unidad ii - webnodefiles.informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/200000028...modelo del tiristor con...
TRANSCRIPT
UNIDAD IITIRISTOR Y TRIACS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
DEFINICIONES:
Se denominan tiristores a todos aquellos componentes
semiconductores con dos estados estables cuyo
funcionamiento se basa en la realimentación regenerativa
de una estructura PNPN.
Existen varios tipos dentro de esta familia, de los cuales el
más empleado con mucha diferencia es el rectificador
controlado de silicio (SCR), por lo que suele aplicársele el
nombre genérico de tiristor.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
DEFINICIONES:
Es un componente con dos terminales principales, ánodo y
cátodo y uno auxiliar para disparo o puerta.
Se puede decir que se comporta como un diodo rectificador
con iniciación de la conducción controlada por la puerta:
como rectificador, la conducción no es posible en sentido
inverso, pero sí en sentido directo.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
DEFINICIONES:
Sin embargo, a diferencia de los diodos, el tiristor no
conduce en sentido directo hasta que no se aplica un pulso
de corriente por el terminal de puerta.
El instante de conmutación (paso de corte a conducción),
puede ser controlado con toda precisión actuando sobre el
terminal de puerta, por lo que es posible gobernar a
voluntad el paso de intensidades por el elemento.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE LOS TIRISTORES
Básicamente están formados por una estructura semiconductora
de cuatro capas “PNPN” con tres junturas J1, J2, J3, como
muestra el siguiente dibujo:
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE LOS TIRISTORES
Cuando al ánodo se le aplica tensión positiva respecto al
cátodo, las junturas J1 y J3 se polarizan directamente y la
juntura J2 inversamente.
Entre ambos terminales fluye una pequeña corriente. Se dice
que el tiristor esta en estado de “bloqueo directo” o desactivado.
Si aumentamos la tensión ánodo-cátodo (Vac), la juntura “J2”
entra en ruptura por avalancha (Vac = VBO), denominado “voltaje
de ruptura directo”.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE LOS TIRISTORES
Por el tiristor circulara una gran corriente, solo limitada por
la carga conectada al circuito. Se dice que el tiristor entro
en estado de “conducción directo o activado”.
En esta condición, vac≈1 volt. La corriente se mantendrá
circulando, solo si esta supera un valor, denominado
“corriente de retención o enganche”.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE LOS TIRISTORES
Cuando se aplica una tensión negativa en el ánodo respecto al
cátodo, J1 y J3 se polarizan inversamente, y J2 se polariza
directamente.
En esta condición, las junturas J1 y J3, se comportan como dos
diodos conectados en serie, soportando una tensión inversa, por
lo que circulara una pequeña corriente de fuga entre ánodo y
cátodo (corriente inversa).
Se dice que en esta condición, el tiristor esta en estado de
“bloqueo inverso”, similar a un diodo polarizado inversamente.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE LOS TIRISTORES
La activación de un tiristor, haciendo Vac > VBO, lo puede
destruir. En la práctica Vac < VBO y para activarlo, se le
aplica un voltaje positivo a la compuerta “G”, respecto al
cátodo.
Una vez activado, puede quedar en esta condición (por un
mecanismo de realimentación interna positiva), siempre y
cuando la corriente de ánodo supere el valor de la corriente
“mínima de retención o enganche” (Ia> IL).
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE LOS TIRISTORES
Dadas estas condiciones, la tensión de compuerta se puede
retirar, sin afectar el último estado “conductor” del tiristor.
El tiristor, en el estado conductor, se comporta en forma similar a
la de un diodo polarizado directamente y ya no hay control sobre
el dispositivo.
El estado de bloqueo directo se logra, como dijimos, mediante la
conmutación natural de la tensión de alimentación a un valor
negativo o mediante circuitos especiales de apagado del tiristor.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE LOS TIRISTORES
Todos ellos actuando sobre la corriente de ánodo para que
su valor se haga menor a la de “mínima de mantenimiento”
(Ia < IH).
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Modelo del Tiristor con dos Transistores Bipolares:
La acción regenerativa, por realimentación positiva, que hace que
el tiristor pase del estado de bloqueo directo al estado conductor,
se puede demostrar utilizando un circuito equivalente con dos
transistores bipolares como se muestra en la figura siguiente:
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Modelo del Tiristor con dos Transistores Bipolares:
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Modelo del Tiristor con dos Transistores Bipolares:
La corriente de colector “IC”, de un transistor bipolar, se
relaciona en general con la corriente de emisor “IE” y la corriente
de fuga de la juntura colector-base, “ICBO” como:
IC = αIE + ICBO
Donde α ≈ IC/ IE representa la ganancia de corriente en base
común. Para nuestro caso la corriente de colector “IC1” del
transistor Q1 resulta:
IC1 = α1IA + ICBO1 (1)
Donde α1 es la ganancia de corriente e ICBO1 es la corriente de
fuga para Q1.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Modelo del Tiristor con dos Transistores Bipolares:
De la misma manera para Q2:
IC2 = α2IC + ICBO2 (2)
Por otra parte, de acuerdo al circuito tenemos:
IA = IC1 + IB1 (3)
IB1 = IC2 + IGN (4)
IC = IGP + IA - IGN (5) igualdad que sale de las corrientes
entrantes es igual a las corrientes salientes.
Con las expresiones anteriores despejamos la corriente de
ánodo, resultando:
IA =[ ICBO1 + ICBO2 + (1- α2)IGN + α2. IGP ] / [1- (α1+α2) ]
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Modelo del Tiristor con dos Transistores Bipolares:
1) Si en la ecuación anterior hacemos IGN = IGP = 0 , es decir no
hay activación por compuerta, la corriente de ánodo vale:
IA = ICBO1 + ICBO2 En este caso α1 =α2 ≈ 0 dado que IE ≈ 0
2) Si hacemos IGN = 0 e IGP ≠ 0 o sea tenemos activación por la
compuerta del transistor npn (corriente de base entrante) comienza
a producirse la realimentación interna positiva , dado que aumenta
la corriente de colector de Q2 que a su vez es corriente de base de
Q1 y por efecto de amplificación aumenta su corriente de emisor
(corriente de ánodo del tiristor); de la misma forma aumenta la
corriente de colector de Q1 y esta corriente alimenta nuevamente la
base de Q2 y así sucesivamente hasta que ambos transistores
pasan a la saturación.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Modelo del Tiristor con dos Transistores Bipolares:
En la formula el crecimiento de la corriente de ánodo se nota al
aumentar las ganancias de corrientes de los transistores por
efecto del aumento de las corrientes de emisor de los
transistores, según la grafica:
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Modelo del Tiristor con dos Transistores Bipolares:
Cuando α1 + α2 = 1 el denominador de la formula se hace cero y
la corriente del ánodo del tiristor se hace infinita. En la práctica,
queda limitada por el circuito externo
3) Si hacemos IGP = 0 e IGN ≠ 0 o sea tenemos activación por la
compuerta del transistor pnp (corriente de base saliente)
comienza a producirse el mismo efecto de realimentación pero
en este caso requerirá mayor corriente de compuerta dado que
en la expresión de la corriente de ánodo el termino de IGN en el
numerador, esta afectado por (1-α2).
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS DEL TIRISTOR
En la siguiente figura se muestra la curva estática del tiristor.
En dirección inversa se comporta como un diodo, bloqueando la
tensión hasta que se alcanza la tensión inversa VRWM, que es
cuando tiene lugar la ruptura por avalancha.
En la dirección directa el tiristor también bloquea la tensión hasta
que llega a la ruptura de conducción en VBO.
El tiristor estará conduciendo mientras la corriente sea mayor que
un valor llamado corriente de enclavamiento o de enganche, IBO,
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS DEL TIRISTOR
definida como la corriente de ánodo mínima que hace bascular al
tiristor del estado de bloqueo al estado de conducción.
Después, sus características son similares a las de un diodo,
permaneciendo el componente en conducción mientras la
corriente de ánodo a cátodo no caiga por debajo de un valor
denominado corriente de mantenimiento IH.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS DEL TIRISTOR
Por lo tanto, dentro de las características estáticas del tiristor, y
dependiendo de la tensión que se aplique entre ánodo y cátodo,
podemos distinguir tres zonas que dan lugar a los dos estados
estables que posee:
Bloqueo y Conducción (cebado).
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS DEL TIRISTOR
1. Vak < 0 (zona de bloqueo inverso). Dicha condición corresponde
al estado de no conducción en inversa, comportándose como un
diodo.
2. Vak > 0 sin disparo (zona de bloqueo directo). El tiristor se
comporta como un circuito abierto hasta alcanzar la tensión de ruptura
directa.
3. Vak > 0 con disparo (zona de conducción). Se comportará como
un cortocircuito, si una vez ha ocurrido el disparo, por el SCR circula
una corriente superior a la corriente de enclavamiento. Una vez en
conducción, se mantendrá si el valor de la corriente ánodo-cátodo es
superior a la corriente de mantenimiento.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
PARÁMETROS DE LAS CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS DEL TIRISTOR
Corresponden a la región ánodo-cátodo. Son aquellos valores que
determinan las posibilidades máximas de un determinado Tiristor:
− Tensión de pico no repetitivo en estado de bloqueo directo........ VDSM
− Tensión inversa de pico de trabajo ............................................. VRWM
− Tensión directa de pico repetitiva ............................................... VDRM
− Tensión directa ............................................................................ VT
− Corriente de trabajo ……… ........................................................ IT
− Corriente directa media ............................................................... ITAV
− Corriente directa eficaz ............................................................... ITRMS
− Corriente directa de fugas ........................................................... IDRM
− Corriente mínima de enganche ................................................... IL
− Corriente de mantenimiento ........................................................ IH
− Tensión de mantenimiento .......................................................... VH
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
PARÁMETROS DE LAS CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS DEL TIRISTOR
Las características térmicas a tener en cuenta al trabajar con tiristores
son:
− Temperatura de la unión ............................................................. Tj
− Temperatura de almacenamiento ................................................ Tstg
− Resistencia térmica contenedor-disipador .................................. Rc-d
− Resistencia térmica unión-contenedor ........................................ Rj-c
− Resistencia térmica unión-ambiente............................................ Rj-a
− Impedancia térmica unión-contenedor......................................... Rj-c
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
PARÁMETROS DE LAS CARACTERÍSTICAS DE CONTROL
Corresponden a la región puerta-cátodo y determinan las propiedades
del circuito de mando que responde mejor a las condiciones de
disparo. Los fabricantes definen las siguientes:
− Tensión directa máx. ................................................................... VGFM
− Tensión inversa máx. ................................................................... VGRM
− Corriente máxima......................................................................... IGM
− Potencia máxima ......................................................................... PGM
− Potencia media ............................................................................ PGAV
− Tensión puerta-cátodo para el encendido ................................... VGT
− Tensión residual máxima que no enciende ningún elemento ..... VGNT
− Corriente de puerta para el encendido ........................................ IGT
− Corriente residual máxima que no enciende ningún elemento ... IGNT
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
La característica de conmutación de un tiristor determina
sus pérdidas de conmutación y su frecuencia máxima de
funcionamiento, de la misma forma que se realiza para el
transistor.
En particular, para el caso del tiristor las curvas de
conexión y desconexión presentan el siguiente
comportamiento:
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
Transitorio a conexión.
La forma de la curva de conexión es muy similar a la del
transistor de potencia, donde la corriente a través del
componente aumenta según disminuye la tensión ánodo-cátodo.
El tiempo para alcanzar una conducción del 10%, medido
desde la aplicación de la excitación de puerta se denomina
tiempo de retraso o retardo (td), y aquel entre el 10% y el 90%
es el tiempo de subida (tr).
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
Transitorio a conexión.
La suma del tiempo de retardo y el tiempo de subida es el
tiempo de conexión del tiristor o tiempo de encendido
(ton = td + tr) .
El tiempo de conexión se reduce si el pulso de puerta que
se utiliza es de subida abrupta y la potencia de excitación
se incrementa.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
Transitorio a corte.
Si el circuito externo fuerza una reducción muy brusca de la
intensidad del ánodo e intenta la conducción en sentido
inverso, los portadores de las uniones no pueden
reajustarse, por tanto hay un tiempo de retraso por
almacenamiento donde se comporta como un cortocircuito
conduciendo en sentido contrario al estar polarizado
positivamente, produciendo un pico de corriente IRR.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
Transitorio a corte.
El tiempo entre el inicio de la corriente de recuperación
inversa y cuando ha caído por debajo del 25% de su valor
se denomina tiempo de recuperación inversa trr.
Cuando ha disminuido la concentración, la puerta recupera
su capacidad de gobierno, pudiendo aplicar tensión directa
sin riesgo de cebado. A este tiempo se le denomina tiempo
de recuperación de puerta tgr.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
Transitorio a corte.
La duración del proceso de corte es toff = tq tq = trr + tgr,
tal y como se puede observar en detalle en la siguiente
figura, mucho menos idealizada que la anterior.
A partir de la figura se puede observar que tq es el menor
tiempo que debe transcurrir entre que se invierte la
intensidad por el ánodo y el instante en que aplicamos
tensión ánodo-cátodo positiva sin que entre en conducción.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
Tensiones Transitorias: Son valores de tensión que van
superpuestos a la señal sinusoidal de la fuente de alimentación.
Son de escasa duración, pero de amplitud considerable.
Ejemplo 1:
Si tenemos una fuente de alimentación de 220V de tensión eficaz, con picos
de tensión de,
Determinar las características mínimas de disparo que debe reunir el tiristor.
Para disponer de un margen de seguridad del 50%, elegimos un tiristor que
se dispare con una tensión superior a 311V x 1.5 = 470V. Elegiríamos un
tiristor con un valor de VDRM > 470V y VDSM >>> VDRM
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
311V2220
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
Impulsos de Corriente
El fabricante proporciona curvas que dan la cantidad de ciclos
durante los que se pueden tolerar determinados valores de
corriente de pico.
El comienzo de la curva representa el valor de pico de una
corriente senoidal, para la cual el semi ciclo tiene una duración de
10 ms.
Cuanto mayor sea el valor del impulso de corriente, menor será la
cantidad de ciclos durante los cuales podrá admitirse este valor.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
Angulo de Conducción
La corriente y la tensión media de un tiristor variarán en función
del instante en el que se produzca el disparo, es decir, todo va a
depender del ángulo de conducción.
La potencia entregada y la potencia consumida por el
dispositivo, también dependerán de él: cuanto mayor sea éste,
mayor potencia tendremos a la salida del tiristor.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DEL TIRISTOR
Angulo de Conducción.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
Cuanto mayor es el ángulo disparo, menor es el de conducción:
180º = Áng conducción + Áng disparo
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
Los tiristores necesitan un tiempo para pasar de bloqueo a
conducción y viceversa.
Para frecuencias inferiores a 400Hz podemos ignorar estos
efectos.
En la mayoría de las aplicaciones se requiere una conmutación
más rápida, por lo que éste tiempo debe tenerse en cuenta.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
A.- Tiempo de Encendido (tON)
El tiempo de encendido (paso de corte a conducción) tON,
lo dividimos en dos partes:
A1.- Tiempo de retardo. (td)
A2.- Tiempo de subida. (tr)
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
A1-Tiempo de Retardo o Pre condicionamiento
Es el que trascurre desde que el flanco de ataque de la corriente
de puerta alcanza el 50% de su valor final, hasta que IA alcanza el
10% de su valor máximo para una carga resistiva.
El tiempo de retardo depende de la corriente de mando, de la
tensión ánodo - cátodo y de la temperatura (td disminuye si estas
magnitudes aumentan).
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
A1-Tiempo de Retardo o Pre condicionamiento
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
A2-Tiempo de Subida
Es el tiempo necesario para que IA pase del 10% al 90% de su
valor máximo para una carga resistiva.
Podríamos también considerar el paso de la caída de tensión en
el tiristor del 90% al 10% de su valor inicial.
La amplitud de la señal de puerta y el gradiente de la corriente
de ánodo, juegan un papel importante en la duración del tr que
aumenta con los parámetros anteriores.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
A2-Tiempo de Subida
El tiempo de cebado (encendido), debe ser lo suficientemente
corto, como para no ofrecer dificultades en aplicaciones de baja
y de mediana frecuencia.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
A2-Tiempo de Subida
En la figura siguiente podemos ver el tiempo de retardo en
función de la tensión de ánodo e intensidad de puerta:
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
B- Tiempo de Apagado (tOFF)
Es el tiempo de paso conducción a corte
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
B- Tiempo de Apagado (tOFF)
Conclusiones:
- Si en t1, descebamos el tiristor, la corriente disminuye siguiendo la
pendiente di/dt. La tensión en el tiristor (que era VA) disminuye
ligeramente.
- En t2, se invierte la corriente; si el tiristor fuera perfecto, se
bloquearía instantáneamente. Entre t2 y t3 se comporta como un
cortocircuito, bloqueándose bruscamente en t3.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
B- Tiempo de Apagado (tOFF)
Conclusiones:
- En este momento podemos ver como se produce un salto de
tensión.
- Para poder aplicar una nueva tensión directa deberemos esperar
hasta llegar al punto que representa el tiempo t6.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
B- Tiempo de Apagado (tOFF)
La extinción del tiristor se producirá por dos motivos: Por
reducción de la corriente de ánodo por debajo de la corriente de
mantenimiento y por anulación de la corriente de ánodo.
Dividimos el tiempo de apagado en dos:
B1- T de recuperación inversa. (trr).
B2- T de recuperación de puerta. (tgr).
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
B1- Tiempo de Recuperación Inversa
Si la tensión aplicada al elemento cambia de sentido y lo
polariza inversamente, la corriente directa se anula,
alcanzándose un valor débil de corriente inversa, (ir).
Las cargas acumuladas en la conducción del tiristor se eliminan
entonces parcialmente, pudiéndose así definir un tiempo trr, de
recuperación inversa (desde t1 a t3).
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
B1- Tiempo de Recuperación de Puerta
El resto de las cargas almacenadas se recombinan por difusión.
Cuando el número de cargas es suficientemente bajo, la puerta
recupera su capacidad de gobierno: puede entonces volver a
aplicarse la tensión directa sin riesgo de un nuevo cebado.
Este tiempo se denomina tiempo de recuperación de puerta y se
simboliza como tgr.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
B1- Tiempo de Recuperación de Puerta
La duración total del proceso de bloqueo será:
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
grrroff ttt
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN
Parámetros que influyen sobre toff:
- Corriente en conducción (IT).
- Tensión inversa (VR).
- Velocidad de caída de la corriente de ánodo di/dt.
- Pendiente de tensión dV/dt.
- Temperatura de la unión Tj o del contenedor Tc.
- Condiciones de puerta.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ACTIVACIÓN Y BLOQUEO DEL TIRISTOR
El tiristor es un dispositivo de estado sólido que su modo de
operación emula a un relé.
En estado de conducción tiene una impedancia muy baja que
permite circular grandes de niveles de corriente con una tensión
ánodo-cátodo del orden de 1V.
En estado de corte, la corriente es prácticamente nula y se
comporta como un circuito abierto.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ACTIVACIÓN DEL TIRISTOR
Existen cuatro maneras de poner a un tiristor en estado de
conducción:
a) Activación o disparo por puerta
El método más común para disparar un tiristor es la aplicación
de una corriente en su puerta.
Los niveles de tensión y corriente de disparo en la puerta deben
tener un rango de valores comprendidos dentro de una zona de
disparo de seguridad.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ACTIVACIÓN DEL TIRISTOR
a) Activación o disparo por puerta
Si se sobrepasa ese límite puede no dispararse el tiristor o
puede deteriorarse el dispositivo; por ejemplo, para el 2N5060 la
máxima potencia eficaz que puede soportar la puerta es
PG(av)=0,01 W.
Gráficamente, en la figura se muestra la forma típica de esa
zona de seguridad de disparo del SCR TF521S de Sanken
Electric; obsérvese la su elevada dependencia con la
temperatura.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ACTIVACIÓN DEL TIRISTOR
a) Activación o disparo por puerta
Este tiristor soporta corrientes de hasta IT(rms)=5 A y la corriente
máxima de disparo es IGT(max)=15mA a 25ºC para una
VGT(max)=2.5 V.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ACTIVACIÓN DEL TIRISTOR
a) Activación o disparo por puerta
Además, el disparo debe tener una duración dependiente del tiristor
con valores típicos de 1μseg para que resulte eficaz.
El tiempo de conexión o de activación es el tiempo que tarda en
conducir el tiristor desde que se ha producido el disparo.
Los valores típicos de tiristores comerciales están alrededor de 1 a
3μseg, aunque para aplicaciones especiales como son los
moduladores de impulsos de radar se fabrican tiristores con valores
por debajo de 100nseg.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ACTIVACIÓN DEL TIRISTOR
Disparo por puerta
• En la figura tenemos un circuito de disparo por puerta.
• El valor requerido de VT necesario para disparar el SCR es:
VT = VG + IG ⋅ R
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ACTIVACIÓN DEL TIRISTOR
Disparo por puerta
• R viene dada por la pendiente de la recta tangente a la curva
de máxima disipación de potencia para obtener la máxima
seguridad en el disparo. R = VFG IFG
• Una vez disparado el SCR perdemos el control en puerta.
• Las condiciones de bloqueo se recobran cuando VAK < VH y
cuando IAK < IH
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ACTIVACIÓN DEL TIRISTOR
b) Activación o disparo por luz
Un haz luminoso dirigido hacia una de las uniones del tiristor
provoca su disparo.
Son los dispositivos conocidos como foto-SCR o LASCR y sus
derivados (foto-TRIAC, opto-TRIAC, etc).
El SP-101 de Sunpower es un ejemplo típico de un LASCR de
2A que precisa de una radicación luminosa efectiva de
24mW/cm2 con una longitud de onda de 850nm para su
activación.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ACTIVACIÓN DEL TIRISTOR
c) Activación por tensión de ruptura
Una aumento de la tensión ánodo-cátodo puede provocar
fenómenos de ruptura que activa el tiristor.
Esta tensión de ruptura directa (VBO) solamente se utiliza como
método para disparar los diodos de cuatro capas.
d) Disparo por aumento de di/dt o dv/dt
Un rápido aumento de la tensión directa de ánodo cátodo puede
producir una corriente transitoria de puerta que active el tiristor.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ACTIVACIÓN DEL TIRISTOR
Generalmente se elimina este problema utilizando circuitos de
protección basados en R, C o L. Valores típicos de dv/dt están
comprendidos entre 5V/μseg a 500V/μseg.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
BLOQUEO DE UN TIRISTOR
La conmutación en corte o bloqueo es el proceso de poner en
estado de corte al tiristor que puede realizarse de tres formas:
conmutación natural, polarización inversa o conmutación por
puerta.
a) Conmutación natural
Cuando la corriente del ánodo se reduce por debajo de un valor
mínimo, llamado corriente de mantenimiento, el tiristor se corta.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
BLOQUEO DE UN TIRISTOR
a) Conmutación natural
Sin embargo, hay que señalar que la corriente nominal de un
tiristor es del orden de 100 veces la corriente de mantenimiento.
Para reducir esa corriente es preciso abrir la línea, aumentando
la impedancia de carga o derivando parte de la corriente de
carga a un circuito paralelo, es decir, cortocircuitando el
dispositivo.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
BLOQUEO DE UN TIRISTOR
b) Corte por polarización inversa
Una tensión inversa ánodo-cátodo tenderá a interrumpir la
corriente del ánodo.
La tensión se invierte en un semiperiodo de un circuito de
alterna, por lo que un tiristor conectado a la línea tendrá una
tensión inversa en un semiperiodo y se cortará.
Esto se llama conmutación por fase o conmutación de línea
alterna.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
BLOQUEO DE UN TIRISTOR
c) Corte por puerta
Algunos tiristores especialmente diseñados, como los GTO, se
bloquean con una corriente de puerta negativa.
El tiempo de conmutación en corte es el tiempo que tarda en
bloquearse un tiristor.
Con conmutación natural su valor está comprendido entre 1 a
10μseg, mientras que conmutación forzada puede ser de 0.7 a
2μseg.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
CONDICIONES NECESARIAS PARA EL CONTROL DE UN TIRISTOR
• Disparo:
− Ánodo positivo respecto al cátodo.
− La puerta debe recibir un pulso positivo con respecto al
cátodo.
− En el momento del disparo IAK > IL
• Corte:
− Anulamos la tensión VA
− Incrementamos RL hasta que IAk < IH
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
LIMITACIONES DEL TIRISTOR
LIMITACIONES DE LA FRECUENCIA DE FUNCIONAMIENTO
• La frecuencia de trabajo en los SCR no puede superar ciertos
valores.
• El límite es atribuible a la duración del proceso de apertura y
cierre del dispositivo.
• La frecuencia rara vez supera los 10 Khz.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
LIMITACIONES DEL TIRISTOR
LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE TENSIÓN dv/dt
dv/dt es el valor mínimo de la pendiente de tensión por debajo
del cual no se producen picos transitorios de tensión de corta
duración, gran amplitud y elevada velocidad de crecimiento.
Causas
• La alimentación principal produce transitorios difíciles de
prever en aparición, duración (inversamente proporcional a su
amplitud) y amplitud.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
LIMITACIONES DEL TIRISTOR
LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE TENSIÓN dv/dt
Causas
• Los contactores entre la alimentación de tensión y el equipo:
cuya apertura y cierre pueden producir transitorios de elevada
relación dv/dt (hasta 1.000 V/μs) produciendo el basculamiento
del dispositivo.
• La conmutación de otros tiristores cercanos que introducen en
la red picos de tensión.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
LIMITACIONES DEL TIRISTOR
LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE TENSIÓN dv/dt
Efectos
• Puede provocar el cebado del tiristor, perdiendo el control del
dispositivo.
• La dv/dt admisible varia con la temperatura.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
LIMITACIONES DEL TIRISTOR
LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE INTENSIDAD di/dt
di/dt es el valor mínimo de la pendiente de la intensidad por
debajo de la cual no se producen puntos calientes.
Causas
• Durante el cebado, la zona de conducción se reduce a una
parte del cátodo cerca de la puerta, si el circuito exterior impone
un crecimiento rápido de la intensidad, en esta zona la densidad
de corriente puede alcanzar un gran valor.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
LIMITACIONES DEL TIRISTOR
LIMITACIONES DE LA PENDIENTE DE INTENSIDAD di/dt
Causas
• Como el cristal no es homogéneo, existen zonas donde la
densidad de Intensidad es mayor (puntos calientes).
Efectos
• En la conmutación de bloqueo a conducción la potencia
instantánea puede alcanzar valores muy altos.
• La energía disipada producirá un calentamiento que, de
alcanzar el límite térmico crítico, podría destruir el dispositivo.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
PROTECCIONES CONTRA dv/dt Y di/dt
• Solución: colocar una red RC en paralelo con el SCR y una L
en serie
• Calculo: método de la constante de tiempo y método de la
resonancia.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Método de la Constante de Tiempo
• Cálculo de R y C:
1.- Hallamos el valor mínimo de la cte. de tiempo τ de la dv/dt:
donde VDSM = V de pico no repetitiva de bloqueo directo.
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Método de la Constante de Tiempo
• Cálculo de R y C:
2.- Hallamos el valor de Rmin que asegura la no superación de la
di/dt máxima especificada (a partir de la ecuación de descarga
de C):
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Método de la Constante de Tiempo
Ejemplo
Supongamos que el tiristor está colocado según la figura.
Calcular aplicando el método de la constante de tiempo el circuito de
protección contra dV/dt y di/dt.
Datos: VRMS = 208V; IL = 58A; R = 5 Ω;
SCR: VDSM = 500V; ITSM = 250A;di/dt = 13.5 A/µs; dV/dt = 50V/µs
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Método de la Constante de Tiempo
Ejemplo
Para la resolución del problema adoptaremos un factor de seguridad
Г= 0.4. El valor máximo de tensión será:
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
294V2208VAmáx
s3.6
dt
dV
V0.63
min
DSM
El valor de C será: F26.1R
C
Calculando la resistencia, obtenemos:
83.3
KII
VR
LTSM
AmáxS
Vamos a comprobar el valor anterior con el valor correspondiente a Rmin:
15.4
Cdt
dI
VR Amáx
min
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Método de la Constante de Tiempo
Ejemplo
Como el valor obtenido para RS es inferior a la Rmin que se debe colocar,
elegimos para nuestro circuito R = 4.15 Ω.
El valor mínimo de la inductancia L para di/dt se calcula de la siguiente
forma:
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
H7.21
dt
di
VL Amáx
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Método de la Resonancia
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
LIMITACIONES DE LA TEMPERATURA
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
En los semiconductores de potencia, se producen pérdidas
durante el funcionamiento que se traducen en un calentamiento
del dispositivo.
La potencia disipada en los tiristores durante la conducción, es
mucho mayor que la disipada durante el bloqueo y que la
potencia disipada en la unión puerta - cátodo.
Podemos decir que las pérdidas con una tensión de alimentación
dada y una carga fija, aumentan con el ángulo de conducción.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
LIMITACIONES DE LA TEMPERATURA
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
Una vez elegido el tiristor y teniendo en cuenta los parámetros
más importantes como son la potencia total disipada y
temperatura, y calculada también la potencia media que disipa
el elemento en el caso más desfavorable, procederemos a
calcular el disipador o radiador más apropiado para poder
evacuar el calor generado por el elemento semiconductor al
medio ambiente.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
LIMITACIONES DE LA TEMPERATURA
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
• Hallamos la potencia que disipa el dispositivo sin radiador:
• Hallamos el valor de la intensidad media de conducción (IT(AV)) para el
factor de forma a de un ángulo de conducción dado:
• Observando las curvas de disipación de potencia obtenemos la potencia
disipada sin radiador, si esta es menor que la teórica, el dispositivo necesita
radiador.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
• De dichas las curvas obtenemos el valor de la Rca ( contenedor-ambiente)
que, para una Rcd (contenedor-disipador) dada obtenemos el valor de la
resistencia térmica del disipador:
Relación entre la potencia y la temperatura para una intensidad dada
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
Ejemplo: Un SCR (BTY 91) con Rjc = 1.6ºC/W y con Rcd = 0.2ºC/W, alimenta a
una carga resistiva de 10Ω a partir de una señal alterna de 220VRMS. Si la
conducción del SCR es completa (α = 0º). Calcular el disipador para una
temperatura ambiente de 40ºC y Tj =125°C, utilizando la gráfica representada en
la figura.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
Ejemplo:
En primer lugar vamos a calcular el ángulo de conducción (ϴ):
180º 0º - 180º disparo de ánguloº180
El valor medio de la intensidad será:
A10cos1R2
2220ITAV
Si observamos la gráfica, vemos como en la parte izquierda aparece un cuadro con el
que se relaciona el ángulo de conducción con el factor de forma.
ϴ = 180º f = 1.6
Para un valor de ITAV = 10A f = 1.6 corta en un valor de 16.7W.
Sustituyendo en las ecuaciones los valores dados para el tiristor del circuito:
Rjc = 1.6 °C/W; Rcd = 0.2°C/W;
C/W3.29ºRRP
TTR cdjc
AV
aj
d
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
Ejemplo:
Elegimos un disipador con una resistencia térmica menor de la calculada:
Este cálculo lo podemos hacer gráficamente.
En primer lugar seguiremos los mismos pasos que anteriormente para
calcular la potencia media; a partir de aquí llevaremos una horizontal hacia
la derecha de la figura hasta cortar con la vertical que se levanta desde los
40ºC que en los datos se expresó como valor de la temperatura ambiente.
Estas dos rectas se cortan en un punto que se corresponde con una
Rca = 3.35ºC/W.
C/W3.29ºRd
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
Ejemplo:
Despejando de la siguiente expresión podremos calcular el valor de la Rd:
Si trabajamos en régimen transitorio (impulsos), es necesario el uso de la
impedancia térmica (Zth) para que el cálculo del disipador sea correcto.
C/W3ºC/W3.15º0.23.35RRR cdcad
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
IMPEDANCIA TÉRMICA TRANSITORIA
El concepto de resistencia térmica y los cálculos de las
variaciones de temperatura, están fijados sobre la base del
régimen permanente o promedio.
Para el caso de los convertidores que trabajan a frecuencia
industrial, con ondas senoidales, los valores obtenidos de
temperaturas promedios en el interior del semiconductor, no
difieren prácticamente de sus valores instantáneos.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
IMPEDANCIA TÉRMICA TRANSITORIA
Diferente puede ser la situación, cuando el semiconductor
trabaja con pulsos de corta duración.
Para el caso del disipador, como éste presenta una masa
considerable, tiene una “constante térmica” relativamente
grande. De allí que, frente a variaciones en la potencia disipada,
su temperatura, prácticamente no sufre alteraciones.
Lo mismo podemos decir, respecto a la temperatura de la
carcaza del semiconductor, dado que esta fijado al disipador.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
IMPEDANCIA TÉRMICA TRANSITORIA
No ocurre de igual forma, en el interior del semiconductor, dado
que al disponer de poca masa, por sus dimensiones reducidas,
la constante térmica es muy pequeña.
Esta situación da lugar a variaciones de temperatura en la zona
de la juntura, cuando se producen variaciones de la potencia
disipada.
En este caso el valor promedio de temperatura en la juntura,
obtenido mediante la ley de Ohm térmica, puede diferir bastante
respecto a los valores instantáneos.http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
IMPEDANCIA TÉRMICA TRANSITORIA
Como la temperatura de la juntura debe mantenerse por debajo
de límites establecidos por los fabricantes, es necesario verificar
que éstos, no se superen.
Estas condiciones extremas pueden ocurrir, cuando el
dispositivo semiconductor trabaja con pulsos de corta duración,
como por ejemplo, en los convertidores que aplican la
modulación por ancho del pulso (PWM).
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
IMPEDANCIA TÉRMICA TRANSITORIA
Los fabricantes de semiconductores, suministran curvas de
valores de “impedancia térmica transitoria”, cuando los
dispositivos deben disipar potencias de corta duración.
La impedancia térmica transitoria varía en relación a la duración
del pulso de la potencia disipada, y nos sirve para calcular las
variaciones de temperatura en la juntura, tomando como
referencia una temperatura inicial.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
EL TIRISTOR
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
IMPEDANCIA TÉRMICA TRANSITORIA
Se puede aplicar la respuesta escalón de un sistema de primer
orden, para expresar la impedancia térmica transitoria. Si Zo es
la impedancia térmica de la carcaza a la juntura en estado
permanente (RJC), la impedancia térmica transitoria o
instantánea se puede expresar como:
Donde “th” es la constante de tiempo térmico del dispositivo.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TRIAC
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRIAC
Es un dispositivo semiconductor de característica biestable, con
la particularidad que puede conducir corriente controlada en
ambos sentidos, con tensiones positivas y negativas, aplicadas
a sus terminales principales.
La activación, se realiza en forma similar a los SCR,
aplicándoles una tensión eléctrica, de determinada polaridad, al
terminal de compuerta.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TRIAC
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRIAC
Como el TRIAC, puede conducir en ambas direcciones, sus
terminales principales, se denominan T2 y T1, en reemplazo del
cátodo y ánodo de los dispositivos unidireccionales, como el
SCR. Estructuralmente, esta constituido de la siguiente forma:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TRIAC
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRIAC
Como vemos tenemos en la oblea de silicio, un SCR desde el
terminal 2 al terminal 1, y otro SCR en paralelo, pero conectado
desde terminal 1 al terminal 2 (antiparalelo). Las compuertas de
ambos SCR están unidas a una compuerta (G) común.
La característica tensión corriente del TRIAC es la siguiente:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TRIAC
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRIAC
CURVA CARACTERISTICA
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TRIAC
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRIAC
Características generales del TRIAC:
• Estructura compleja (6 capas).
• Baja velocidad y poca potencia.
• Uso como interruptor estático.
• Es un tipo de tiristor bidireccional
• Se puede considerar como dos tiristores SCR
• Tiene tres terminales T1, T2 y G (puerta)
• Se activa con pulso negativo o positivo
• Tiene parámetros análogos al SCR
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TRIAC
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRIAC
La relación en el circuito entre la fuente de voltaje, el triac y la
carga se representa en la figura.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TRIAC
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRIAC
FORMAS DE ONDA
La corriente promedio entregada a la carga puede variarse
alterando la cantidad de tiempo por ciclo que el triac permanece
en el estado encendido.
Si permanece una parte pequeña del tiempo en el estado
encendido, el flujo de corriente promedio a través de muchos
ciclos será pequeño, en cambio si permanece durante una parte
grande del ciclo de tiempo encendido, la corriente promedio será
alta.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TRIAC
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRIAC
FORMAS DE ONDA
Un triac no esta limitado a 180 de conducción por ciclo. Con un
arreglo adecuado del disparador, puede conducir durante el total
de los 360 del ciclo.
Por tanto proporciona control de corriente de onda completa, en
lugar del control de media onda que se logra con un SCR.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TRIAC
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRIAC
FORMAS DE ONDA
Las formas de onda de los triacs son muy parecidas a las formas
de onda de los SCR, a excepción de que pueden dispararse
durante el semi ciclo negativo.
En la figura siguiente se muestran las formas de onda tanto para
el voltaje de carga como para el voltaje del triac ( a través de los
terminales principales) para dos condiciones diferentes.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TRIAC
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRIAC
FORMAS DE ONDA
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
A continuación una clasificación de los diversos tiristores de
potencia que tienen aplicaciones comerciales y una breve
descripción de ellos:
TIRISTORES DE CONDUCCIÓN EN SENTIDO INVERSO (RCT)
Estos tiristores se utilizan en aquellos convertidores que
necesitan conducir una corriente en sentido inverso, por causa
de una carga inductiva y para mejorar los requisitos de apagado
del circuito de conmutación.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
El RCT, esta compuesto en un mismo encapsulado por SCR y un
diodo en antiparalelo, como muestra la figura:
El diodo fija el voltaje de bloqueo inverso en 1 a 2 volt en estado
estable; en condiciones transitorias su valor es de unos 30 volt por
las inductancias parásitas internas. Se disponen de RCT con
tensiones de bloque directo de 400 a 2000 V con corrientes de
hasta 500 A. A este dispositivo, también se le suele llamar ASCR o
tiristor asimétrico, con aplicaciones en circuitos específicos.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
TIRISTORES DE APAGADO POR COMPUERTA (GTO)
EL GTO, en forma similar a un SCR, se puede activar con una
señal pulsante positiva en la compuerta, pero tiene la posibilidad
de apagarlo con una señal negativa aplicada en la misma
compuerta.
Los GTO, se pueden construir con especificaciones de tensión y
corrientes parecidas a los SCR, con las siguientes ventajas:
1) No necesitan elementos auxiliares de conmutación en
convertidores que necesitan la conmutación forzada,
reduciendo el costo peso y volumen del convertidor.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
TIRISTORES DE APAGADO POR COMPUERTA (GTO)
2) Reducción del ruido acústico y electromagnético por
eliminación de los reactores de conmutación.
3) Desactivación mas rápida lo que le permite trabajar con
frecuencias de conmutación mas elevada.
4) Mayor eficiencia de los convertidores.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
TIRISTORES DE APAGADO POR COMPUERTA (GTO)
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
TIRISTOR DE APAGADO POR MOS (MTO)
El MTO es una combinación de un GTO y un MOSFET, que juntos
mejoran las capacidades de apagado del GTO.
En el caso del MTO, el transistor MOS, que esta conectado entre la
base y emisor del transistor bipolar npn, hace caer la tensión base
emisor por debajo del umbral y de esta manera éste transistor deja de
conducir, eliminando la realimentación.
La estructura es parecida al GTO, conservando las ventajas de alto
voltaje (hasta 10Kv) y elevada corriente (4000 A), con aplicaciones de
gran potencia (1 a 20 MVA).
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
TIRISTOR DE APAGADO POR MOS (MTO)
El MTO se apaga mas rápidamente que el GTO y casi se
eliminan las perdidas asociadas a las cargas de
almacenamiento.
También tienen una mayor dv/dt y en forma parecida al GTO,
tienen una larga cola de corriente de apagado.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
TIRISTOR DE APAGADO POR MOS (MTO)
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
TIRISTORES CONTROLADOS POR MOS (MCT)
En un MCT, se combinan las propiedades de un tiristor
regenerativo de cuatro capas, con una estructura de compuerta
MOS.
En forma similar al transistor bipolar de compuerta aislada
(IGBT), se logran las ventajas de los transistores bipolares con
las de efecto de campo; el conjunto resulta en una mejoría
respecto a un tiristor con un par de MOSFET, que lo activan y lo
desactivan.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
TIRISTORES CONTROLADOS POR MOS (MCT)
Existen varios dispositivos de estas estructuras MCT; solamente
analizaremos una de ellas, el MCT de canal “p” de mayor
difusión. En la próxima figura representaremos su estructura
interna:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
TIRISTORES FOTO ACTIVADOS (LASCR)
Estos tiristores, se activan por radiación de luz directa, en la
oblea de silicio, en la zona de la juntura “J2”.
La radiación de luz genera en esta zona (polarizada
inversamente, con tensión de bloqueo directo, en los extremos
del tiristor), generando suficiente pares electrón-huecos que, por
el proceso de realimentación, activan al tiristor.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
TIPOS DE TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
TIRISTORES FOTO ACTIVADOS (LASCR)
La estructura de la compuerta se diseña de tal forma que
proporciona suficiente sensibilidad para ser activado con fuentes
luminosas normales como por ejemplo radiación luminosa
provenientes de fibras ópticas o diodos emisores de luz (LEDS).
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRANSISTOR DE POTENCIA
El funcionamiento y utilización del transistor de potencia es
idéntico al de los transistores normales, teniendo como
características especiales las altas tenciones e intensidades que
tienen que soportar y por tanto, las altas potencias en disparar.
Existen tres tipos de transistores de potencia:
- Bipolar
- MOSFET ( transistor de efecto de campo)
- IGBT
DISPOSITIVOS DE POTENCIA
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRANSISTOR BIPOLAR (BJT)
Los transistores BJT más utilizados en la electrónica de potencia son los
NPN, y su operación se centra en corte y saturación, es decir, como
interruptor electrónico.
Recordemos que para que un transistor NPN se encuentre polarizado es
necesario que la tensión del colector sea mayor a la de la base y esta mayor
que la del emisor (VC > VB > VE) en por lo menos 0;7V .
DISPOSITIVOS DE POTENCIA
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
MOSFET
Los MOSFET más utilizados en electrónica de potencia son los canal N y su
operación se reduce a interruptor electrónica, es decir, en corte y operación.
La ventaja de este dispositivo en relación con el BJT es su polarización en
tensión y alta impedancia de entrada.
DISPOSITIVOS DE POTENCIA
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
EL TRANSISTOR BIPOLAR DE PUERTA AISLADA (IGBT)
Los transistores de compuerta aislada o IGBT combinan las características de
los MOSFET y BJT.
Tienen una impedancia de entrada elevada, como los MOSFET y bajas
perdidas en conmutación, como los BJT, pero sin el problema de segunda
ruptura, por lo que puede trabajar a elevada frecuencia y con grandes
intensidades.
DISPOSITIVOS DE POTENCIA
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
COMPARATIVA DE LOS DISPOSITIVOS DE POTENCIA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
Comparativa de los dispositivos de potencia
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
APLICACIONES DE LOS TIRISTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
Aplicaciones de la Electrónica de Potencia según los dispositivos empleados.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADORES CONTROLADOS
Los rectificadores controlados reciben este nombre por que
utilizan un dispositivo de control, en este caso el tiristor.
Utilizan los mismos montajes que se usan para los no
controlados pero sustituyendo los diodos por tiristores parcial o
totalmente.
La ventaja de colocar tiristores viene dada por la capacidad de
estos de retardar su entrada en conducción, sucediendo esta
cuando la tensión en sus bornes sea positiva y además reciba
un impulso en su puerta.http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADORES CONTROLADOS
El ángulo de retardo es un parámetro fundamental, ya que
actuando sobre él es posible hacer variar la relación entre el
valor de la tensión rectificada de salida y el valor de las
tensiones alternas de la entrada, de ahí el calificativo de
“controlados”.
En los rectificadores controlados, por lo tanto, se controla el
cebado del tiristor y el bloqueo será natural.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA
En este montaje, con el cambio del diodo por un tiristor
podremos tener un control sobre el valor medio de la tensión en
la carga cuando tengamos una tensión de ánodo positiva
respecto al cátodo y se le proporcione a la puerta un impulso de
cebado.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA
Durante el semi ciclo positivo de la tensión de entrada, la
tensión de ánodo es positiva respecto a la de cátodo, así que
estará preparado para entrar en conducción.
Cuando el tiristor es disparado para Tt= , este empieza a
conducir, haciendo que circule por la carga la corriente del
secundario.
En el instante Tt=B, la tensión del secundario empieza a ser
negativa, lo que provoca el paso a corte del tiristor por ser la
tensión de ánodo negativa con respecto a la de cátodo.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA
En este caso (ángulo de retardo), será el tiempo que pasa
desde que la tensión del secundario empieza a ser positiva
hasta que se produce el disparo del tiristor en Tt= .
El uso en la industria de este tipo de rectificador es casi nulo
debido a sus bajas prestaciones, como por ejemplo una señal a
la salida de gran rizado y de baja pulsación.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA R
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA R
Tensión media en la carga: Si Vmax es la tensión en el secundario, tenemos que:
Tensión eficaz en la carga:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA R
Tensión inversa de pico soportada por el tiristor: Esta tensión será la máxima de
entrada para ≤ B/2, por lo tanto:
Corriente media en la carga:
Corriente eficaz en la carga:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA R
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA R
EJEMPLO:
Dado un rectificador controlado monofásico de media onda con carga resistiva, cuyo
esquema es el mostrado en la figura.
Calcular lo siguiente:
a) Tensión de pico en la carga.
b) Corriente de pico en la carga.
c) Tensión media en la carga.
d) Corriente media en la carga.
e) Corriente eficaz en la carga.
f) Potencia alterna en la carga.
Datos: R=20 Ω VS=240V =40°
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA R
Solución:
a) La tensión de pico en la carga corresponderá con la tensión máxima suministrada
por el secundario:
b) La corriente de pico en la carga se correspondería con la intensidad máxima y
se podría obtener de la tensión máxima:
c) Usando la ecuación correspondiente obtenemos la tensión media en la carga:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA R
Solución:
d) La corriente media en la carga la calcularemos usando la ecuación del apartado
anterior, pero sustituyendo Vmax por Imax:
e) La corriente eficaz en la carga se calcula usando:
f) La potencia alterna en la carga será:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA RL
El tiristor empieza a conducir para Tt = , que será el retardo que introduzca el circuito
de disparo. Esto provoca la circulación de corriente y un voltaje en la bobina y en la
resistencia VL y VR respectivamente:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA RL
En la siguiente gráfica podemos apreciar que:
- Para valores entre y Tt1, VL es positiva.
- Cuando Tt = Tt1, VL se hace negativa y la corriente empieza a disminuir.
- Para Tt = Tt2 la corriente se anula y se cumplirá que A1=A2 (el área A1 es la tensión
acumulada en la bobina, y el área A2 será la descarga de tensión de la bobina sobre la
resistencia y la tensión de entrada con la carga actuando como generador).
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA RL
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA RL
Expresión de la corriente instantánea en la carga: A partir del disparo del tiristor se
cumple en el circuito la siguiente ecuación:
Ec1
Ec2
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA RL
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA RL
EJEMPLO:
Un rectificador controlado monofásico de media onda con carga RL, como el mostrado
en la figura, es conectado a una tensión de secundario VS=240V, 50Hz, y a una carga
L=0,1H en serie con R=10Ω . El tiristor se dispara con =90° y se desprecia la caída
de tensión del mismo en directo.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA RL
Calcular lo siguiente:
a) La expresión que nos da la corriente instantánea en la carga.
b) Tensión media en la carga.
c) Corriente media en la carga.
Datos: VS=240V, f =50Hz R = 10Ω L = 0,1H
Solución:
Calculamos los valores máximos de la tensión de secundario y la intensidad:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA RL
a) Usando la ecuación 1 y sustituyendo en ella los siguientes valores:
b) La tensión media en la carga será:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA RL
Por tanteo y ayudados por la expresión ecuación 2, obtenemos que t=0,0136 seg para
un ángulo en el que se anula la corriente iC, Tt2=245°. Por lo tanto ya podemos
resolver la ecuación de la tensión media en la carga obteniendo:
c) La intensidad en la carga será:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA
Este tipo de rectificador, con carga R, trabajará en dos
cuadrantes del diagrama tensión-corriente, tal y como se
muestra a continuación:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA
Cuadrantes de
funcionamiento del puente
rectificador monofásico
controlado de onda
completa. Como podemos
apreciar, puede trabajar en
el primer y cuarto
cuadrante.
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA
Los tiristores T1 y T4 conducirán durante el semi ciclo positivo de la entrada, y los T2 y
T3 en el negativo. Eso quiere decir que los tiristores se dispararán de dos en dos con
un ángulo de retardo .
Tensión media en la carga:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA
Tensión eficaz en la carga:
Intensidad media en la carga:
Intensidad eficaz en la carga: Este valor será 2 veces mayor que el obtenido para
el rectificador controlado de media onda.
Potencia eficaz en la carga:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA
EJEMPLO:
Dado un puente rectificador monofásico totalmente controlado como el mostrado en la
figura.
Calcular lo siguiente:
a) Tensión de pico en la carga.
b) Corriente de pico en la carga.
c) Tensión media en la carga.
d) Intensidad media en la carga.
e) Corriente eficaz en la carga.
f) Potencia eficaz en la carga.
g) Tensión media en los tiristores.
h) Eficiencia de la rectificación.
i) Factor de forma.
j) Factor de rizado.
Datos: R=20 Ω VS=240V
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA
Solución:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA
e) Con la ecuación correspondiente calculamos la corriente eficaz en la carga:
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
RECTIFICADORES CONTROLADOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA
RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA
http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/