CONTENIDO. PRÓlOGO. CAPíTULO 1. INTRODUCCiÓN I

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1 r CONTENIDO PRÓlOGO xv CAPíTULO 1. INTRODUCCiÓN I 1.1. Introducción... l 1.2. Clasificación de los convertidores Interruptores electrónicos 3 El diodo 3 Tiristores 4 Transistores 5 la. Selección de los interruptores SPICE y PSpice Il Los interruptores en PSpice 10 El interruptor controlado por tensión 10 Transistores II Diodos II Dispositivos SCR 13 Problemas de convergencia en PSpice Comparación de resultados de simulación en PSpice 15 Bibliografía 15 Problemas 16

2 VIII CAPíTULO 2. CÁLCULOS DE POTENCIA Introducción Potencia y energía. Potencia instantánea. Energía. Potencia media Bobinas y condensadores Recuperación de la energía.. Transistor en conducción: O < t < t 1.. Transistor en corte: t 1 < t < T. Transistores en conducción: O < t < t 1. Transistores en corte: t 1 < t < T Valor eficaz o valor cuadrático medio Potencia aparente y factor de potencia.. La potencia aparente, S. Factor de potencia Cálculos de potencia en circuitos de alterna con señales sinusoidales T Cálculos de potencia para formas de ondas periódicas no sinusoidales ~~. Las series de Fourier. Potencia media. Fuente no sinusoidal y carga lineal. Fuente sinusoidal y carga no lineal Cálculos de potencia usando PSpice Resumen. Potencia instantánea y media. Recuperación de energía. Valores eficaces (rms). Formas de ondas no sinusoidales.. PSpice. CAPíTULO 3. RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA: FUNDAMENTOS BÁSI- COS DE ANÁLISIS Introducción Carga resistiva. Creación de una componente de continua utilizando un interruptor electrónico Carga resistiva-inductiva Simulación mediante PSpice.. Uso de programas de simulación para cálculo numérico Carga RL-generador. Alimentación de un generador de corriente continua a partir de un generador de corriente alterna Carga bobina-generador. Uso de la inductancia para limitar la corriente

3 IX 3.7. El diodo de libre circulación 82 Creación de una corriente continua 82 Reducción de los armónicos de la corriente de carga Rectificador de media onda con un filtro de condensador 88 Creación de una tensión 'continua a partir de un generador de alterna El rectificador de media onda controlado 94 Carga resistiva 96 Carga R-L 97 Carga RL-generador Soluciones de PSpice para rectificadores controlados 102 Modelado del SCR en PSpice, Conmutación 105 Efecto de la inductancia del generador, Resumen 107 Problemas 108 Rectificador de media onda con carga resistiva 108 Rectificador de media onda con carga R-L 108 Rectificador de media onda con carga RL-generador 109 Diodo de libre circulación 110 Rectificador de media onda con un condensador de filtro 110 Rectificador de media onda controlado 111 Conmutación,. 112 Designación de problemas ~ 2 5 CAPíTULO 4. RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA V TRIFÁSICOS: CONVERSiÓN CA-CC Introducción, Rectificadores monofásicos de onda completa. El rectificador en puente. El rectificador con transformador de toma media.. Carga resistiva '". Carga R-L. Armónicos del generador. Simulación en PSpice,. Carga RL-generador. Filtro de salida basado en condensador. Dobladores de tensión. Salida con filtro L-C. Corriente continua para la salida con filtro L-C.. Corriente discontinua para la salida con filtro L-C Rectificadores controlados de onda completa. Carga resistiva. Carga R-L, corriente discontinua. Carga R-L, corriente continua. Simulación en PSpice de los rectificadores controlados de onda completa. Rectificador controlado con carga RL-generador. lis

4 X El convertidor monofásico controlado operando como un inversor Rectificadores trifásicos Rectificadores controlados trifásicos. Simulación en PSpice de los rectificadores controlados trifásicos. Rectificadores de doce pulsos. El convertidor trifásico operando como un inversor Transmisión de potencia continua Conmutación: el efecto de la inductancia del generador. Rectificador monofásico en puente. Rectificador trifásico Resumen. Rectificadores monofásicos no controlados '". Rectificadores monofásicos controlados. Rectificadores trifásicos no controlados.. Rectificadores trifásicos controlados. Problemas de diseño. CAPíTULO 5. CONTROLADORES DE TENSiÓN ALTERNA: CONVERTIDO- RES CA-CA Introducción El controlador de tensión alterna monofásico.. Funcionamiento básico. Controlador monofásico con carga resistiva.. Controlador monofásico con carga R-L. Simulación en PSpice de los controladores de tensión alterna monofásicos " 5.3. Controladores trifásicos de tensión. Carga resistiva conectada en estrella.. Carga R-L conectada en estrella. Carga resistiva conectada en triángulo Control de la velocidad de los motores de inducción Control de VAR estático (compensador estático de reactiva) Resumen. Controladores de tensión monofásicos. Controladores de tensión trifásicos. CAPíTULO 6. CONVERTIDORES CC-CC Reguladores lineales de tensión Un convertidor conmutado básico El convertidor reductor. Relaciones entre la tensión y la corriente., '". Rizado de la tensión de salida,..,, Consideraciones de diseño, '" El convertidor elevador " 212

5 r XI ~ O ' '3 '5 '5 r ~2 B6 B7 B !OO m!ol!o2 W3 W3 208 \ \ Zll Z12 RelacIOnes entre la tensión y la corriente 212 Rizadu de la tensión de salida El convertidor reductor-elevador 217 Relaciones entre la tensión y la corriente 218 Rizado de la tensión de salida El convertidor éuk Efectos no ideales en el funciunamiento de un convertidor 228 Caídas de tensión en los interruptores 228 Resistencia del condensador: efecto en el rizado 229 Resistencia de la bobina 230 Pérdidas de conmutación Funcionamiento con corriente discontinua 233 Convertidor reductor con corriente discontinua 233 Convertidor elevador con corriente discontinua JO. Simulación en PSpice de los convertidores CC-CC 239 Un modelo conmutado en PSpice 240 Un modelo de circuito promediado Resumen 248 Bibliografía 249 Problemas 250 Convertidores lineales 250 Convertidor conmutado básico 251 Convertidor reductor 251 Convertidor elevador 252 Convertidor reductor-elevador 253 Convertidor éuk 253 Efectos no ideales 254 Corriente discontinua 254 PSpice 254 CAPíTULO 7. FUENTES DE ALIMENTACiÓN DE CORRIENTE CONTINUA Introducción Modelos de transformadores El convertidor fiyback 259 Análisis con el interruptor cerrado 259 Análisis con el interruptor abierto Modo de corriente discontinua en el convertidor fiyback 266 Resumen del funcionamiento del convertidor fiyback El convertidor forward 268 Análisis con el interruptor cerrado 268 Análisis con el interruptor abierto 270 Resumen del funcionamiento del convertidor forward Convertidor forward con dos interruptores El convertidor push-pull 277 Interruptor Sw 1 cerrado 277

6 XII Interruptor Sw 2 cerrado '". Ambos interruptores abiertos. Resumen del funcionamiento del convertidor push-pull Convertidores CC-CC en puente completo y en semi-puente Convertidores alimentados en corriente.. Sw cerrado y Sw 2 abierto. Sw abierto y SW 2 cerrado. Sw y SW 2 cerrados Convertidores con múltiples salidas Elección de convertidores Simulación en PSpice de las fuentes de alimentación de continua. Convertidor flyback. Convertidor forward '" '" Convertidor push-pull. Convertidor alimentado en corriente Control de las fuentes de alimentación, '" '".. Estabilidad del bucle de control. Análisis en pequeña señal. Función de transferencia del interruptor. Función de transferencia del filtro '". Función de transferencia del circuito PWM. Amplificador de error con compensación.. Diseño de un amplificador de error compensado.. Simulación en PSpice del control por realimentación.. Circuitos de control PWM.. Convertidor flyback. Convertidor forward. Convertidor push-pull. Convertidor alimentado en corriente. PSpice. Control. CAPíTULO 8. INVERSORES: CONVERSiÓN DE CONTINUA EN ALTERNA Introducción El puente convertidor de onda completa El inversor de onda cuadrada Análisis mediante series de Fourier Distorsión armónica total Simulación en PSpice de los inversores de onda cuadrada Control de armónicos y de amplitud El inversor en medio puente Salida con modulación por anchura de impulsos.. Conmutación bipolar. Conmutación unipolar Definiciones y consideraciones relativas a la modulación PWM

7 XIII Armónicos en la modulación PWM 337 Conmutación bipolar 337 Conmutación unipolar..,, Simulación de inversores con modulación por anchura de impulsos PWM bipolar 342 PWM unipolar Inversores trifásicos 351 Inversor de seis pasos 351 Inversor trifásico PWM Simulación en PSpice de los inversores trifásicos 356 Inversores trifásicos de seis pasos 356 Inversores trifásicos PWM Control de velocidad de motores de inducción Resumen. Bibliografía 360 Problemas 360 Inversor de onda cuadrada y análisis de Fourier 360 Control de armónicos y de amplitud 361 Inversores con modulación por anchura de impulsos 362 Inversores trifásicos 363 CAPíTULO 9. CONVERTIDORES RESONANTES Introducción Convertidor conmutado resonante: conmutación a corriente cero. Funcionamiento básico. Análisis para O < t < ti. Análisis para ti < t < t 2. Análisis para t 2 < t < t Análisis para t 3 < t < T. Tensión de salida Convertidor conmutado resonante: conmutación a tensión cero. Funcionamiento básico. Análisis para O < t < t 1. Análisis para ti < t < t 2. Análisis para t 2 < t < t Análisis para t 3 < t < T. Tensión de salida El inversor resonante serie. Pérdidas de conmutación. Control de amplitud Convertidor CC-CC resonante serie. Funcionamiento básico '". Funcionamiento para W s > W o. Funcionamiento para w 2 /2 < w, < W o. Funcionamiento para W s < w o /2. Variantes del convertidor CC-CC resonante serie l_.

8 XIV 9.6. Convertidor CC-CC resonante paralelo Convertidor CC-CC serie-paralelo Comparación de convertidores resonantes El convertidor resonante con paso intermedio por corriente continua Resumen. Convertidor resonante de conmutación a corriente cero. Convertidor resonante de conmutación a tensión cero.. Inversor resonante. Convertidor CC-CC resonante serie. Convertidor CC-CC resonante paralelo. Convertidor CC-CC serie-paralelo. Convertidor resonante con paso intermedio por corriente continua. CAPíTULO 10. CIRCUITOS DE EXCITACiÓN Y DE PROTECCiÓN Introducción Circuito de excitación para MOSFET Circuitos de excitación para el transistor bipolar. loa. Circuitos de excitación de tiristor Circuitos de protección para el transistor Circuitos de protección de recuperación de energía Circuitos de protección para el tiristor Resumen. Circuitos de excitación para MOSFET. Circuito de excitación del transistor bipolar.. Circuitos de protección. APÉNDICE A. SERIES DE FOURIER PARA ALGUNAS FORMAS DE ONDAS COMUNES. Las series de Fourier. Sinusoide rectificada de media onda (Figura A.I) '" '". Sinusoide rectificada de onda completa (Figura A.2). Rectificador trifásico en puente (Figura A.3). Forma de onda pulsante (Figura AA) '" Onda cuadrada (Figura A.5). Onda cuadrada modificada (Figura A.6). Inversor trifásico de seis pasos (Figura A.7).. APÉNDICE B. PROMEDIO DEL ESPACIO DE ESTADOS. Pequeña señal y régimen permanente. Ecuaciones de estado para el convertidor reductor "' ' índice. 447