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1 Conten ido Prefacio Acerca del autor Capítulo Capítulo Introducción 1 Aplicaciones de la electrónica de potencia Historia de la electrónica de potencia 2 Dispositivos semiconductores de potencia Diodos de potencia Tiristores Transistores de potencia 9 Características de control de los dispositivos de potencia Características y especificaciones de los interruptores Características ideales Características de los dispositivos prácticos Especificaciones de interruptor Opciones de dispositivo 19 Tipos de circuitos electrónicos de potencia 20 Diseño de equipo de electrónica de potencia 23 Determinación del valor cuadrático medio de las formas de onda Efectos periféricos 24 Módulos de potencia 26 Módulos inteligentes 26 Revistas y conferencias sobre electrónica de potencia Resumen Referencias Diodos semi conductores de potencia y circuitos 31 Introducción 31 Fundamentos de semiconductores 31 Características del diodo xix xxiii 24 vii

2 viii Contenido Características de recuperación inversa Tipos de diodos de potencia Diodos de propósito general Diodos de recuperación rápida Diodos Schottky 39 Diodos de carburo de silicio 39 Modelo SPICE de diodo 40 Diodos conectados en serie 42 Diodos conectados en paralelo 45 Diodos con cargas RC y RL 46 Diodos con cargas LC y RL Diodos de corrida libre Recuperación Resumen de la energía aprisionada con un diodo 62 Referencias Problemas Capítulo Rectificadores con dio do s 68 Introducción 68 Rectificadores monofásicos de media onda 68 Parámetros de rendimiento 69 Rectificadores monofásicos de onda completa 77 Rectificador monofásico de onda completa con carga RL Rectificadores polifásicos en estrella 87 Rectificadores trifásicos en puente 92 Rectificador trifásico en puente con carga RL 95 Comparaciones de rectificadores con diodos 101 Diseño de circuitos rectificadores 101 Voltaje de salida con filtro LC 112 Efectos de las inductancias de la fuente y de la carga Resumen 119 Referencias 119 Problemas Capítulo Transistores de potencia 122 Introducción 122 Transistores bipolares de unión Características en estado permanente Características de conmutación Límites de conmutación 135 MOSFET de potencia Características en estado permanente Características de conmutación

3 Contenido ix COOLMOS SIT 145 IGBT Operación en serie y en paralelo Limitaciones por dildt y por dv/dt Modelos SPICE Modelo SPICE del BJT Modelo SPICE de MOSFET Modelo SPICE del IGBT Comparación de transistores 160 Resumen 160 Referencias 162 Problemas Capítulo 5 Convertidores CD-CD Introducción Principio de operación de bajada Gener~ción del ciclo de trabajo 170 Convertidor de bajada con carga RL 171 Principio de la operación de subida 176 Convertidor de subida con una carga resistiva Parámetros de funcionamiento 181 Clasificación de los convertidores Reguladores de modo de conmutación Reguladores reductores Reguladores elevadores Reguladores reductores y elevadores Reguladores de Cúk Limitaciones de la conversión en una etapa Comparación de los reguladores 205 Convertidor elevador con varias salidas 206 Convertidor elevador alimentado por rectificador de diodo Diseño del circuito interruptor periódico 211 Análisis de estado-espacio de los reguladores 217 Resumen 221 Referencias Problemas Capítulo Inversores modulados por ancho de pulso Introducción 226 Principio de operación 227 Parámetros de rendimiento 230 Puentes inversores monofásicos

4 x Contenido Inversores trifásicos Conducción a 180 grados Conducción a 120 grados 246 Inversores monofásicos controlados por voltaje Modulación por ancho de pulso único Modulación por ancho de pulso múltiple Modulación por ancho de pulso sinusoidal Modulación por ancho de pulso sinusoidal modificada Control por desplazamiento de fase 258 Técnicas avanzadas de modulación 260 Inversores monofásicos controlados por voltaje PWM sinusoidal PWM de 60 grados PWM con tercera armónica Modulación por vector espacial Comparación de las técnicas de PWM Reducción de armónicas 280 Inversores con fuente de corriente Inversor de enlace de CD variable Inversor elevador 289 Diseño de circuitos de inversor Resumen 299 Referencias 299 Problemas Capítulo Tiristores 304 Introducción 304 Características de los tiristores 304 Modelo del tiristor empleando dos transistores Activación del tiristor 309 Apagado del tiristor 311 Tipos de tiristores Tiristores controlados por fase BCT Tiristores de conmutación rápida LASCR Tiristores de triodo bidireccional RCT GTO FET-CTH MTO ETO IGCT MCT

5 Contenido xi SITH Comparaciones de tiristores 330 Operación de tiristores en serie 330 Operación de tiristores en paralelo Protección contra di/di Protección contra dv/dt 339 Modelos SPICE para tiristores Modelo SPICE del tiristor Modelo SPICE del GTO Modelo SPICE del MCT Modelo SPICE del SITH 345 Resumen 346 Referencias Problemas 350 Capítulo Inversores de pulso resonante 352 Introducción 352 Inversores resonantes serie Inversores resonantes serie con interruptores unidireccionales Inversores resonantes serie con interruptores bidireccionales Respuestas en frecuencia de inversores resonantes serie Respuesta en frecuencia para cargas en serie Respuesta en frecuencia para cargas en paralelo Respuesta en frecuencia para cargas en serie-paralelo Inversores resonantes paralelo 374 Control de voltaje en inversores resonantes Inversor resonante clase E 380 Rectificador resonante clase E Convertidores resonantes por conmutación a corriente cero Convertidor resonante ZCS tipo L Convertidor resonante ZCS tipo M 391 Convertidores resonantes por conmutación a voltaje cero Comparación entre convertidores resonantes ZCS y ZVS Convertidores resonantes ZVS de dos cuadrantes 396 Inversores resonantes de enlace de CD 399 Resumen 402 Referencias Problemas Capítulo 9 Inversor multinivel 9.1 Introducción El concepto de multinivel

6 xii Contenido Tipos de inversores multinivel 408 Inversor multinivel con diodo fijador Principio de operación Propiedades del inversor con diodo fijador Inversor con diodo fijador mejorado 412 Inversor multinivel con capacitores volantes Principios de operación Características del inversor con capacitores volantes Inversor multinivel en cascada Principio de operación Propiedades del inversor en cascada Aplicaciones Compensación de la potencia reactiva Interconexión espalda con espalda Excitadores de velocidad ajustable 424 Corrientes de conmutación del dispositivo 424 Balanceo de voltaje del capacitor de enlace de CD Características de inversores multinivel 427 Comparación Resumen de convertidores multinivel Referencias 429 Problemas Capítulo 10 Rectificadores controlados 10.1 Introducción Principio de operación del convertidor controlado por fase 10.3 Convertidores monofásicos completos Convertidor monofásico completo con carga RL 438 Convertidores monofásicos duales.440 Principio de operación de los convertidores trifásicos de media onda Convertidores trifásicos completos Convertidor trifásico completo con carga RL 10.7 Convertidores trifásicos duales Mejoras al factor de potencia Control por ángulo de extinción Control por ángulo simétrico Control por PWM PWM Sinusoidal Monofásica Rectificador trifásico PWM Semiconvertidores monofásicos Semiconvertidor monofásico con carga RL Semiconvertidores trifásicos Semiconvertidores trifásicos con carga RL Convertidores monofásicos en serie Convertidores de goce pulsos

7 Contenido xiii Diseño de circuitos convertidores 487 Efecto de las inductancias de carga y de alimentación Resumen 494 Referencias Problemas Capítulo 11 Controladores de voltaje de ca Introducción Principio del control de encendido apagado Principio de control por ángulo de fase Controladores monofásicos bidireccionales con cargas resistivas 11.5 Controladores monofásicos con cargas inductivas Controladores trifásicos de onda completa Controladores trifásicos bidireccionales conectados en delta 11.8 Cambiadores de conexión en un transformador monofásico 11.9 Cicloconvertidores Cicloconvertidores monofásicos Cicloconvertidores trifásicos Reducción de las armónicas en la salida Controladores de voltaje de ca con control por PWM Convertidor matricial 536 Diseño de circuitos convertidores de voltaje de CA Efectos de las inductancias de alimentación y de carga Resumen 546 Referencias Problemas Capítulo 12 Interruptores estáticos Introducción Interruptores de ca monofásicos Interruptores de ca trifásicos Interruptores trifásicos reversibles Interruptores de ca para transferencia de canal 12.6 Interruptores de CD Relevadores de estado sólido Relevadores microelectrónicos Relevador fotovoltaico Aisladores fotovoltaicos 565 Diseño de interruptores estáticos 566 Resumen 567 Referencias Problemas

8 xiv Contenido Capítulo 13 Sistemas flexibles de transmisión de ca Introducción Capítulo 14 Principio de la transmisión de potencia 571 Principio de la compensación por derivación Compensadores en derivación Reactor controlado por tiristor Capacitor conmutado por tiristor Compensador de VAR estático Compensador avanzado de VAR estático Principio de la compensación serie 582 Compensadores serie Capacitor serie conmutado por tiristor Capacitor serie controlado por tiristor Capacitor serie controlado por conmutación forzada Compensador serie de VAR estático SSVC avanzado 589 Principio de la compensación por ángulo de fase Compensador por ángulo de fase 594 Controlador unificado de flujo de potencia 596 Comparaciones de los compensadores 597 Resumen 598 Referencias 598 Problemas Fuentes de alimentación Introducción Fuentes de alimentación de CD Fuentes de alimentación de cd en modo conmutado Convertidor flyback Convertidor directo Convertidor push-pull Convertidor en medio puente Convertidor en puente completo Fuentes de alimentación de cd resonantes Fuentes de alimentación bidireccionales 14.3 Fuentes de alimentación de CA Fuentes de alimentación de ca en modo conmutado Fuentes de alimentación de ca resonantes Fuentes de alimentación de ca bidireccionales 624 Conversiones multietapa 625 Circuitos de control Consideraciones de diseño magnético Diseño del transformador Inductor de CD

9 Contenido xv Saturación magnética Resumen 636 Referencias Problemas Capítulo Propulsores Introducción de CD Características básicas de los motores de CD Modos de operación Propulsores monofásicos Propulsores monofásicos por convertidor de media onda Propulsores monofásicos por semiconvertidor Propulsores monofásicos por convertidor completo Propulsores monofásicos por convertidor dual 652 Propulsores trifásicos Propulsores trifásicos por convertidor de media onda Propulsores trifásicos por semiconvertidor Propulsores trifásicos por semiconvertidor completo Propulsores trifásicos por convertidor dual 658 Propulsores por convertidor CD-CD Principio del control por potencia Principio del control por freno regenerativo Principio del convertidor por freno reostático Principio del control combinado por freno regenerativo y reostático Propulsores por convertidor cuadrantes 669 CD-CD de dos y cuatro Convertidores CD-CD polifásicos 670 Control en lazo cerrado de los propulsores de CD Función de transferencia en lazo abierto Función de transferencia en lazo cerrado Control por lazo de seguimiento de fase Control de propulsores Resumen 687 de CD por microcomputadora 685 Referencias Problemas 688 Capítulo Propulsores Introducción 692 de CA 692 Propulsores para motores de inducción Características de rendimiento Control por voltaje del estator Control por voltaje del rotor

10 xvi Contenido Control por frecuencia Control por frecuencia y voltaje Control por corriente Control por voltaje, corriente y frecuencia Control en lazo cerrado de los motores de inducción Controles vectoriales Principio básico del control vectorial Transformación directa y del eje de cuadratura Control vectorial indirecto Control vectorial directo 736 Propulsores con motores síncronos Motores de rotor cilíndrico Motores de polos salientes Motores de reluctancia Motores de imán permanente Motores de reluctancia conmutada Control de motores síncronos en lazo cerrado Propulsores con motor CD y CA sin escobillas Control de motores a pasos Motores a pasos de reluctancia variable Motores a pasos de imán permanente 753 Resumen 756 Referencias Problemas Capítulo Circuitos excitadores de compuerta Introducción 761 Excitador de compuerta para MOSFET Excitador de base para BJT 763 Aislamiento de compuerta y excitadores de base Transformadores de pulsos Optoacopladores 769 Circuitos de disparo para tiristores Transistor monounión Transistor monounión programable 775 Circuitos de disparo para convertidor con tiristores CI excitadores de compuerta CI excitadores para convertidores CI de alto voltaje para excitadores de motores Resumen 788 Referencias Problemas

11 Contenido xvii Capítulo 18 Protección de dispositivos y circuitos Introducción Enfriamiento y disipadores de calor Modelado térmico de los dispositivos conmutadores de potencia Equivalente eléctrico del modelo térmico Circuito equivalente térmico matemático Apéndice A Apéndice B Apéndic e Apéndice D Apéndice E Bibliografía Acoplamiento de componentes eléctricos y térmicos Circuitos amortiguadores 803 Transitorios de recuperación inversa 804 Estados transitorios en los lados de alimentación y de carga Protección contra voltaje con diodos de selenio y varistores de metal óxido Protecciones contra sobrecorriente Acción fusible Corriente de falla con fuente de CA Corriente de falla con fuente de CD 18.9 Interferencia electromagnética Fuentes de EMI Minimización de la generación de EMI Blindaje contra EMI Normas para EMI 829 Resumen 830 Referencias 831 Problemas Circuitos trifásicos 835 Circuitos magnéticos Funciones de conmutación de los convertidores Análisis de estados transitorios en CD 853 Análisis de Fourier Respuestas a los problemas seleccionados Índice

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