ayudar a disipar el calor, los disipadores semi activos aprovechan la
energía de los ventiladores que están ya presente dentro de los ordenadores, como
suministro de energía de los ventiladores. De acuerdo con la Universidad del Estado de
San José, la mayoría de los disipadores de calor semi-activos pueden alcanzar el
control de procesadores que producen entre 15 y 20 watts de energía. Desde 2011, un
disipador semi activo cuesta entre US$5 y US$ 10 por unidad, basándose en un orden
de 10.000 unidades.
DISEÑO
Un disipador extrae el calor del componente que refrigera y lo evacúa al exterior,
normalmente al aire. Para ello es necesaria una buena conducción de calor a través del
mismo, por lo que se suelen fabricar de aluminio por su ligereza, pero también de
cobre, mejor conductor del calor, cabe aclarar que el peso es importante ya que la
tecnología avanza y por lo tanto se requieren disipadores mas ligeros y con eficiencia
suficiente para la transferencia de calor hacia el exterior.
CARACTERISTICAS:
Las características de un disipador no solo dependen de su tamaño:
Un determinado perfil de estrucción puede generar bajas resistencias térmicas
“disipador ambiente” sin utilizar mucho aluminio. La resistencia térmica es en
realidad función de la superficie del disipador y no de la masa de aluminio. Y la
forma afecta enormemente a la relación entre la masa y la superficie exterior.
De allí que los disipadores tengan aletas.
Pero no es el único factor a tener en cuenta ya que un disipador disipa no solo
por convección. También existe la radiación térmica (ya que el calor puede
considerarse como una onda electromagnética infrarroja) y el color de la
superficie afecta la radiación. De allí que los disipadores siempre son de
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aluminio anodizado negro. Esta compuesta por pequeñas laminas entre las
que se acumula suciedad.
VENTAJAS:
Toman el calor del ambiente, y lo convierten en otra forma de energía
aprovechable
Tiene un funcionamiento más rápido a la hora de almacenar calor.
El equipo tener un poco mas de tiempo de vida.
DESVENTAJAS:
Un ventilador sin su limpieza adecuada evitara el buen funcionamiento del pc.
A la hora del mantenimiento tener encuentra como van conformadas sus
partes al ser armado, para no perder ninguna de sus piezas.
Cortara la vida del PC.
La obstrucción causada por el exceso de polvo puede llegar a anular el
funcionamiento del cooler, con lo cual aumenta peligrosamente la
temperatura de nuestro equipo y, en casos extremos, puede hacer que el
microprocesador se queme.
b) Dispositivos y circuitos empleados para supresión de transitorios
VARISTORES DE ÓXIDO DE METAL (MOV) CONTRA DISEÑOS CON DIODOS SUPRESORES
DE AVALANCHA DE SILICIO (SASD)
La única función de un supresor de transitorios de buena calidad es proteger el equipo
electrónico sensible contra sobretensiones transitorias que están presentes en los
circuitos de potencia de CA. No importa si dichassobretensiones sean generadas por la
actividad atmosférica o si sean inducidas sobre las líneas de potencia de CApor la
conmutación de red de la central eléctrica, las acciones de corrección del factor de
potencia, los ciclos depotencia de cargas inductivas, o por otras fuentes. Debe limitar
las sobretensiones transitorias a valores que nosobrepasen los picos de la onda
senoidal de CA por más del 30% cuando absorba inicialmente cantidades intensasde
energía transitoria. El supresor debe responder inmediatamente a los transitorios
antes de que los impulsoslleguen a sus valores de voltaje más elevados. También, sus
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características de desempeño no deben desviarse odegradarse con el uso o a través
del tiempo a medida que suprima niveles muy altos de energía transitoria.
Las sobretensiones transitorias son estandarizadas por diferentes formas de onda. La
industria de supresión de transitorios ha adoptado el documento IEEE C62.41-1991 de
la Sociedad de Ingeniería de Potencia del IEEE, conel título IEEE RECOMMENDED
PRACTICE ON SURGE VOLTAGES IN LOW-VOLTAGE AC POWER CIRCUITS,como la
norma para someter a pruebas a los supresores de transitorios. Esta guía sugiere varias
formas de ondade voltaje y corriente que se pueden utilizar para someter a pruebas a
los dispositivos de supresión. La forma deonda del IEEE utilizada con más frecuencia es
la Onda Combinada. La onda combinada está caracterizada porformas de onda de
corriente (8/20µs) y voltaje (1.2/50µs) de corta duración y alta frecuencia que
típicamente sonutilizadas para simular la actividad transitoria inducida por descargas
atmosféricas. Los impulsos de prueba decorriente y voltaje de mayor duración,
energía, y menor frecuencia (10/1000µs), también detallados dentro de lamisma
documentación del IEEE, son recomendados para simular la actividad transitoria
distinta a los rayos. Lossupresores de transitorios de buena calidad, sin importar su
tecnología de supresión, deberían estar sometidos aprueba tanto con las formas de
onda de corta duración como con las de larga duración. La onda combinadaconsiste en
dos formas de onda de muy corta duración. Estos son impulsos de voltaje en circuito
abierto (1.2/50µs) y corriente de cortocircuito (8/20µs). Los niveles reales de voltaje y
corriente son seleccionados enreferencia a la ubicación dentro del sistema de
distribución eléctrica donde el supresor de sobretensión va a serutilizado. Las ondas
combinadas se muestran abajo.
Cuando se utilizan dichas formas de onda para someter a pruebas a los supresores de
transitorios, un supresor se conecta a un circuito abierto. Luego se somete a un
impulso de sobrevoltaje que sube al 90% de su amplitud picoen 1.2 microsegundos. El
voltaje baja al 50% de dicho valor después de 50 microsegundos. Un impulso
decorriente que llega a su valor máximo en 8 microsegundos y baja al 50% en 20
microsegundos, es pasado a uncortocircuito donde el supresor está conectado.
VARISTORES DE OXIDO DE METAL
Los MOVs son resistores variables no lineales con propiedades de semiconductores.
Típicamente son construidos con fragmentos de óxido de zinc que producen
características resistivas no lineales. Las partículas de óxido de metalresultantes se
comprimen bajo presión muy alta para formar discos de varios tamaños. Los
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terminales eléctricos sonunidos a los discos y el componente terminado está cubierto
con un material aislante. La característica de limitaciónde voltaje de los MOVs tiene
que ver con la suposición de que a medida que el varistor conduce corriente
transitoria,su resistencia interna incrementa o disminuye inversamente y
proporcionalmente para mantener una caída constantede voltaje a través del MOV.
Desgraciadamente, sus características resistivas no lineales excluyen cambios
simétricosde resistencia en relación con desviaciones de la corriente suministrada.
Como resultado, la caída de voltaje a travésdel MOV incrementa dramáticamente a
medida que el varistor conduce valores mayores de corriente.
Originalmente los MOVs fueron diseñados para proteger los devanados de motores
eléctricos, y para proteger contra la ruptura de aislamiento del alambrado. Hay dos
ventajas asociadas con los MOVs en relación con los supresores detransitorios. Son
económicos y disipan valores razonablemente altos de corriente transitoria.
Los supresores seleccionados para proteger en puntos específicos a través del sistema
de distribución eléctrica deben ser calibrados según su ubicación física. Se deben
utilizar productos de disipación de mayor energía en los puntos principales
dedistribución en comparación con los tableros secundarios o en las tomas eléctricas.
Aun así, los supresores destinados a protegerdesde un tablero principal de “exposición
baja” o un tablero secundario dentro de cualquier instalación rara vez requieren
serdiseñados para suprimir más de 3000 amperios de corriente transitoria. Esto es
debido a que los huecos en la base del medidorestán diseñados para limitar el voltaje
requerido para conducir las corrientes externas que exceden estos niveles hacia el
interiordel sistema de distribución eléctrica de la instalación. La gráfica muestra que se
requieren voltajes de alto nivel, sobrepasando los
6000 voltios, para impulsar la sobrecorriente que excede 5000 amperios, más de 10
metros hacia el sistema de distribución eléctrica (según IEEE C62.41-1991).
Numerosas desventajas empiezan a ser evidentes cuando los supresores hechos con
MOVs se utilizan para proteger la circuitería electrónica sensible.
1) El supresor fabricado con MOVs no puede mantener un nivel de voltaje de
protección (VPL) estable a medida que conduce valores mayores de corriente. No
puede cumplir con el requisito de limitar las sobretensiones transitorias a valoresque
no sobrepasen los picos de la onda senoidal por más del 30% a medida que el
dispositivo conduceniveles mayores de corriente transitoria. La gráfica allado
demuestra dicha deficiencia. Note que la curva que representa la acción de recortedel
MOV se desestabiliza a medida que conducecorriente transitoria de mayor duración.
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Parapropósitos de comparación, note también que unsupresor fabricado con SASDs no
sufre de las mismasdesventajas, como demuestra la curva que representa lasupresión
del SASD de la actividad transitoria de altacorriente.
Algunos productos de supresión hechos con MOVs afirman capacidades muy altas de
sobrecorriente, hasta 300,000 amperios, sin mencionar el nivel de voltaje de
protección. Estas cifras parecen ser muy impresionantes. Sin embargo, unanálisis más
a fondo revela que esta práctica es engañosa en el mejor de los casos, y con frecuencia
sin sentido. El MOVindividual frecuentemente se evalúa con clasificaciones
razonablemente altas de “sobrecorriente pico”. Si un producto utilizamúltiples MOVs
de 20mm conectados en paralelo como se muestra abajo, con frecuencia los
fabricantes simplementesuman las clasificaciones de corriente de los componentes de
MOVs individuales para afirmar capacidades totales eimpresionantes de supresión. Es
como decir quelas llantas de su carro viajarán 200,000 millasporque cada llanta es de
50,000 millas radiales.NSimplemente no es verdad ya que llega a serimposible
coordinar la conducción simultánea demúltiples MOVs debido a la variación
detolerancias de los componentes y ciclos dedegradación.
Aún cuando el supresor esté construido con MOVs de 32mm ó 40mm capaces de
suprimirvalores mucho mayores de corriente, siguesiendo difícil determinar los
verdaderos niveles devoltaje de protección al máximo valor nominal decorriente. Es
muy probable que el VPL sea de un valor tan alto que el supresor no pueda realizar su
función de proteger elequipo electrónico.
2) Los varistores de óxido de metal se degradan con el uso. Las trayectorias de
conducción de corriente del MOV son a través de partículas de óxido de zinc. Dichas
partículas se debilitan a medida que sus características resistivas cambian después
deconducir corriente. El ciclo de degradación llega a ser más profundo a medida que el
MOV conduce con más frecuencia y amedida que conduce valores mayores de
corriente. Aunque los MOVs más grandesson más robustos, continúan
siendoafectados por los mismos problemas.
El diagrama al lado compara la vida esperada de un MOV de 20mm con unode 32mm
después de un solo impulso.Note que aunque el MOV de 20mm puedeaguantar mil
impulsos de corriente de 500amperios (8/20µs), se autosacrifica alsuprimir solo un
impulso de sobrecorrientede 6,500 amperios (8/20µs). Su capacidadde sobrecorriente
disminuyeimportantemente a medida que se somete alos impulsos de corriente
transitoria máscomunes, los de duración más larga 10/1000µs. En esta situación se
puede esperar que el MOV de 20mm falle al ser sometido asolamente mil impulsos de
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corriente de 40 amperios (10/1000µs) y cuando tiene que suprimir un solo impulso de
sobrecorrientede 200 amperios (10/1000µs).
El MOV de 32mm es un poco más robusto pero no mucho. Puede manejar un impulso
de 20,000 amperios y hasta mil pulsos de 900 amperios (8/20µs) pero solo un impulso
de corriente de 450 amperios con la 10/1000µs. Cuando el MOV de 32mmtiene que
suprimir mil impulsos de sobrecorriente de 10/1000µs, su capacidad máxima de
sobrecorriente baja a un valor deapenas 50 amperios, y en este punto falla.
Las partículas de óxido de zinc o se fusionarán, formando áreas de superficie cada vez
más amplias (pools), similar a lo que ocurre cuando los MOVs entran en modo de falla
de fuga térmica, o incrementarán su resistencia (quemándose) hasta que laconducción
de corriente ya no se puede lograr. A la larga, el MOV pondrá en cortocircuito al
circuito de potencia protegido, omás probable, cortará totalmente la conducción de
corriente. Los ciclos típicos de degradación del MOV empiezan cuando elcomponente
deja de conducir corriente en su punto original de recorte, resultando en niveles más
altos de voltaje deprotección (VPL). Los VPLs continúan incrementando a medida que
los MOVs siguen degradándose. Con el tiempo, los valoresde voltaje requeridos para
activar el MOV llegarán a niveles tan extremos que lo vuelve inútil. En otras palabras, a
medida queel MOV se deteriora al final dejará de funcionar. En algunos casos, el MOV
ya no funciona como varistor sino como resistor.
Dicho resistor puede calentarse a medida que conduce corriente y así presentar un
riesgo de incendio. En cualquier caso, no se proporciona protección alguna contra
transitorios para las cargas electrónicas críticas en el circuito de potencia afectado.
Lamayoría de los fabricantes de los componentes de MOVs (no los supresores en si) les
avisan a los usuarios que se consideraque el componente ha fallado después de que su
VPL inicial haya tenido un cambio de +/- 10% de su valor original.
3) Los varistores están sujetos a condiciones de “fuga térmica” cuando sus puntos
iniciales de fijación o VPLs se establecen demasiado cerca al voltaje nominal de la línea
de CA. En estas situaciones conducen corriente inapropiadamente. Los MOVsconducen
pequeñas cantidades de corriente eléctrica cuando están instalados a través de una
fuente de potencia de CA.
Conducen más corriente cuando el VPL está configurado más cerca al valor de voltaje
pico de la onda senoidal de CA. A medida que continúa la conducción, la temperatura
interna del MOV se eleva y conduce valores de corriente aún más altos. Através del
tiempo, este proceso continúa hasta ponerlo en “cortocircuito”. Esto sobrecarga a los
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circuitos eléctricos, causandoque los interruptores automáticos se abran, y puede
disparar a los interruptores accionados por pérdida de conexión a tierra.
Se han documentado incendios causados por los supresores hechos con MOVs por
razones de trastornos de fuga térmica.
Para evitar estos modos de falla catastróficos, el VPL inicial de los productos de
supresión fabricados con MOVs y diseñados apropiadamente, por lo general se
configuran con valores más altos, así eliminando la habilidad del dispositivo de
proporcionarprotección adecuada contra transitorios.
DIODOS SUPRESORES DE AVALANCHA “SASD”
Los Diodos Supresores de Avalancha de Silicio (SASD) son verdaderos semiconductores
de estado sólido, al igual que los componentes de la circuitería sofisticada del equipo
electrónico moderno. Los SASDs tienen como propósito proteger dichosdispositivos.
Los supresores de transitorios fabricados con SASDs no están afectados por
limitaciones de voltaje de protecciónni problemas de fuga térmica. Las ventajas
asociadas con la utilización de SASDs en los dispositivos de supresión encomparación
con otras tecnologías de supresión son numerosas.
Los SASDs responden rápidamente a las sobretensiones transitorias. En otras palabras,
se activan más rápido que los MOVs.
Las sobretensiones transitorias están caracterizadas por su tiempo de subida muy
rápido. Un supresor de calidad debe responder lo suficientemente rápido como para
evitar que las sobretensiones transitorias lleguen a un posible voltaje
losuficientemente alto como para degradar a los componentes electrónicos,
interrumpir la operación del equipo, o dañar a las cargas críticas. Los SASDs
responderán, en teoría, a la actividad transitoria en picosegundos (un trillonésimo de
un segundo). Sinembargo, no hay ninguna manera física de medir estos tiempos de
respuesta, y llegarán a niveles de nanosegundos (unbillonésimo de un segundo) por la
inductancia introducida en el circuito de supresión con los terminales de los
componentes,empalmes de soldadura, etc. Tomando en cuenta estas consideraciones,
se puede esperar razonablemente que un supresor detransitorios fabricado con SASD
mostrará un tiempo de respuesta “dentro del circuito” de 5 nanosegundos o menos.
Encomparación, los dispositivos de MOVs también son relativamente rápidos al
responder a las sobretensiones transitorias, pero enrealidad su tiempo de respuesta
“dentro del circuito” baja a los niveles de 35 a 50 nanosegundos.
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Un supresor de transitorios debe ser diseñado para suprimir tan cerca como sea
posible al valor de voltaje pico de la ondasenoidal de CA, aún cuando disipa niveles
extremadamente altos de energía transitoria. Aquí se ve una de las
desventajasasociadas con los productos de supresión fabricados con SASDs. Los diodos
individualmente no pueden disipar mucha energía.
Un supresor de SASD diseñado correctamente tiene que incorporar muchos diodos
para realizar sus funciones de supresión sin que se autosacrifique en el proceso. El
supresor que resulta llega a ser físicamente de tamaño mayor y por lo general es
máscostoso que el supresor hecho con MOVs. La coordinación de la conducción
simultánea de los circuitos de SASDs no estásujeta a las mismas dificultades que son
presentes en los diseños de MOVs. Las líneas de productos de supresión fabricadas
conSASDs no tienen ninguna dificultad en mantener un nivel de voltaje de protección
estable en cualquier ubicación a través delsistema de potencia de CA mientras
conducen valores máximos de corriente.
También es importante señalar que los fabricantes de supresores sin diodos por lo
general limitan las pruebas de sus productos a impulsos de corriente de corta
duración, 8/20µs, utilizados para simular aquellos impulsos generados por rayos. Con
frecuencia no someten sus dispositivos a pruebas con impulsos de onda larga,
10/1000µs, los cuales el supresor tendrá quesuprimir día con día fuera del laboratorio.
Una razón para evadir los impulsos de prueba de alta energía es que pueden dañar
alos productos de supresión sin diodos, antes de haber llegado a los consumidores que
los compran.Los productos fabricados con SASDs no se degradan con el uso ni a través
del tiempo. Mientras no se excedan sus capacidadesde disipación de energía,
funcionarán para siempre. Los supresores de SASD de calidad no deben ser diseñados
paraautosacrificarse durante un evento típico de sobretensión transitoria. Un supresor
de transitorios de buena calidad hecho conSASDs debe incorporar suficientes diodos
como para manejar las corrientes transitorias a las cuales estará sometido
bajocondiciones transitorias tanto normales como extremas.
Algunos fabricantes de supresores producen dispositivos que utilizan tanto SASDs
como MOVs en sus diseños híbridos. Esto es un intento de aprovechar las ventajas de
las características de desempeño positivas, y eliminar las desventajas negativas
asociadascon las tecnologías individuales de supresión. Por ejemplo, los circuitos de
SASDs pueden ser utilizados para aprovechar lostiempos de respuesta superiores y
nivel de voltaje de protección estable, y las etapas de MOVs se incluyen para manejar
losrequerimientos de disipación de alta energía. Estos diseños por lo general utilizan
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menos SASDs en comparación con productostotalmente de SASDs. Este parámetro de
diseño frecuentemente se realiza para el propósito de sacar mayor
rendimientoeconómico relativo al diseño con puros SASDs. Sin embargo, debido a las
características operacionales tan distintas de las dostecnologías disimilares, estos
parámetros de desempeño de diseños híbridos no cumplen con sus objetivos
deseados. Las etapasde los MOVs no pueden ser coordinadas para conducir
confiablemente en conjunto con las etapas de los SASDs. Las mismasrazones
mencionadas en referencia a la coordinación simultánea de conducción entre los
componentes individuales de MOVsexplican por que. Con frecuencia, resulta una falla
prematura del supresor de las etapas de SASDs porque simplemente noincorporan
suficientes diodos para disipar niveles adecuados de energía transitoria. Las etapas de
los MOVs continúanfuncionando pero siguen siendo afectadas por las mismas
deficiencias de los productos con puros MOVs. Los supresores detransitorios
diseñados correctamente utilizando 100% SASDs como su única tecnología de
supresión, evitan la necesidad dediseños híbridos.
c) Aplicaciones de los diodos de selenio y varistores de óxido metálico. Muestre circuitos
típicos para cada caso.
DIODO DE SELENIO
Es un diodo rectificador de selenio es bastante antiguo, habiendo sido creada en 1933
para ser utilizado como rectificador, reemplazando la vieja rectificador de válvula en
fuentes de alimentación para alta corriente, por ejemplo, cargadores de baterías.
Durante un tiempo, muchos equipos de fuentes de alimentación ya se utiliza diodo
rectificador en lugar de las válvulas, como una solución más eficiente para obtener
corriente continua.
Estos diodos se hicieron de un material semiconductor, ahora ya no se utiliza, el
selenio.
Los equivalentes modernos de estos diodos son diodos de silicio, que además de tener
capacidad de corriente mucho más alta en algunos casos, componentes también son
de bajo costo.
En la Figura 1 tenemos aspectos de estos diodos.
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Estos diodos están formados por pilas de aluminio o de acero provisto de una fina capa
de placas de níquel o de bismuto.
En esta capa hay un dopaje de la estructura de selenio que dota a las propiedades
semiconductoras, que actúa como un diodo.
Cada par de placas actúa como un diodo con una tensión inversa máxima de alrededor
de 20 V. En la figura 2 tiene la estructura del diodo.
Para sustituir por un diodo de este tipo de silicio, debemos comprobar la tensión de
pico inverso y actual. Esta información generalmente puede obtenerse a través de un
simple análisis del circuito en el que se encuentra.
En la figura 3 tenemos una fuente de alimentación variable a partir de una vieja Radio
Electrónica, utilizando diodos de selenio 65 mA.
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Esta fuente se utilizó en lugar dispositivos de válvula y de los diodos se puede utilizar
selenio equivalentes modernos de silicio, tales como 1N4004.
Una curiosidad es el fuerte olor a "huevos podridos" producidos por los diodos de
selenio cuando se quema. En algunos casos, la gente tuvo que salir del sitio
rápidamente porque era insoportable.
Un componente hostil para el medio ambiente.
VARISTOR DE OXIDO METALICO
Un varistor es un componente electrónico con una curva característica similar a la del
diodo. El término proviene de la contracción del inglés variable resistor. Los varistores
suelen usarse para proteger circuitos contra variaciones de tensión al incorporarlos en
el circuito de forma que cuando se active la corriente no pase por componentes
sensibles. Un varistor también se conoce como Resistor Dependiente de Voltaje o VDR.
La función del varistor es conducir una corriente significativa cuando el voltaje es
excesivo.
El tipo más común de varistor es el varistor de óxido metálico (MOV). Este contiene
una masa cerámica de granos de óxido de zinc, en una matriz de otros óxidos de metal
(como pequeñas cantidades de bismuto, cobalto y manganeso) unidos entre sí por dos
placas metálicas (los electrodos). La región de frontera entre cada grano y su alrededor
forma una unión de diodo, la cual permite el flujo de corriente en una sola dirección.
La masa de granos aleatoriamente orientados es eléctricamente equivalente a una red
hecha por un par de diodos con sentido contrario al otro, cada par en paralelo junto
con muchos otros pares. Cuando un voltaje pequeño o moderado se aplica a través de
los electrodos, sólo una corriente muy pequeña fluye, causada por las corrientes de
fuga en las uniones del diodo. Cuando un gran voltaje se aplica, la unión de diodo se
rompe debido a una combinación de emisión termoiónica y efecto túnel, produciendo
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que una gran cantidad de corriente fluya. El resultado de este comportamiento es una
curva característica altamente no lineal, donde el MOV tiene una gran resistencia en
bajas tensiones y una baja resistencia en altas tensiones.
Cuando la tensión en el varistor está por debajo de su "voltaje de disparo", éste
funciona como un dispositivo regulador de corriente a operación normal, por lo que
los varistores generalmente se usan como supresor de picos de tensión. Sin embargo,
un varistor podría no limitar de forma exitosa la corriente de un evento como la caída
de un rayo donde la energía es mucho más grande de la que puede controlar. La
corriente que fluye en el varistor podría ser tan grande que destruiría completamente
el varistor. Inclusive, picos de tensión más pequeños podrían degradarlo. La
degradación está definida por los gráficos de esperanza de vida del fabricante que
relacionan corriente, tiempo y número de pulsos. El parámetro más importante que
afecta la esperanza de vida del varistor es su energía consumida. A medida que el
consumo de energía incrementa, su esperanza de vida incrementa exponencialmente,
el número de picos que pueden soportar incrementa y el voltaje de disparo que
provee durante cada pico decrece. La probabilidad de una falla catastrófica puede
reducirse al ampliar el rango o al conectar más varistores en paralelo. Se dice que un
varistor está completamente degradado cuando su voltaje de disparo ha cambiado
cerca del 10%. En esta condición el varistor no se ve dañado y todavía se mantiene
funcional(no tiene falla catastrófica).
Típicamente, su tiempo de respuesta está en el orden de los 5 a 25 nanosegundos y su
voltaje de activación está comprendido entre 14V y 550V. Sin embargo, su
confiabilidad es limitada ya que se degradan con el uso. Su costo es bajo comparado
con otros dispositivos protectores, como los diodos supresores de avalancha de silicio,
y poseen buena disipación de la energía eléctrica indeseable.
El varistor se coloca en paralelo al circuito a proteger y absorbe todos los picos
mayores a su tensión nominal. El varistor sólo suprime picos transitorios; si es
sometido a una tensión elevada constante, se destruye. Esto sucede, por ejemplo,
cuando se aplica 220 VAC a un varistor de 110VAC, o al colocar el selector de tensión
de una fuente de alimentación de un PC en posición incorrecta. En el diseño de
circuítos es aconsejable colocar el varistor en un punto ubicado después de un fusible.
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APLICACION
Tiene un gran campo de aplicación como aparamenta de protección en redes
eléctricas tanto de transporte como de distribución. Se utiliza como elemento
"pararrayos" situado en los propios apoyos de la línea, desviando las sobretensiones a
tierra así como elemento de protección en los bypass de los bancos de condensadores
compensadores de reactancia de línea.
Nota: Sólo los resistores variables no óhmicos son usualmente llamados varistores.
Otros tipos de resistores variables incluyen al potenciómetro y al reóstato
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"No te pongas en piloto automático, las debilidades del hombre son muy
poderosas y no llevan a buen puerto”