ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

Transcripción

1 Universidad Técnica Federico Sana María Deparameno de Elecrónica Valparaíso-Chile ELECTRÓNICA INDUSTRIAL José Rodríguez Julio de 2. José Rodríguez Julio de 2.

2 Inroducción. Inroducción. Ese apune coniene las figuras más imporanes que se emplearán en la asignaura Elecrónica Indusrial. Debo resalar que ese maerial no incluye las explicaciones ni las ecuaciones que serán deducidas en clases. Ese apune es un apoyo para enender más los concepos y para faciliar el rabajo del alumno en clases y durane el esudio personal y de ninguna manera consiuye un susiuo de la asisencia a clases y a la ayudanía. Se recomienda a los esudianes llevar ese maerial a las clases. José Rodríguez. Julio de 2. i

3 Indice. Indice. CAPÍTULO INTRODUCCIÓN ) ESQUEMA DE ACCIÓN DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA ) FAMILIA DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS ) Clasificación según la forma de la energía ) Converidores mixos ) EL INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR ) CARACTERISTICAS DEL INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR IDEAL ) UN CONVERTIDOR BÁSICO ) ALGUNOS CONVERTIDORES TÍPICOS ) APLICACIONES ) NATURALEZA INTERDISCIPLINARIA DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA... 7 CAPÍTULO DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ) EL DIODO DE POTENCIA ) EL TIRISTOR ) Ejemplo de funcionamieno de un irisor ) EL TRIAC ) EL TRANSISTOR BIPOLAR ) EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO ) EL TIRISTOR APAGADO POR EL GATE ) EL TRANSISTOR IGBT ) COMPARACIÓN DE SEMICONDUCTORES CON CAPACIDAD DE CORTE ) CLASIFICACIÓN DE SEMICONDUCTORES SEGÚN SU CONTROLABILIDAD...14 CAPÍTULO CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ) COMPORTAMIENTO DINÁMICO ) Encendido de un irisor ) Encendido falso por efecos capaciivos: ) Efeco de puno caliene en un irisor: ) Core del esado de conducción ) PÉRDIDAS, CALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN ) Pérdidas: Pérdidas de conducción: Pérdidas de conmuación ) Calenamieno y refrigeración: Modelo érmico esacionario: Modelo érmico dinámico: Disipadores: CAPÍTULO CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL (RECTIFICADORES) ) TIPOS BÁSICOS DE RECTIFICADORES ) Recificador monofásico de media onda ) Recificador esrella monofásico ) Recificador puene monofásico ) Recificador esrella rifásico ) Recificador rifásico puene. (Puene de Graez) ) Recificador hexafásico ) RECTIFICADORES CON DIODO VOLANTE ) OPERACIÓN DE UN RECTIFICADOR COMO INVERSOR...45 ii

4 Indice. 4.4) EL NÚMERO DE PULSOS DE UN RECTIFICADOR ) OPERACIÓN DE RECTIFICADORES CON CARGA ACTIVA ) OPERACIÓN CON CARGA CAPACITIVA ) TRANSFORMADORES PARA RECTIFICADORES ) EL PROCESO DE CONMUTACIÓN ) CONEXIONES MULTIPLES DE RECTIFICADORES ) Recificadores en serie ) Recificadores en paralelo ) Recificadores en aniparalelo: el converidor dual... 6 CAPÍTULO CICLOCONVERSORES ) PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO ) CICLOCONVERSORES DE TRES PULSOS ) CICLOCONVERSORES DE 6 PULSOS ) CICLOCONVERSORES DE 12 PULSOS...69 CAPÍTULO CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA (AC-AC) ) INTERRUPTOR BIDIRECCIONAL DE ESTADO SÓLIDO ) Converidor AC-AC monofásico con conrol de fase ) Converidor AC-AC monofásico con conrol inegral de ciclos ) CONVERTIDOR AC-AC TRIFÁSICO...73 CAPÍTULO CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA ) PULSADORES ) Principio de funcionamieno ) INVERSORES ) Inversores monofásicos Inversor semipuene monofásico Inversor puene monofásico ) Inversor rifásico fuene de volaje CAPÍTULO CIRCUITOS DE DISPARO PARA SEMICONDUCTORES ) ELEMENTOS BÁSICOS DE UN CIRCUITO DE DISPARO ) CIRCUITOS DE DISPARO CON TRANSISTORES MONOJUNTURA ) CIRCUITOS DE DISPARO AISLADOS PARA SCR ) CIRCUITOS DE DISPARO INTEGRADOS PARA TIRISTORES ) CIRCUITOS DE DISPARO PARA TRANSISTORES DE POTENCIA...98 CAPÍTULO APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS ) CONTROL DE RECTIFICADORES ) CONTROL DE CHOPPERS ) El conrol de corriene de dos posiciones (hiséresis) ) Modulación del ancho de los pulsos (Pulse Widh Modulaion = PWM) ) CONTROL DE INVERSORES ) Inversor monofásico conrolado por hiséresis ) Inversor monofásico con modulación PWM ) Inversor rifásico con conrol de corriene ) Inversor rifásico con modulación PWM iii

5 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1)ESQUEMA DE ACCIÓN DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA. Red ~ Poencia de enrada v i Procesador de poencia Poencia de salida i i i v Carga Mediciones Señales de conrol Mediciones Conrolador Referencia Referencia Fig.1.1.: Diagrama de bloques de un sisema converidor de poencia. Pág.1

6 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.2)FAMILIA DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS )Clasificación según la forma de la energía. ~ Fuene C.A. RECTIFICADOR Flujo de Energía M Carga C.C. Fuene C.C. INVERSOR Flujo de Energía ~ Carga C.A. PULSADOR (Chopper) Vcc=Ce M Vcc Fuene C.C. Flujo de Energía Carga C.C. V = Ce f = Ce ~ Fuene C.A. CICLOCONVERSOR Flujo de Energía ~ Carga C.A. V f Fig.1.2.: Diferenes familias de converidores de poencia. Pág.2

7 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.2.2)Converidores mixos. Converidor de frecuencia: fuene de ensión. V = Ce f = Ce ~ Fuene C.A. Recificador C P V Inversor V f ~ Carga C.A. Fig.1.3.: Converidor de frecuencia mixo con enlace de ensión coninua (fuene de ensión). Converidor de frecuencia: fuene de corriene. V = Ce f = Ce ~ Fuene C.A. Recificador I P Inversor V f ~ Carga C.A. Fig.1.4.: Converidor de frecuencia mixo con enlace de corriene coninua (fuene de corriene). 1.3)EL INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR. i i Conducción (ON) i Conducción (ON) v Bloqueo (OFF) v Bloqueo (OFF) v a) b) c) Fig.1.5.: Inerrupor semiconducor. a) Símbolo; b) caracerísica ideal; c) caracerísica real. Pág.3

8 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.4)CARACTERISTICAS DEL INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR IDEAL. Puede bloquear volajes de cualquier polaridad. Conduce corrienes en ambas direcciones sin caída de volaje. Puede pasar a core y conducción insanáneamene obedeciendo a una señal de conrol. La señal de conrol demanda poencia despreciable. 1.5)UN CONVERTIDOR BÁSICO. V () a) V d V b) V () V () V d V on T = s 1 f s off c) Fig.1.6.: Fuene de alimenación: a) circuio de poencia; b) funcionamieno lineal; c) funcionamieno en conmuación. Pág.4

9 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.6)ALGUNOS CONVERTIDORES TÍPICOS. R - a n - b L V d - c V c Fig.1.7.: Recificador puene rifásico. V B Carga Fig.1.8.: Inversor rifásico. 1.7)APLICACIONES. Transpore: Trenes, funiculares, rolebuses, auomóviles, camiones, meros, barcos, ascensores,... Comercio: Refrigeración, aire acondicionado, iluminación, compuadores, fuenes de alimenación ininerrumpibles (UPS), escalas mecánicas,... Energía: Transmisión de corriene coninua, enlaces de frecuencia, conrol de poencia reaciva, compensación de armónicas,... Pág.5

10 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN Indusrias: Bombas, veniladores, grúas, palas, refinadoras, molinos, correas ransporadoras, máquinas herramienas, robos, hornos, laseres, bobinadoras, laminadoras,... Residencial: Televisión, esufas, cocinas, elecrodomésicos, herramienas, iluminación,... Fig.1.9.: Ubicación de converidores en una locomoora. Fig.1.1.: Diagrama de bloques de un sisema de racción (locomoora). Pág.6

11 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.8)NATURALEZA INTERDISCIPLINARIA DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA. Fig.1.11.: Especialidades que ineracúan en la elecrónica de poencia. Pág.7

12 CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 2.1)EL DIODO DE POTENCIA. A P N --- K a) b) c) d) Fig.2.1.: Diodo semiconducor: a) esrucura; b) símbolo; c) caracerísica v-i; d) caracerísica v-i ideal. Pág.8

13 CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 2.2)EL TIRISTOR. Silicon Conrolled Recifier (SCR) A P G N --- P N --- b) K a) c) d) Fig.2.2.: Tirisor: a) esrucura; b) caracerísica v-i; c) símbolo; d) caracerísica v-i ideal. A i i i G1 i G2 i G3 I L i G v I H i G = v i G1 > i G2 > i G3 K Fig.2.3.: Tirisor con corriene en el gae. Pág.9

14 CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 2.2.1)Ejemplo de funcionamieno de un irisor. v AK i G v S R Fig.2.4.: Funcionamieno de un irisor. Pág.1

15 CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 2.3)EL TRIAC. Triode Alernaing Curren Swich i A 1 i Conducción i Conducción i G G v Bloqueo I i H G = v Core v A 2 a) b) c) Fig.2.5.: Triac: a) símbolo; b) caracerísica v-i; c) caracerísica v-i ideal. 2.4)EL TRANSISTOR BIPOLAR. Bipolar Juncion Transisor (BJT) a) b) c) Fig.2.6.: Transisor bipolar NPN: a) símbolo; b) caracerísica v-i; c) caracerísica v-i ideal. Pág.11

16 CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA a) b) Fig.2.7.: Transisor bipolar; a) Darlingon; b) riple Darlingon. 2.5)EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO. Meal Oxide Semiconducor Field Effec Transisor (MOSFET) a) b) c) Fig.2.8.: Transisor de efeco de campo canal N; a) símbolo; b) caracerísica v-i; b) caracerísica v-i ideal. Pág.12

17 CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 2.6)EL TIRISTOR APAGADO POR EL GATE. Gae Turn Off Thyrisor ( GTO ) a) b) c) Fig.2.9.: GTO: a) símbolo; b) caracerísica v-i; c) caracerísica v-i ideal. 2.7)EL TRANSISTOR IGBT. a) b) c) d) Fig.2.1.: IGBT: a) símbolo; b) circuio equivalene; c) caracerísica v-i; c) caracerísica v-i ideal. Pág.13

18 CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 2.8)COMPARACIÓN DE SEMICONDUCTORES CON CAPACIDAD DE CORTE. Elemeno Poencia Rapidez de conmuación MOSFET Baja Ala BIPOLAR Media Media IGBT Media Media GTO Ala Baja Fig.2.11.: Capacidad de semiconducores de poencia. Esado al año 1995 (aprox.). 2.9)CLASIFICACIÓN DE SEMICONDUCTORES SEGÚN SU CONTROLABILIDAD. DIODOS: Paso al esado de coucción (ON) y al esado de core (OFF) conrolado por el circuio de poencia. TIRISTORES: Paso a conducción (ON) mediane pulso de conrol. Paso al esado de core (OFF) conrolado por el circuio de poencia. INTERRUPTORES CONTROLADOS: Paso a conducción (ON) y a core(off) mediane pulsos de conrol Pág.14

19 CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA Fig.2.12.: Diferenes ipos de semiconducores. Fig.2.13.: Diferenes ipos de semiconducores. Pág.15

20 CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA IGBT. 12 [V] / 1 [A]. IGBT. 12 [V] / 4 [A]. 2 IGBT S 12[V] / 15 [A]. INVERSOR TRIFÁSICO. INVERSOR RECTIFICADOR Y CHOPPER DE FRENADO. Fig.2.14.: Diversos semiconducores de poencia. Pág.16

21 CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 3.1)COMPORTAMIENTO DINÁMICO )Encendido de un irisor. Fig.3.1.: Encendido de un irisor. Pág.17

22 CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA V AK, i A V AK di A V» d L V AK V i G L i A I L I G Fig.3.2.: Encendido de un irisor con carga induciva )Encendido falso por efecos capaciivos: A( ) ( ) ( A ) G P N P G C D1 C R A G C R i C N C D2 K K( - ) ( - ) ( K ) Fig.3.3.: Tirisor: a) esrucura; b) modelo de capacidades; c) modelo simplificado sin capacidades de difusión. Pág.18

23 CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 3.1.3)Efeco de puno caliene en un irisor: a) b) Fig.3.4.: Aspecos esrucurales de un irisor: a) core verical; b) arreglos de gae; c) símbolo. Pág.19

24 CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA a) b) Fig.3.5.: Crecimieno del área de conducción en un irisor; a) Inyección de poradores a la región p 2 por la corriene de gae; b) crecimieno del área de conducción. Pág.2

25 CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 3.1.4)Core del esado de conducción. i A v AK a) b) Fig.3.6.: Corriene inversa en un diodo o irisor: a) ideal; b) real. a) b) Fig.3.7.: Core de un irisor: a) corriene; b) ensión ánodo-cáodo. Pág.21

26 CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 3.2)PÉRDIDAS, CALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN )Pérdidas: Pérdidas de conducción: A i R c V».7[ V] K V AK Fig.3.8.: a) Caracerísica de conducción de un diodo; b) modelo circuial. Pérdidas de conmuación. a) b) V Conrol b) Off On Off On T = s 1 f s Off i v T i T I V d i T V T c) a) P T() ri fv d(on) d(off) rv fi Vd I d) c (On) c (Off) Fig.3.9.: Conmuación de un semiconducor conrolado: a) circuio; b) ensión de conrol; c) ensión y corriene y d) poencia. Pág.22

27 CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 3.2.2)Calenamieno y refrigeración: Fig.3.1.: Flujo de calor en el semiconducor. Modelo érmico esacionario: J R qjc C P R qcd T J D T C R qda A T D T A Fig.3.11.: Diodo monado en un disipador. Fig.3.12.: Modelo érmico esacionario. Pág.23

28 CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA Modelo érmico dinámico: T J R qjc T C R qcd T D R qda P() C J C C C D T A Fig.3.13.: Modelo érmico dinámico. J P R T J T A C P() R T J T A I C R v i C i R A T A h a) b) c) Fig.3.14.: a) Modelo dinámico simplificado; b) análogo elécrico; c) emperaura. Fig.3.15.: Comporamieno dinámico de la emperaura. Pág.24

29 CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA Disipadores: Fig.3.16.: Diversos disipadores para semiconducores de poencia. Fig.3.17.: Disipador para recificador puene rifásico. Pág.25

30 CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA Fig.3.18.: Inversor rifásico monado en un disipador. Fig.3.19.: Tirisores refrigerados por agua. Pág.26

31 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL (RECTIFICADORES) 4.1)TIPOS BÁSICOS DE RECTIFICADORES. R Inversor II Recificador I L C.A Recificador III Inversor IV Fig.4.1.: Cuadranes de operación de un recificador. Pág.27

32 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.1.1)Recificador monofásico de media onda. vˆ, v AK v s v s R vˆ v s v AK Fig.4.2.: Recificador monofásico no conrolado con carga resisiva. Fig.4.3.: Recificador monofásico no conrolado con carga induciva. Pág.28

33 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL Fig.4.4.: Recificador monofásico no conrolado con carga induciva-aciva. Pág.29

34 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL Fig.4.5.: Recificador monofásico conrolado. Pág.3

35 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.1.2)Recificador esrella monofásico. T1 v i s v N 1 v 1 N 2 v 2 v i T1 T1 T2 N i T2 R v T2 i s i s N 2 i s = i T1 N 1 N 2 i s = i T2 N 1 vˆ ω i g1 i g2 α v 1 v 2 ω i T1 ω ω i T2 ω i s ω Fig.4.6.: Recificador esrella monofásico con carga resisiva. Pág.31

36 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL Fig.4.7.: Efeco de la consane de iempo de la carga sobre la corriene )Recificador puene monofásico. P P D 1 D 3 i g1 T 1 T 3 v s i s R v s i s Carga D 4 D 2 T 4 T 2 N N a) b) Fig.4.8.: Recificador puene monofásico: a) no conrolado; b) oalmene conrolado. Pág.32

37 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL vˆ i g1,i g2 i g3,i g4 i T1,i T2 α i T3,i T4 i s Fig.4.9.: Formas de onda del recificador puene monofásico oalmene conrolado con carga resisiva. (Ver Fig.4.8-b). vˆ i g1,i g2 α I d i g3,i g4 i T1 i T2 i s Fig.4.1.: Formas de onda del recificador puene monofásico oalmene conrolado con carga induciva (L ). Pág.33

38 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL i g1 P P v v 1 v L d v L d T 1 i s i T1 i T2 T 2 v 2 R d i D1 i D2 R d D 1 D 2 N N Fig.4.11.: Recificador puene monofásico semiconrolado: a) simérico; b) asimérico. ˆv 2 v 2 v PO v 1 vˆ v NO i g1 i g2 i T1 i T2 i D1 α i D2 i s Fig.4.12.: Formas de onda del recificador semiconrolado simérico de la fig.4.11-a), con carga L d. Pág.34

39 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.1.4)Recificador esrella rifásico. v D1 i 1 v 2 v1 v 3 i 2 i 3 L R Fig.4.13.: Recificador esrella rifásico no conrolado. Vˆ -Vˆ v 1 v 2 v 3 3º 15º 27º 39º 51º 63º 75º I d i 1 I d i 2 i 3 v D1 3 Vˆ Fig.4.14.: Formas de onda del recificador esrella de la figura Pág.35

40 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL v T1 i 1 i g1 v v2 1 v 3 i 2 i 3 i g2 i g3 L R Fig.4.15.: Recificador esrella rifásico conrolado. Vˆ α -Vˆ v 1 v 2 v 3 3º 15º 27º 39º 51º 63º 75º ω i g 1 ω i g2 ω i g3 ω ω i 1 ω i 2 ω i 3 ω v T1 3 Vˆ ω Fig.4.16.: Formas de onda del recificador esrella de la figura Pág.36

41 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL α=3º α=9º α=135º Fig.4.17.: Tensión en la carga de un recificador esrella rifásico con carga resisiva pura. α=3º α=9º α=135º Fig.4.18.: Tensión en la carga de un recificador esrella rifásico con carga R-L (L d ). Pág.37

42 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.1.5)Recificador rifásico puene. (Puene de Graez). P v 1 i D1 i D3 i D5 i y i 2 ' v 2 V D1 D1 D3 D5 i 1 i 2 i 3 L R i 1 ' v 3 D4 D6 D2 i D4 i D6 i D2 N Fig.4.19.: Recificador puene rifásico no conrolado. V D1 i D1 D1 i D3 D3 P v 1 v 2 i 1 i 2 i D5 D5 L v 3 i 3 i D4 D4 R i D6 D6 i D2 D2 N Fig.4.2.: Ora forma de ver el recificador de la figura i T1 P V D1 i g1 v 1 i 1 T1 T3 T5 v 2 v 3 i 2 i 3 i T3 i T5 L R T4 T6 T2 i T4 i T6 i T2 Fig.4.21.: Recificador puene rifásico conrolado. N Pág.38

43 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL vˆ v 1 v 2 v 3 v PO v NO i D1 i D2 i D3 i D4 i D5 i D6 i 1 i 2 i 3 i y v D1 Fig.4.22.: Formas de onda del recificador puene conrolado de las figuras 4.19 y 4.2. Pág.39

44 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL α=45º vˆ v 1 v 2 v 3 v PO 3 vˆ v NO i g1 i g4 i g3 i g6 i g5 i g2 6º I d i T1 i T2 i T3 i T4 i T5 i T6 i 1 T1 T4 T1 T4 Fig.4.23.: Formas de onda del recificador puene conrolado. Pág.4

45 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL i T1 P i g1 v 1 i 1 T1 T3 T5 v 2 v 3 i 2 i 3 i T3 i T5 L R D4 D6 D2 i D4 i D6 i D2 N Fig.4.24.: Recificador puene rifásico semiconrolado. α=45º vˆ v 2 v 3 v 1 v PO 3 vˆ v NO i T T5 T1 T3 T5 T1 T3 i D D6 D2 D4 D6 D2 D4 i 1 Fig.4.25.: Formas de onda del recificador de la figura 4.24 con α = 45º. vˆ α=15º v 2 v 3 v 1 v PO 3 vˆ v NO i T T5 T1 T3 T5 T1 T3 i D D6 D2 D4 D6 D2 D4 i 1 id Fig.4.26.: Formas de onda del recificador de la figura 4.24 con α = 15º. Pág.41

46 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.1.6)Recificador hexafásico. T1 i 1 T2 i 2 v 2 v 3 T3 v 1 v 6 v 5 v 4 T4 T5 L R T6 Fig.4.27.: Recificador hexafásico. vˆ α v 1 v 2 v 3 v 4 v 5 v 6 i 1 i 2 Fig.4.28.: Formas de onda del recificador hexafásico. Pág.42

47 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.2)RECTIFICADORES CON DIODO VOLANTE. vˆ α i s T1 v i D DV R L v R v L i s i D Conduce T1 Conduce DV Fig.4.29.: Recificador monofásico con diodo volane. i T1 P i g1 v 1 i 1 T1 T3 T5 i D v 2 i 2 i T3 i T5 L DV v 3 i 3 R T4 T6 T2 i T4 i T6 i T2 N Fig.4.3.: Recificador rifásico puene con diodo volane. Pág.43

48 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL v PO v NO i 1 i 2 i 3 i D Fig.4.31.: Formas de onda del recificador rifásico puene con diodo volane. Pág.44

49 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.3)OPERACIÓN DE UN RECTIFICADOR COMO INVERSOR. v T1 v 1 i 1 T1 i g1 v 2 i 2 T2 i g2 v 3 i 3 T3 i g3 L d - - vˆ α=3º α=6º α=9º α=12º α=15º v 1 v 2 v 3 Recificador Inversor I d Fig.4.32.: Operación de un recificador con ángulo de disparo variable. 4.4)EL NÚMERO DE PULSOS DE UN RECTIFICADOR vˆ p=2 vˆ T v red p=3 T Pulso 3 vˆ T p=6 Fig.4.33.: Sobre la definición del número de pulsos de un recificador. Pág.45

50 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.5)OPERACIÓN DE RECTIFICADORES CON CARGA ACTIVA R L R L V B V ro a) b) Fig.4.34.: Recificadores con carga aciva: a) baería; b) moor de corriene coninua. T1 Vˆ α=6º Rango de conrol v v 1 N 2 v 2 v AK N T2 R V B α v min V d v α max 2 v 1 B a) T1 α=6º v v 1 N 2 v 2 v AK N T2 R V B V B b) v 2 v1 Rango de conrol Fig.4.35.: Recificador con carga aciva-resisiva: a) V B > ; b) V B <. Pág.46

51 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL i S vs - L s v L D 1 D 3 A B V d - v s - L s V d - D 4 D 2 a) b) c) Fig.4.36.: Recificador monofásico con carga aciva-induciva: a) circuio; b) circuio equivalene; c) formas de onda. Vˆ α=12º v v 1 N 2 T1 v AK N V B A v 2 B v 1 v 2 T2 L V B Fig.4.37: Recificador monofásico con carga aciva-induciva (V B < ). Pág.47

52 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.6)OPERACIÓN CON CARGA CAPACITIVA R 1 v AK i i c v s - C R d a) Vˆ v s T i = i c i c b) Fig.4.38.: Recificador monofásico de media onda con carga capaciiva: a) circuio; b) formas de onda. Pág.48

53 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL R dc i D L dc v s - i s () D 1 D 3 A B C ic R D 4 D 2 a) v s i s i i sn s1 [% ] 1 b) 5 Frecuencia (KHz) c) Fig.4.39.: Recificador puene monofásico con carga capaciiva: a) circuio; b) formas de onda; c) armónicas de la corriene i s (). Pág.49

54 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.7)TRANSFORMADORES PARA RECTIFICADORES. i p v S D1 i s v p v R D2 v T D3 L d R a) Vˆ = x i s v S v R v T I d = x b 1 i p I d /3 = x b) Fig.4.4.: Transformador dela-esrella alimenando a un recificador esrella rifásico: a) circuio; b) formas de onda. v i I d 2π 3 2π 3 Fig.4.41.: Corriene en el primario y en el secundario de un ransformador esrella-esrella alimenando a un recificador puene rifásico. Pág.5

55 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.8)EL PROCESO DE CONMUTACIÓN. - v 1 L k T1 i 1 R k v 2 i 2 L k R k T2 = I d - v3 - i 3 L k R k T3 L d R a) 3 vˆ vˆ v 21 =v 2 -v 1 v 1 v 2 v 3 Id i 1 µ i 2 i 3 b) Fig.4.42.: Proceso de conmuación con α = ; a) circuio; b) formas de onda. Pág.51

56 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL v v 1 µ v 2 v v 1 α µ v 2 i i 1 i 2 i i 1 i 2 I d I d v v v 1 v 2 2 v 1 v 2 v 1 v 2 a) b) Fig.4.43.: Efeco del ángulo de disparo α sobre el ángulo de conmuación µ: a) α = ; b) α = 45º. α v 1 v 2 µ vˆ v 3 vˆ 2 =x x= v 1 v 2 2 Fig.4.44.: Formas de onda para calcular la ensión en la carga considerando la conmuación. Pág.52

57 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL v AK - v 1 i 1 L k T1 - v 2 i 2 L k T2 - v 3 i 3 L k T3 L d R α = 15º a) v 1 v 2 v 3 v v µ v AK v 13 v 12 β b) Fig.4.45.: Ángulo de disparo máximo; a) circuio; b) formas de onda. γ Pág.53

58 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL α = 15º v 1 α = 165º v 2 v v v 2 v AK v 13 v 12 v AK (T1) i 1 i 2 i 3 i 1 i 1 Fig.4.46.: Falla en la conmuación de un recificador. Pág.54

59 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL Fig.4.47.: Recificador puene rifásico con ángulo de disparo variable: a) ensiones de grupos posiivo y negaivo; b) ensión en la carga; c) ensión ánodo-cáodo de un irisor. Conmuación ideal. Fig.4.48.: Recificador puene rifásico con ángulo de disparo variable: a) ensiones de grupos posiivo y negaivo; b) corriene de enrada; c) ensión en la carga. Conmuación real. Pág.55

60 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.9)CONEXIONES MULTIPLES DE RECTIFICADORES )Recificadores en serie. L v R1 L v 1 v 2 v 3 C.A R R C.A v R2 v 4 v 5 v 6 v 1,v 4 2Vˆ V med v R1 v R2 v 3,v 6 v 2,v 5 v 1 v 3,v 6 v 1,v 4 v 2,v 5 v 5 v 6 v R2 v R1 V med v 3 v 2 v 6 v 4 v 5 v 1 v 2 v 3 v 4 Fig.4.49.: Recificadores en serie. Pág.56

61 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL v 1 v 2 v 3 Primario( ) IM V DE v 4 v 5 v 6 Secundario( ) Y 3º V AB A v AB B RE v 7 v 8 v 9 Secundario( ) D v DE E v DE v 1 v 2 v 3 v AB Fig.4.5.: Transformador de res devanados. Pág.57

62 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 1 v R1 Primario ( D) (Y) Secundarios L R (D) 2 v R2 v vd p=12 v R1 v R2 Fig.4.51.: Recificador de doce pulsos. Pág.58

63 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.9.2)Recificadores en paralelo Recificador 1 Recificador I d L v i1 i 2 i i 3 4 i 5 i 6 d1 v1 v2 v3 R v 4 v 5 v 6 2 Reacor de inerfase v ri 2 v ri 2 α = º 2 1 v 1 v 6 v 2 v 4 v 3 v 5 v ri 1 v 1-5 v 1-6 i 1 i 2 i 3 i 1 i 2 i 3 I d 2 2 i 6 i 4 i 5 i 6 i 4 Fig.4.52.: Recificador doble esrella con reacancia de inerfase. I d 2 Pág.59

64 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL 4.9.3)Recificadores en aniparalelo: el converidor dual. Rec I a) Rec II II I III IV Rec I b) Rec II Fig.4.53.: Converidor dual: a) esquema básico; b) cuadranes de operación. L1 L2 L3 2 M.G 1 Rec 2 1' 2' 3' Rec a) b) Fig.4.54.: Converidor dual de 3 pulsos: a) circuio; b) formas de onda. Pág.6

65 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL v s1 v s2 v s3 2 M.G 1 1' 2' 3' v kr i kr Fig.4.56.: Camino de la corriene circulane. Fig.4.57.:Formas de onda del converidor dual con corriene circulane de la figura Pág.61

66 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL L KR L KR I KR ' I KR ' 1 2 I KR '' I KR '' A L KR B A B a) b) L KR L KR Tr1 I KR Tr2 I KR A B A B c) d) L D A e) Fig.4.58.: Algunos converidores duales: a) y c) moonofásicos; b) y c) rifásicos con corriene circulane y e) rifásico sin corriene circulane. B Pág.62

67 CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES 5.1)PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. I L R Carga II Fig.5.1.: Esquema de un cicloconversor., ϕ II I I Inv Recificador Inv A B C II Recificador D II Inv E Fig.5.2.: Formas de onda de un cicloconversor. Pág. 63

68 CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES 5.2)CICLOCONVERSORES DE TRES PULSOS i ap v a i a v a i a P N v b i b v b i b i an v c i c v c i c N Fig.5.3.: Formas de onda de un cicloconversor de puno medio con carga resisiva. Pág. 64

69 CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES f oupu f inpu 1 5 f oupu 1 Hz Fig.5.4.: Formas de onda de un cicloconversor de res pulsos con carga induciva. Pág. 65

70 CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES Fase 1 N Fase 2 N Fase 3 Fig.5.5.: Cicloconversor de 3 pulsos con carga rifásica. Pág. 66

71 CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES 5.3)CICLOCONVERSORES DE 6 PULSOS I II v a v b v c L d R Fig.5.6.: Cicloconversor de 6 pulsos con carga monofásica. Pág. 67

72 CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fig.5.7.: Cicloconversor de 6 pulsos rifásico. Pág. 68

73 CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES 5.4)CICLOCONVERSORES DE 12 PULSOS Fuene de Poder Inerrupor de Alo Volaje Exiación Transformador de Poencia Ciclo- Conversor i L1 i L2 i L3 v L1 v L2 v L3 Lazo de Conrol Variable de Referencia i L1,L2,L3 v L1,L2,L3 Variable de acuación i L1 a i L3 Corrienes del Moor M 3 - v L1 a v L3 Volajes del Moor Fig.5.8.: Cicloconversor de 12 pulsos alimenando un moor sincrónico. Moor rifásico Pág. 69

74 CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES Fig.5.9.: Formas de onda del volaje generado por el cicloconversor de 12 pulsos. Pág. 7

75 CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DE FRECUENCIA FIJA CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA (AC-AC) 6.1)INTERRUPTOR BIDIRECCIONAL DE ESTADO SÓLIDO i S id i S id i G2 i G1 L i G L v s Circuio de disparo R v s Circuio de disparo R a) b) Fig.6.1.: Inerrupor esáico de corriene alerna con: a) irisores; b) riacs. Pág. 71

76 CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA 6.1.1)Converidor AC-AC monofásico con conrol de fase.- v α = 4º α = 1º v v s v s i G1 i G1 i G2 i G2 a) v α=15º α=12º α=11º α=9º v s i G1 i G2 b) N Fig.6.2.: Converidor AC-AC monofásico con conrol de fase: a) carga resisiva; b) carga induciva; c) caracerísica de ensión en la carga. Pág. 72

77 CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA 6.1.2)Converidor AC-AC monofásico con conrol inegral de ciclos. v v s T 1 T T 2 i G1 i G2 Fig.6.3.: Formas de onda del converidor AC-AC monofásico de la figura 6.1 con conrol inegral de ciclos.- 6.2)CONVERTIDOR AC-AC TRIFÁSICO. v a T1 i a L R n v b v c T2 T3 T4 T5 i b i c A B L L R R N T6 C Fig.6.4.: Circuio de poencia de un converidor AC-AC rifásico compleamene conrolado. Pág. 73

78 CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA v a T1 i a L R n v b v c T2 T3 T4 T5 i b i c A B L L R R N T6 C v a v b v c i g1 i g2 i g3 i g4 i g5 i g6 i a v ab T1 T1 T1 T2 T2 T2 T1 T1 T1 T2 Fase a T4 T4 T3 T3 T3 T4 T4 T4 T3 T3 Fase b T5 T6 T6 T6 T5 T5 T5 T6 T6 T6 Fase c Fig.6.5.: Converidor AC-AC rifásico compleamene conrolado con carga resisiva y α = º. Pág. 74

79 CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA v a T1 i a L R n v b v c T2 T3 T4 T5 i b i c A B L L R R N T6 C α=3º v a v b v c i g1 i g2 i g3 i g4 i g5 i g6 i a v ab T1 T1 T1 T1 T1 T2 T2 T2 T2 T2 T1 T 1 T 1 T1 T 1 T 2 Fase a T4 T4 T4 T4 T3 T3 T3 T3 T3 T4 T4 T4 T 4 T 4 T 3 T3 T 3 Fase b T 5 T5 T6 T6 T6 T6 T6 T5 T5 T5 T5 T5 T 6 T6 T 6 T6 Fase c Fig.6.6.: Formas de onda de un converidor AC-AC rifásico compleamene conrolado (α = 3º). T 6 Pág. 75

80 CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA Fig.6.7.: Corriene i a en un converidor AC-AC rifásico con carga resisiva y diferenes ángulos de disparo α. Pág. 76

81 CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA Fig.6.8.: Oscilogramas de la corriene en el converidor AC-AC rifásico de la figura 6.4 con carga induciva-resisiva. Pág. 77

82 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA 7.1)PULSADORES.- Se los conoce ambién como: * Converidores CC-CC. * Choppers )Principio de funcionamieno.- i e T V B i D D L R Fig.7.1.: Chopper reducor (Buck). Pág. 78

83 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA i e V B L i D L R R a) on b) off V B on off T i T1 i D1 c) Vd = 1 T T v d d V d V B D = on T 1 D d) Fig.7.2.: Chopper reducor: a) y b) circuios equivalenes; c) formas de onda;d) ensión versus ciclo de rabajo D. Pág. 79

84 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA V B V B a) b) T1 D 1 V B T2 D 2 c) T1 T3 V R L T2 T4 d) Fig.7.3.: Esrucuras básicas de converidores CC-CC: a) reducor (Buck); b) elevador (Boos); c) de dos cuadranes; d) de 4 cuadranes (puene). Pág. 8

85 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA i L L D i D v L i T i C V B T R > V B a) i L L i L L i D V B i T R V B R b) on c) off on T off i L i T i D d) Fig.7.4.: Converidor CC-CC elevador (Boos): a), b) y c) circuios de poencia y equivalenes; d) formas de onda. Pág. 81

86 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA i T1 V B T1 D 1 on off V B i D2 L T2 D 2 R i T1 V C i D2 I a) V B i D1 T1 D 1 on off V B i T2 L T2 D 2 R V C i T2 II i D1 b) Fig.7.5.: Chopper de dos cuadranes. Pág. 82

87 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA i T1 i D3 T1 D1 T3 D3 V B T2 D2 R L T4 D4 I i D2 i T4 V B -V B i T1 i T4 i D2 i D3 Fig.7.6.: Chopper de 4 cuadranes (figura 7.3-d), en cuadrane I. i T1 i D3 T1 D1 T3 D3 V B R L II T2 D2 T4 D4 i D2 i T4 V B -V B Fig.7.7.: Chopper de 4 cuadranes (figura 7.3-d), en cuadrane II. Pág. 83

88 -V B CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA i T1 i D3 T1 D1 T3 D3 V B R L III T2 D2 T4 D4 i D2 i T4 V B Fig.7.8.: Chopper de 4 cuadranes (figura 7.3-d), en cuadrane III. i T1 i D3 V B T1 D1 R L T3 D3 IV T2 D2 T4 D4 i D2 i T4 V B -V B Fig.7.9.: Chopper de 4 cuadranes (figura 7.3-d), en cuadrane IV. Pág. 84

89 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA 7.2)INVERSORES )Inversores monofásicos.- Inversor semipuene monofásico i T1 V B 2 T1 D1 i D1 V B 2 R L T2 i D2 D2 i T2 a) V B /2 V B /2 -V B /2 T/2 T -V B /2 T/2 T i T1 i T1 i D1 i D1 i T2 i T2 i D2 i D2 i BT1 i BT1 i BT2 b) c) Fig.7.1.: Inversor semipuene monofásico: a) circuio; b) formas de onda con carga resisiva; c) formas de onda con carga resisiva-induciva. i BT2 Pág. 85

90 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA Inversor puene monofásico i BT1 T1 i T1 i D1 D1 T3 i T3 i D3 D3 V B R L T2 D2 T4 D4 i T2 i D2 i T4 i D4 V B T/2 -V B T i T1,T4 i D1,D4 i T2,T3 i D2,D3 i BT1,BT4 i BT2,BT3 Fig.7.11.: Inversor puene monofásico: a) circuio; b) formas de onda. Pág. 86

91 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA 7.2.2)Inversor rifásico fuene de volaje.- V d a b c Moor N Fig.7.12.: Circuio de poencia de un inversor rifásico fuene de volaje. i S v S V d a b c Moor N Fig.7.13.: Inversor rifásico conecado a una red monofásica. i s 6-Hz Enrada ac - V d a b c Moor N Fig.7.14.: Inversor rifásico conecado a una red rifásica. Pág. 87

92 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA i T1 i T2 i T3 V d 2 T1 D1 T2 D2 T3 D3 V d o V d 2 T4 D4 T5 D5 T6 D6 - i T4 i T5 i T6 R S T Carga v R v S v T N T1 T2 º 6 º 12 º 18 º 24 º 3 º 36 º Conduce No conduce T3 T4 a) T5 T6 v RS V d v ST V d b) v TR V d v R v S 2 V 3 d c) v T V d 3 v NO V d /6 Fig.7.15.: Formas de onda de volajes en un inversor rifásico: a) esados de conducción; b) ensiones enre líneas; c) ensiones fase-neuro en la carga; d) ensión del neuro. d) Pág. 88

93 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA i T1 i T2 i T3 V d 2 T1 D1 T2 D2 T3 D3 V d o i D1 V d 2 T4 D4 T5 D5 T6 D6 i T4 i D4 i T5 i T6 - R S T Carga v R v S v T N Conduce No Conduce T1 T2 v RS v R, i R i R v R i T1 i D1 i T4 i D4 Fig.7.16.: Formas de onda de volajes y corrienes en un inversor rifásico sin modulación Pág. 89

94 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPARO PARA SEMICONDUCTORES 8.1)ELEMENTOS BÁSICOS DE UN CIRCUITO DE DISPARO.- T 1 i G L d 22 V ref v s R V cc i G v s v sinc Circuio de disparo T r v c Fig. 8.1.: Esquema básico de un circuio de disparo. Pág. 9

95 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES Tensión de sincronismo Generador de diene de sierra s Comparador Mulivibrador monoesable K Al Gae v c Fig. 8.2.: Diagrama en bloques de un circuio de disparo elemenal. Vcc v sinc - I v 1 T r1 C 1 R -V B - II V cc v 2 Mulivibrador V cc monoesable V cc III - v v 3 6 Pulso de disparo a) v C v sinc :kv s α α=º v 1 v 2 V m v C b) v 3 v 6 Fig. 8.3.: Circuio de disparo con amplificadores operacionales: a) circuio; b) formas de onda. Pág. 91

96 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES 8.2)CIRCUITOS DE DISPARO CON TRANSISTORES MONOJUNTURA. V cc τ 1 τ 2 v C vp R R 2 E B 2 V BB v G C v C R 1 B 1 v G Τ 1 Τ 2 Fig. 8.4.: Oscilador de relajación con ransisor monojunura. R 3 D 1 Carga R R 2 a) V Z C Tr 1 v S v G v S v S v Z v p =ηv BB b) v G α Fig. 8.5.: Circuio de conrol con ransisor monojunura. Pág. 92

97 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES 8.3)CIRCUITOS DE DISPARO AISLADOS PARA SCR. A 15 V D 1 G D 2 K R G Señal de pulso T G Fig. 8.6.: Uso de ransformador de pulso para aislar SCR. 1 2 Línea 3 4 Fuene de poder para el circuio de disparo del Gae Deección de cruce por cero Trafos de pulsos v conrol Reardo del ángulo Amplificador de pulsos Tierra del conrol Fig. 8.7.: Diagrama general del circuio de disparo para un recificador monofásico. Pág. 93

98 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES 8.4)CIRCUITOS DE DISPARO INTEGRADOS PARA TIRISTORES. Sincronización5 U syn Fuene U s Tierra V ac Deecor de cruce por cero I cons C 1 monior de descarga - Transisor de descarga - Regisro de sincronismo Conrol del comparador Lógica 14 Q 1 15 Q 2 4 Q 1 2 Q 2 3 QU 7 QZ R4 R2 R3 R7 a) U ref U 1 Resisencia de la rampa Condensador de la rampa C8 R9 C1 [R R ] [C R ] U 11 S6 S13 C12 [C i ] Selección del largo del pulso para Q1 y Q 2 Selección del largo del pulso para Q1 y Q2 Inhibidor del pulso Volaje de conrol b) Fig. 8.8.: Circuio de disparo inegrado TCA 785: a) diagrama de bloques; b) formas de onda. Pág. 94

99 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES Fig. 8.9.: Conrol de un irisor en el circuio TCA 785. Fig. 8.1.: Circuio de conrol de fase de un converidor AC-AC monofásico. Pág. 95

100 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES Fig : Circuio de disparo para un recificador rifásico semiconrolado. Pág. 96

101 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES Fig : Circuio de disparo con doble pulso para un recificador rifásico puene oalmene conrolado. Pág. 97

102 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES 8.5)CIRCUITOS DE DISPARO PARA TRANSISTORES DE POTENCIA. V GG Del circuio de conrol - Comparador G E V GG Del circuio de conrol IC DS26 o UC176/7 R G Fig : Amplificación de la corriene por el gae. 15 V 3 kω R G µf Del circuio de conrol 1pF Opoacoplador (HPL-453) IXLD4425 Fig : Circuio de disparo con aislación galvánica mediane acoplador ópico. Pág. 98

103 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES Aislación auxiliar de poder para circuios de conrol base Diodos anisauración y/o conexiones de proección de sobrecorriene Vcc v S - V d - Enradas de conrol Lógica y elecrónica de conrol Aislación de señal Aislación de señal Circuio de conrol base Circuio de conrol base T T - D f D f- Tierra de seguridad Fig : Sobre la necesidad de la aislación de los pulsos de disparo. Módulo i L L 3 V Circuio de disparo R v L - Fig.8.16.: Chopper de un cuadrane. Pág. 99

104 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES Fig.8.17: Encendido del ransisor; a) V GE : 5V/div; b) V CE : 5V/div, iempo: 5ns/div. Fig.8.18: Core del ransisor, V CE : 5V/div, iempo: 1ns/div. Pág. 1

105 CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES Fig.8.19: Operación a 1 khz, V CE : 5 V/div, I C : 1 A/div, Tiempo: 2 µs/div. Fig.8.2: Operación a 1 khz, I C : 1 A/div, Tiempo: 2 µs/div. Fig.8.21: Corocircuio en la carga, I C : 2 A/div, Tiempo: 2 µs/div. Pág. 11

106 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS 9.1)CONTROL DE RECTIFICADORES.- Conrolador Velocidad Conrolador Corriene Sincronismo n Ref i ARef α n i A i A M,G G Fig. 9.1.: Esquema de conrol básico de un moor de corriene coninua Pág. 12

107 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS i a n Ref i aref v c α n Carga n i a Fig. 9.2.: Conrol de una máquina de corriene coninua alimenada por un recificador puene. n ref n= i ref n i a Fig. 9.3.: Comporamieno de las variables en el sisema de la figura 9.2. G1 R 1 R 2 G1 R 1 R 2 i'' S i''s R b C vs v S v i v i R b C i' S Red Red i's Fig. 9.4.: Transducores de corriene alerna para medir la corriene de salida del recificador. Pág. 13

108 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS i circ ω ref i aref ω i circ 2 2 MG i a G Fig. 9.5.: Conrol de velocidad en 4 cuadranes con un converidor dual con corriene circulane. ω ω ref ω i a i a 1 i circulane 2 i circulane Fig. 9.6.: Inversión de marcha del moor de la figura 9.5. Pág. 14

109 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS L1 L2 L3 Circuio de comando n ref n i ref i n i a & 1 i a M.G G Fig. 9.7.: Conrol en 4 cuadranes con un conversor dual sin corriene circulane. Fig. 9.8.: Comporamieno emporal de variables de la figura 9.7 en una inversión de giro. Pág. 15

110 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS L1 L2 L3 Medición de i a Conmu. i a n ref n i ref i n & 1 Comando i a M.G i a U B G Fig. 9.9.: Accionamieno de 4 cuadranes con inversión del roor. L1 L2 L3 L1 L2 Medición de i a Conmu. i a n ref n i ref i n & 1 Comando M.G U B G Fig. 9.1.: Accionamieno de 4 cuadranes con inversión del campo. Pág. 16

111 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS n W K R1 T R1 i W K R2 T R2 K T U R U d e M K d T d m L T M n M Conrol de corriene Conrol de velocidad m e L M n W K R1 (1pT R1 ) i W K (1pT R2 R2 ) U R U K e -pt d K d pt R1 pt R2 1pT d T 1 pt M T M n M Conrol de corriene Conrol de velocidad Fig : Diagramas de bloques de un moor de corriene coninua conrolado. 9.2)CONTROL DE CHOPPERS )El conrol de corriene de dos posiciones (hiséresis). Comparador i Lref i L ε 1 X δ 2 ε X X T1, T4 T2, T3 T1 T2 i L T3 v L R L T4 V Fig : Conrol de corriene de 2 posiciones (Bang-Bang). Pág. 17

112 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS Esraegia de conrol: Si i Lref > i L i L debe aumenar Si ε = i Lref - i L > δ/2, x= 1. T1 y T4 conducen y v L = V i L aumena. Si i Lref < i L i L debe disminuir Si ε = i Lref - i L < - δ/2, x=. T2 y T3 conducen y v L = - V i L disminuye. i Lref i L δ/2 i L δ i L i Lref i L δ v L V v L V -V -V X 1 X 1 Fig : Formas de onda del conrol de corriene de 2 posiciones: a) hiséresis ancha; b) hiséresis angosa. Pág. 18

113 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS Comparador PI Velocidad X T1 i 1 ω aref X T1, T4 ref δ T2, T3 2 i a ω T2 ε ω i a T3 T4 V a) w, w ref w w ref i a, i a ref i a i a ref b) Fig : Máquina de C.C. alimenado por un chopper de 4 cuadranes. Conrol de corriene con hiséresis: a) diagrama de bloques; b) formas de onda durane inversión de marcha. Fig : Moor de C.C alimenado por un chopper de 1 cuadrane. Conrol de corriene con hiséresis. Pág. 19

114 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS Fig : Arranque del moor de la figura )Modulación del ancho de los pulsos (Pulse Widh Modulaion = PWM). v Con ε Comparador '1' '' X T1, T4 T2, T3 T1 T2 i L R v L T3 L T4 V Fig : Chopper con conrol PWM. Pág. 11

115 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS Principio de funcionamieno: Si v con > x= 1. T1 y T4 conducen y v L = V. Si v con < x=. T2 y T3 conducen y v L = - V. v, v con d, v con Vcon 2 V dm V con 1 V dm X '1' X '1' '' V v L '' V v L i L i L -V -V a) b) Fig : Chopper con conrol PWM: a) Vcon1 > ;b) V con2 > V con1. Pág. 111

116 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS, v con, v con V dm V dm V v L V v L V con 3 V con 3 i L -V X '1' -V X '1' i L '' '' a) b) Fig : Chopper con conrol PWM: a) Vcon3 < ; b) Mayor frecuencia de conmuación. V dm D=.75 V dm V L 4 V L -4 i L =15[A] i L i L L=.1[H] R= 2[Ω] [ms] a) b) Fig. 9.2.: Respuesa a escalón de referencia del modulador PWM con frecuencia de conmuación: a) baja; b) más ala. Pág. 112

117 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS ω ref ω PI Velocidad i aref ω V Con Comparador '1' ε '' T1 T2 i L v L T3 ω T4 V i a Fig : Conrol de velocidad de un moor C.C alimenado por un chopper con conrol PWM. 9.3)CONTROL DE INVERSORES )Inversor monofásico conrolado por hiséresis. Comparador i Lref i L ε 1 X δ 2 ε X T1, T4 T2, T3 T1 T2 i L R v L T3 L T4 V a) i L i * L b) Fig : Inversor monfásico con conrol por hiséresis: a) diagrama funcional; b) formas de onda. Pág. 113

118 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS 9.3.2)Inversor monofásico con modulación PWM. v Con ε Comparador '1' '' X T1, T4 T2, T3 T1 T2 i L R v L T3 L T4 V Fig : Inversor monofásico con modulación PWM. v con (1/f s ) v L v L1 Fig : Formas de onda del inversor monofásico con modulación PWM de la figura Pág. 114

119 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS a) Fig : Variación de frecuencia con modulación PWM: a) 12 V- 6 Hz; 12 V- 3 Hz. b) a) b) Fig : Variación de ampliud con modulación PWM: a) 12 V 6 Hz; 6 V 6 Hz. Pág. 115

120 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS a) b) c) Fig : Variación de volaje y frecuencia en un inversor monofásico con modulación PWM: a) 6 Hz 12 V; b) 3 Hz 6 V; c) 2 Hz 4 V. Pág. 116

121 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS 9.3.3)Inversor rifásico con conrol de corriene. T1 T3 T5 V T2 T4 T6 i a * δ X a C.D N i a i b i c a v b ab v c bc i a X a C.D v a v b v c a) n Noa: Las fases b y c ienen un conrol similar. i a * i a v ab v a b) Fig : Inversor rifásico con conrol de corriene por hiséresis: a) circuio; b) formas de onda. Pág. 117

122 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS 9.3.4)Inversor rifásico con modulación PWM. v A * X a C.D T1 T3 T5 V v B * X b X a C.D T2 N T4 T6 i A i i B C A B C v AB v BC a) v A v B v C v C * X c n Noa: Las fases b y c ienen un conrol similar. b) Fig : Inversor rifásico con modulación PWM: a) circuio; b) formas de onda. Pág. 118

123 CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS v A * v B * v C * v AC v A i A Fig. 9.3.: Inversor rifásico con modulación PWM, comporamieno de la corriene de carga. Pág. 119