Electrónica de Potencia Curso 2014 Primer parcial - 21 de mayo de 2014

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1 Electrónica de Potencia Curso 214 Primer parcial - 21 de mayo de 214 Hay 6 puntos en juego. Con 5 puntos se considera totalmente resuelto. Un eventual exceso de puntos no acumula para el 2do. parcial Problema 1 Sea un rectificador trifásico de la figura con carga de corriente constante I que se alimenta del secundario de tres transformadores monofásicos conectados en triángulo. La tensión de red es U y frecuencia f. l conectarlo se omite cerrar el triángulo quedando en delta abierta. Se considerará que cada transformador monofásico tiene una inductancia de cortocircuito Lcc. De los diferentes modos de conmutación de los diodos, analizar el transitorio de conmutación que ocurre cuando enciende el diodo 1. Dibujar la tensión de salida y corrientes de entrada del rectificador un instante antes, durante y un instante después del transitorio. Se dará una expresión para calcular la duración del transitorio en función de U, f, Lcc e I. (2 puntos) Problema 2 a) Explique brevemente qué es un inversor y cuáles pueden ser sus aplicaciones. (3 puntos) Considere el inversor monofásico de la figura 1. El mismo se alimenta de una fuente de continua ideal constante de valor Vdc. b). Como se debe comandar el inversor para que el valor rms de la fundamental sea máxima. Cuál es dicho valor? (2 puntos) c) Explique qué es el control por desfasaje de ondas. (2 puntos) d) Calcule el desfasaje que se debe imponer para eliminar el tercer armónico en la tensión de salida Vac. En esas condiciones calcule el valor rms de la fundamental. (3 puntos) Considere el inversor trifásico de la figura 2. e) Cómo son los armónicos de la tensión entre fases de un inversor trifásico en función de la tensión de fase R? Determine la expresión matemática (1 punto) f) Cómo es la tensión Un si las corrientes de salida son equilibradas? (2 puntos) g) Dibujar la forma de onda y dar las expresiones del sistema de ecuaciones que determinan los ángulos de conmutación de la tensión de fase r para que la tensión entre fases r-s tenga un valor eficaz Uef y que los armónicos 2 a 9 sean nulos. (4 puntos) Página 1 de 2

2 h) Explique cualitativamente qué es la conexión Fork y para qué sirve. (3 puntos) Vdc idc(t) Rama 1 ia1(t) iac(t) Figura 1 Vac(t) Carga B(t) Rama B ib1(t) 1 Figura 2 Problema 3 Un puente de 6 pulsos 2 vías formado por 6 tiristores LS cuya hoja de datos se adjunta está conectado a una red de de 4 V 5 Hz que tiene una impedancia de cortocircuito puramente inductiva de,25 mh/fase. Suministra 21 kw a la carga de CC con una corriente de 7 que se considera totalmente lisa (carga muy inductiva). En determinado momento, luego de que dispara un tiristor, el comando del puente actúa demorando el disparo de los tiristores hasta que el sentido de la potencia se invierte totalmente. El puente pasa a entregar 21 kw a la red. Se asume que la corriente permanece constante durante toda la transición. 1) Dibujar, marcando abscisas y ordenadas, la forma de onda de la tensión de salida y de la corriente por el tiristor 1 desde antes del comienzo de la inversión hasta que se estabiliza el funcionamiento como inversor. (1 puntos) 2) Calcular la resistencia térmica del disipador de cada tiristor para que, al terminar la inversión del sentido de la potencia, la temperatura de juntura no supere en ningún caso el 9% de la máxima admitida por el fabricante, con una temperatura del aire de 5 C. (1 puntos) Para la parte 1 suponer tiristores ideales. Para la parte 2 suponer que la forma de onda de la corriente corresponde a la de una red fuerte, pero usando los ángulos calculados en la parte 1. Página 2 de 2

3 LS43 43 Powerex, Inc., Hillis Street, Youngwood, Pennsylvania (724) POW-R-BLOK TM Single SCR Isolated Module 43 mperes / Volts E B H "Q" OUTLINE DRWING D G M N J K "P" Description: Powerex Single SCR Modules are designed for use in applications requiring rectification and isolated packaging. The modules are isolated for easy mounting with other components on a common heatsink. POW-R-BLOK TM has been tested and recognized by the Underwriters Laboratories. "S" F K R L C LS43 43 Single SCR POW-R-BLOK TM Module 43 mperes / Volts LS43 Outline Dimensions Dimension Inches Millimeters Features: TElectrically Isolated Heatsinking Tluminum Nitride Insulator T Compression Bonded Elements T Metal Baseplate T Low Thermal Impedance for Improved Current Capability T Quick Connect Gate Terminal with Provision for Keyed Mating Plug T UL Recognized Ordering Information: Select the complete eight-digit module part number from the table below. Example: LS is a 22 Volt, 43 mpere Single SCR Isolated POW-R-BLOK TM Module Type K K Voltage Volts (x1) G CONNECTION DIGRM Current mperes (x1) B C D E F G H J K L M N P M1 Metric M1 Q.22 Dia. 5.6 Dia. R S.11 x x.8 Note: Dimensions are for reference only. Benefits: TNo dditional Insulation Components Required TEasy Installation TNo Clamping Components Required T Reduce Engineering Time pplications: TBridge Circuits TC & DC Motor Drives TBattery Supplies TPower Supplies TLarge IGBT Circuit Front Ends LS Revision Date: 4/19/22

4 LS43 43 Powerex, Inc., Hillis Street, Youngwood, Pennsylvania (724) POW-R-BLOK TM Single SCR Isolated Module 43 mperes / Volts bsolute Maximum Ratings Characteristics Conditions Symbol Units Repetitive Peak Forward and Reverse Blocking Voltage V DRM & V RRM up to 22 V Non-Repetitive Peak Blocking Voltage V RSM V RRM + 1 V (t < 5 msec) RMS Forward Current I T(RMS) 8 verage Forward Current 18 Conduction, T C=8 C 18 Conduction, T C=7 C I T(V) I T(V) Peak One Cycle Surge Current, Non-Repetitive 6 Hz, 1% V RRM reapplied, T j =25 C 6 Hz, No V RRM reapplied, T j =25 C 6 Hz, 1% V RRM reapplied, T j =125 C 6 Hz, No V RRM reapplied, T j =125 C 5 Hz, 1% V RRM reapplied, T j =25 C 5 Hz, No V RRM reapplied, T j =25 C 5 Hz, 1% V RRM reapplied, T j =125 C 5 Hz, No V RRM reapplied, T j =125 C 14, 16, 12, 14, 12, 14, 1, 12, Peak Three Cycle Surge Current, Non-Repetitive 6 Hz, 1%V RRM reapplied 8,6 Peak Ten Cycle Surge Current, Non-Repetitive 6 Hz, 1% V RRM reapplied 7,5 I 2 t for Fusing for One Cycle 8.3 milliseconds, T j =25 C 8.3 milliseconds, T j =125 C 1 milliseconds, T j =25 C 1 milliseconds, T j =125 C I 2 t I 2 t I 2 t I 2 t 1.7 x x x x sec 2 sec 2 sec 2 sec Maximum Rate-of-Rise of On-State Current, Per JEDEC Standard di/dt 2 /µs (Repetitive) Operating Temperature T J -4 to +13 C Storage Temperature T stg -4 to +15 C Max. Mounting Torque, M6 Mounting Screw 55 6 in. Lb. Nm Max. Mounting Torque, M1 Terminal Screw in. Lb. Nm Module Weight, Typical 816 g 1.8 lb V 25C V rms 3 V Revision Date: 4/19/22

5 LS43 43 Powerex, Inc., Hillis Street, Youngwood, Pennsylvania (724) POW-R-BLOK TM Single SCR Isolated Module 43 mperes / Volts Electrical Characteristics, T J =25 C unless otherwise specified Characteristics Symbol Test Conditions Min. Max. Units Repetitive Peak Forward Leakage Current I DRM Up to 22V, T J=125 C 8 m Repetitive Peak Reverse Leakage Current I RRM Up to 22V, T J=125 C 8 m Peak On-State Voltage V FM I TM= V Threshold Voltage, Low-level Slope Resistance, Low-level Threshold Voltage, High-level Slope Resistance, High-level V TM Coefficients, Full Range V (TO)1 r T1 V (TO)2 r T2 T J = 13 C, I = 15%I T(V) to πi T(V) T J = 13 C, I = πi T(V) to T J = 13 C, I = 1 to 6k V TM = + B Ln I +C I + D Sqrt I Minimum dv/dt dv/dt Exponential to V DRM T j=13 C, Gate Open = B = C = D = E E-5 2. E-2 V mω V mω 1 Typ. V/µs Gate Trigger Current I GT T j=25 C, V D=12V 2 m Gate Trigger Voltage V GT T j=25 C, V D=12V 3. Volts Non-Triggering Gate Voltage V GDM T j=13 C, V D= ½ V DRM.25 Volts Peak Forward Gate Current I GTM 4. mp Peak Reverse Gate Voltage V GRM 5 Volts Thermal Characteristics Characteristics Symbol Max. Units Thermal Resistance, Junction to Case R ΘJ-C Per Module/Junction.65 C/W Thermal Impedance Coefficients Z ΘJ-C Z ΘJ-C = K 1 (1-exp(-t/τ 1)) + K 2 (1-exp(-t/τ 2)) + K 3 (1-exp(-t/τ 3)) + K 4 (1-exp(-t/τ 4)) K 1 = 8.3E-4 K 2 = 1.3E-2 K 3 = 1.64E-2 K 4 = 3.75E-2 τ 1 = 3.39E-4 τ 2 = 3.15E-3 τ 3 =.16 τ 4 = 2.66 Thermal Resistance, Case to Sink Lubricated R ΘC-S Per Module.2 C/W Revision Date: 4/19/22

6 LS43 43 Powerex, Inc., Hillis Street, Youngwood, Pennsylvania (724) POW-R-BLOK TM Single SCR Isolated Module 43 mperes / Volts 5 Maximum On-State Forward Voltage Drop ( Tj = 125 C ).7 Maximum Transient Thermal Impedance (Junction to Case) On-State Voltage - Vtm - Volts Thermal Impedance - Rjc - C/W Max. Power Dissipation Per SCR - Watts_ Instantaneous On-State Current - Itm - mperes Maximum On-State Power Dissipation (Sinusoidal Waveform) CONDUCTION NGLE verage On-State Current - Itm(av) - mperes 18 Max. Case Temperature - Tcase - C_ Time - t - Seconds Maximum llowable Case Temperature (Sinusoidal Waveform) CONDUCTION NGLE verage On-State Current - It(av) - mperes Maximum On-State Power Dissipation (Rectangular Waveform) Maximum llowable Case Temperature (Rectangular Waveform) Max. Power Dissipation Per SCR - Watts_ CONDUCTION NGLE verage On-State Current - It(av) - mperes Max. Case Temperature - Tcase - C_ CONDUCTION NGLE verage On-State Current - It(av) - mperes Revision Date: 4/19/22

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