ELECTRÓNICA DE POTENCIA

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1 ELECTRÓNICA DE POTENCIA Asigatura Obligatoria de 3º I. T. I. esp. Electricidad CURSO 0/0 Profesor: Ferado Martíez Rodrigo Págia de 9

2 INDICE DEL MATERIAL. Itroducció a la asigatura, 3. Exámees de cursos ateriores, 7 3. Problemas propuestos (por temas), 4. Itroducció al apredizaje cooperativo, 9 5. Euciados de prácticas, Capítulo, 3 7. Capítulo a. Aputes, 3 b. Presetacioes, 43 c. Platillas gráficas, 56 d. Orgaizació del capítulo, 60 e. Problemas resueltos, Capítulo 3 a. Aputes, 7 b. Presetacioes, 76 c. Orgaizació del capítulo, 93 d. Problemas resueltos, Capítulo 4 a. Presetacioes, 97 b. Orgaizació del capítulo y problemas resueltos, Capítulo 5 a. Presetacioes, 08 b. Orgaizació del capítulo y problemas resueltos, 8. Capítulo 6 a. Presetacioes, 9 b. Orgaizació del capítulo y problemas resueltos, 5 c. Hojas de características, 7 Págia de 9

3 PROGRAMA DE TEORÍA CAPÍTULO : Itroducció... Tipos de covertidores electróicos de potecia... Semicoductores de potecia. CAPÍTULO : Covertidores CA/CC... Topologías fudametales... Covertidores co matriz geeral de coversió..3. Covertidores co matriz de coversió ca/cc..4. Covertidores e puete..5. Feómeo de comutació..6. Rectificadores co carga L-R-E..7. Rectificadores de cuatro cuadrates Aplicacioes. CAPÍTULO 4: EL tiristor. 4.. Estructura. 4.. Características estáticas Caracteristicas de puerta Pérdidas de potecia. CAPÍTULO 5: EL IGBT. 5.. Estructura básica. 5.. Características -I Operació física del compoete Comutació del IGBT Pérdidas de potecia. CAPÍTULO 3: Covertidores CC/CA. 3.. Itroducció. 3.. Covertidores de pulso úico por semiciclo Covertidores de pulso múltiple Filtro de salida. CAPÍTULO 6: Régime térmico. 6.. Régime térmico permaete. 6.. Régime térmico trasitorio. PROGRAMACIÓN DE TEORÍA (LIBRO DE TEXTO) CAPÍTULO (CONERTIDORES CA/CC): Referecia [], pág. 80 a 88, pág. 37 a 55, pág. 57 a 60, pág. 64 a 8, pág. 88 a 93, pág. 300 a 30. CAPÍTULO 3 (CONERTIDORES CC/CA): Referecia [], pág. 38 a 403. CAPÍTULO 4 (EL TIRISTOR): Referecia [], pág. 34 a 47. CAPÍTULO 5 (EL IGBT): Referecia [3], pág. 66 a 63. CAPÍTULO 6 (RÉGIMEN TÉRMICO): Referecia [], pág. 79 a 83. [] S. Lorezo Matilla, J.M. Ruiz Gozález, A. Martí Mirada. Simulació, Cotrol Digital y Diseño de Covertidores Electróicos de Potecia mediate PC. Departameto de Tecología Electróica. Uiversidad de alladolid. [] J.A. Gualda, S. Martíez, P.M. Martíez. Electróica Idustrial: Técicas de Potecia. Editorial Marcombo. 99. [3] N. Moha, T.M. Udelad. Power Electroics. Editorial Joh Willey ad Sos (Referecia Biblioteca, A-6574) CALIFICACIÓN Teoría 0 %, cuestioes/problemas 60 % y laboratorio 0 %. Teoría: dos temas elegidos de la lista de Objetivos Formativos Geerales. El exame del primer tema se realiza e octubre o oviembre (la fecha se comuicará co tiempo suficiete) y su coteido será los capítulos a 3. El exame del segudo tema se realiza e el exame ordiario, y su coteido será los capítulos 4 a 6. Prácticas: se realizará la evaluació e el laboratorio. El resultado de esta evaluació se utilizará para computar la ota de la covocatoria ordiaria y extraordiaria. METODOLOGÍA: Apredizaje Cooperativo PRÁCTICAS: Grupos Oficiales: L (desde A hasta.), L (desde hasta Z). Teer esto e cueta a la hora de elegir grupo e otras asigaturas. Comiezo de las prácticas: lues 7 de octubre. No se covalidará las prácticas realizadas e cursos ateriores, i se guardará la ota para los siguietes. Págia 3 de 9

4 OBJETIOS FORMATIOS OBJETIOS FORMATIOS GENERALES Los objetivos formativos geerales costituye ua lista de lo que los estudiates tiee que saber hacer e el exame. Capítulo Saber compoer ua preguta de teoría sobre tipos de covertidores electróicos de potecia y sobre tipos de semicoductores de potecia. Capítulo Saber compoer ua preguta de teoría y resolver cuestioes sobre: - Topologías fudametales de covertidores CA/CC: o cotrolados, cotrolados y semicotrolados - Covertidores co matriz de coversió CA/CC - Covertidores CA/CC e puete - Rectificadores de cuatro cuadrates - Rectificadores co carga RLE Saber resolver problemas sobre: - Forma de oda de tesioes y corrietes de diferetes tipos de rectificadores o cotrolados, cotrolados o semicotrolados - Idetificació de cuál es el semicoductor que coduce e cada itervalo temporal de fucioamieto de u rectificador - Cálculo de las siguietes variables: tesió media de salida, armóicos de la tesió de salida, corriete media de los semicoductores, corriete eficaz de los semicoductores, corriete media del trasformador, corriete eficaz del trasformador, tesió máxima e los semicoductores - Determiació del tipo de carga e rectificadores co carga RLE, a partir de las formas de oda Capítulo 3 Saber compoer ua preguta de teoría y resolver cuestioes sobre: - Topologías de iversores - Cotrol de la tesió de salida de iversores - Iversores de pulso úico por semiciclo: motaje semipuete, motaje moofásico e puete, motaje trifásico - Iversores de pulso múltiple por semiciclo co cotrol PWM seoidal: motaje semipuete, motaje moofásico e puete - Filtro de la tesió de salida Saber resolver problemas sobre: - Cálculo del armóico fudametal y los armóicos sucesivos e iversores de pulso úico por semiciclo - Cálculo del armóico fudametal e iversores de pulso múltiple por semiciclo - Diseño del filtro de salida Capítulo 4 Saber compoer ua preguta de teoría y resolver cuestioes de tiristores sobre: - Estructura y fucioamieto básico - Características estáticas (tesió corriete) - Características de puerta - Pérdidas de potecia Saber resolver problemas sobre: - Codicioes de disparo - Cálculo de potecia disipada Capítulo 5 Saber compoer ua preguta de teoría y resolver cuestioes de IGBTs sobre: - Características -I - Operació física del compoete Págia 4 de 9

5 - Comutació del IGBT - Pérdidas de potecia Saber resolver problemas sobre: - Cálculo del puto de trabajo - Cálculo de las pérdidas de potecia Capítulo 6 Saber compoer ua preguta de teoría y resolver cuestioes sobre Régime Térmico (permaete y trasitorio) Saber resolver problemas sobre: - Régime térmico permaete - Régime térmico trasitorio OBJETIOS FORMATIOS ESPECÍFICOS Los objetivos formativos específicos so ua lista de adquisicioes muy cocretas que debe realizar los alumos. Idica lo que el profesor espera que el alumo sea capaz de hacer cuado termie de cursar la asigatura. Estos objetivos o so ua lista cerrada, pero idica la mayor parte de las adquisicioes que debe realizar el estudiate. Capítulo Determiar el águlo de disparo y el tipo de rectificador a partir de la gráfica de la tesió de salida de u rectificador. Determiar el tipo de carga de u rectificador (R, L y/o E) a partir de las gráficas de tesió y/o corriete. Calcular el valor medio de la tesió de salida e rectificadores co carga resistiva o iductiva. Calcular el valor de los armóicos de la tesió de salida e rectificadores co coducció cotiua. Calcular el valor medio de la corriete e los semicoductores y e el trasformador de u rectificador co carga resistiva o iductiva. Calcular el valor eficaz de la corriete e el trasformador de u rectificador co carga resistiva o iductiva. Calcular el valor máximo de la tesió que tiee que soportar u semicoductor e u rectificador cotrolado o o cotrolado. Determiar la forma de oda de la tesió e u semicoductor de u rectificador o cotrolado o cotrolado. Explicar las gráficas de las tesioes o de las corrietes de u rectificador co carga RLE. Diseñar u rectificador para que realice ua fució dada. E el exame se idicará cómo es la tesió de etrada dispoible y se pedirá que se diseñe u rectificador para que cumpla uas especificacioes. Capítulo 3 Calcular el valor del armóico fudametal y de los armóicos sucesivos e iversores de pulso úico por semiciclo. Calcular el valor del armóico fudametal e iversores co modulació de achura de pulsos. Determiar qué semicoductor coduce e cada istate e u iversor, e fució de la corriete y la tesió de salida. Obteer las fórmulas de cálculo de la tesió de salida y sus armóicos, e u iversor. Idicar la ifluecia que tiee sobre la forma de oda de la tesió de salida, los águlos de desfase de portadoras y moduladoras e u iversor e puete moofásico. Determiar qué tipo de iversor es el más adecuado para ua aplicació dada y explicar los criterios utilizados. Capítulo 4 Iterpretar las curvas estáticas del tiristor. Calcular la potecia disipada por u tiristor motado e u recitificador co carga resistiva o iductiva. Calcular la recta de carga del circuito de puerta de u tiristor y relacioarla co las curvas de disparo. Págia 5 de 9

6 Capítulo 5 Calcular las pérdidas de potecia e u IGBT e coducció y e comutació. Respoder cuestioes sobre el fucioamieto básico de u IGBT. Calcular el puto de trabajo de u IGBT. Capítulo 6 Calcular la tesió e la uió de u semicoductor e régime estacioario y e régime permaete. Laboratorio Saber realizar motajes de rectificadores e iversores e laboratorio, utilizado los medios dispoibles e el mismo. Saber realizar medidas co el osciloscopio y el polímetro (tesioes y corrietes, e altera y cotiua) sobre los motajes de rectificadores e iversores. REPARTO DEL TIEMPO PRESENCIAL Y FUERA DE CLASE DEL ESTUDIANTE TEMA Actividad presecial Horas e clase Total Actividad o clase presecial Horas fuera de clase Total fuera clase Total por tema Presetació asigat. Itroducció 0 Clase expositiva 3 Estudio 9 Apr. cooperativo puzzle 5 Trabajo e grupo 3 Apr. coop. laboratorio 8 6 Prep. exam. lab Clase expositiva 4 Estudio 8 Apr. cooperativo puzzle 3 Trabajo e grupo 3 Apr. coop. laboratorio 6 3 Prep. exam. lab Clase expositiva 4 Estudio 4 Apr. cooperativo puzzle 5 Trabajo e grupo 6 5 Clase expositiva 3 Estudio 4 Apr. cooperativo puzzle 5 Trabajo e grupo 6 6 Clase expositiva Estudio 3 Apr. cooperativo puzzle 4 Trabajo e grupo 4 8 TOTAL Págia 6 de 9

7 DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA Electróica de Potecia 3º I.T.I. Esp. Electricidad Fecha: 9/0/09 Aula SA4-7:00h A B C D 0 A B C D A B C D A B C D 3 A B C D A B C D 4 A B C D 3 A B C D 5 A B C D 4 A B C D 6 A B C D 5 A B C D 7 A B C D 6 A B C D 8 A B C D 7 A B C D 9 A B C D CORREC. INCOR. SIN RESP. NOTA TEST NOTA TEORÍA INSTRUCCIONES: Las respuestas se idicará marcado co ua X la casilla correspodiete. Para ivalidar ua casilla y elegir otra respuesta, se rodeará co u círculo la opció o válida y se marcará co ua ueva X el cuadro correcto. Cada preguta tiee ua úica respuesta, si se señala más de ua se cosiderará ula. Las respuestas acertadas suma u puto, las icorrectas se calificará co /3 y las o cotestadas i suma i resta. APELLIDOS Y NOMBRE: FIRMA:. Sea u rectificador e puete trifásico cotrolado, que se alimeta desde ua red trifásica de 400 eficaces de líea y 50Hz. Se coecta a la salida ua carga altamete iductiva que cosume ua corriete prácticamete costate de 40A. Calcular el valor del águlo de disparo ecesario para que la tesió de salida sea de 50. a) 3,43 b) 4,43 c) 5,43 d) 6,43 ELECTRÓNICA DE POTENCIA Págia 7 de 9

8 . La gráfica siguiete correspode a u rectificador e puete trifásico, idicar el valor del águlo de disparo. a) 60 b) 80 c) 40 d) U rectificador trifásico e puete cotrolado se alimeta co ua tesió eficaz fase-fase de 380. La carga es ua fuete de corriete costate de 500 A. Si la frecuecia de etrada del rectificador es de 50 Hz, calcular la amplitud del armóico de 450 Hz cuado el águlo de disparo es de 30. a) 0 b) 75,34 c) 85,34 d) 95,34 4. E el rectificador aterior, calcular el máximo valor de la tesió e los tiristores. a) 0 b) 3, c) 380 d) 537,4 5. U rectificador trifásico e puete cotrolado se alimeta co ua tesió eficaz fase-fase de 380. La carga es ua resistecia de 0 Ω. Calcular el valor medio de la tesió de salida cuado el águlo de disparo es 00. a) 30,95 b) 37,95 c) 4,95 d) 49,95 6. E el rectificador aterior, calcular el valor eficaz de la corriete de cada fase del trasformador. a) 4,044 A b) 4,544 A c) 5,044 A d) 5,544 A 7. La figura muestra u rectificador semicotrolado que alimeta ua carga RE a partir de ua tesió v G de 0 eficaces. Los semicoductores se cosidera ideales y los valores de la carga so: R8Ω, E00. Calcular el valor medio de la tesió de salida v O, cuado el águlo de disparo de los tiristores es de 90. a) 4,9 b) 39,9 c) 54,9 d) 69,9 ELECTRÓNICA DE POTENCIA Págia 8 de 9

9 8. E el iversor de la figura, idicar cuáles so los semicoductores que coduce durate el tiempo T. a) Trasistor-Trasistor4 b) Diodo-Diodo3 c) Trasistor-Diodo3 I d) Trasistor-Diodo4 + SAL dc _ I 3 dc SAL I SAL I SAL I I 4 dc T 9. U iversor moofásico semipuete está alimetado co ua tesió de 00 e cada semibatería. Calcular el valor eficaz del armóico fudametal de la tesió de salida cuado se cotrola mediate pulso úico por semiciclo. a) 90,03 b) 7,3 c) 80,06 d) 54,64 0. U iversor moofásico semipuete está alimetado co ua tesió de 00 e cada semibatería. Calcular el valor eficaz del quito armóico de la tesió de salida cuado se cotrola mediate pulso úico por semiciclo. a) 8,0 b) 5,46 c) 36,0 d) 50,9. Sea u iversor trifásico co modulació PWM. La tesió de cada semibatería es DC/ 00 y el ídice de modulació es x 0,6. Calcular la amplitud del primer armóico de la tesió fase-fase. a) 60 b) 03,9 c) 0 d) 07,8. Sea u iversor moofásico semipuete, cotrolado mediate modulació seoidal de pulsos. Idicar cuál es la expresió de la tesió de salida. se 4dc cos ωt, impar se dc cos ωt se xdc dc cosω + st a) SAL b) SAL c) d) SAL SAL dc xdccosωst + se ( + x cosωst) cosωt ( + xcosωst) se ( xcosωst) cosωt cos [ ( ωt + φ ) ] ELECTRÓNICA DE POTENCIA 3 Págia 9 de 9

10 3. E la figura se represeta las curvas características que delimita la zoa de disparo seguro del tiristor represetado e la figura. Si la fuete de tesió cotiua SG puede tomar valores etre 6 y 7, qué rago de valores puede tomar la resistecia R? a) 9,5Ω - 40Ω b),73ω - 40Ω c) 9,5Ω - 5,85Ω d),73ω - 5,85Ω 4. Sea u rectificador bifásico simple cotrolado, co tesió fase-eutro de 0 eficaces. Calcular la potecia disipada e cada tiristor cuado la carga es ua resistecia de 5 Ω y el águlo de disparo es 60. Datos del tiristor: umbral,, r diámica 0 mω. a),56 W b),656 W c) 3,56 W d) 3,656 W 5. Calcular la potecia que disipa el IGBT de la figura, sabiedo que la tesió puerta emisor GE es de 5. R D 0 Ω GG R G DD 300 a) 3,75 W b) 3,76 W c) 4,5 W d) 6,5 W ELECTRÓNICA DE POTENCIA 4 Págia 0 de 9

11 6. Calcular la potecia disipada por el IGBT de la figura. Datos: f khz, DS(SAT)., ciclo de servicio t o /T 0., t r 450 s, t f 950 s, t d(o) 450 s, t d(off) 700 s, R D 5 Ω, DD 900. a) 39,58 W b) 46,58 W c) 53,58 W d) 60,58 W GG R G R D 5 Ω DD U tiristor motado sobre u radiador preseta la impedacia térmica trasitoria de la figura. Desde t 0 hasta t 60 s, el tiristor disipa 700 W. A partir de ese mometo pasa a disipar 0 W. Si la temperatura ambiete es de 40 C, calcular la temperatura e la uió cuado ha trascurrido 00 segudos. a) 70 C b) 76 C c) 8 C d) 88 C TEORÍA. Régime Térmico Permaete y Trasitorio. ELECTRÓNICA DE POTENCIA 5 Págia de 9

12 DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA Electróica de Potecia 3º I.T.I. Esp. Electricidad Fecha: 0/0/0 Aula PA3-0:00h A B C D 0 A B C D A B C D A B C D 3 A B C D A B C D 4 A B C D 3 A B C D 5 A B C D 4 A B C D 6 A B C D 5 A B C D 7 A B C D 6 A B C D 8 A B C D 7 A B C D 9 A B C D CORREC. INCOR. SIN RESP. NOTA TEST NOTA TEORÍA INSTRUCCIONES: Las respuestas se idicará marcado co ua X la casilla correspodiete. Para ivalidar ua casilla y elegir otra respuesta, se rodeará co u círculo la opció o válida y se marcará co ua ueva X el cuadro correcto. Cada preguta tiee ua úica respuesta, si se señala más de ua se cosiderará ula. Las respuestas acertadas suma u puto, las icorrectas se calificará co /3 y las o cotestadas i suma i resta. APELLIDOS Y NOMBRE: FIRMA:. La figura adjuta represeta la potecia procesada por el sistema de potecia frete a la frecuecia de operació de los comutadores. Idica cuál es el semicoductor de potecia que se emplea e la regió sombreada B. a) Trasistor bipolar b) MOSFET c) IGBT d) Tiristor ELECTRÓNICA DE POTENCIA Págia de 9

13 . Cuál es el marge de variació de α (águlo de disparo) e u rectificador trifásico e puete co carga resistiva? a) 0-60 b) 0-0 c) 0-50 d) La gráfica de la figura represeta la tesió de salida de u rectificador alimetado co tesioes que tiee ua frecuecia de 50 Hz. Idicar el tipo de rectificador. a) Puete trifásico co águlo de disparo 0 b) Trifásico simple co águlo de disparo 0 c) Hexafásico co águlo de disparo 30 d) Puete moofásico co águlo de disparo 0 5ms 0ms 5ms 0ms 4. La tesió de salida (valor medio) de u covertidor CA/CC trifásico e puete co carga resistiva vale 38. Si la tesió de alimetació es de 380 eficaces etre fases, determia co qué valor de α se está trabajado. a) 9 b) 4 c) 55 d) Qué valor tiee α e la Fució Existecial represetada e la figura? () se A H t + cos(w t α) A a) 0 b) 36 c) 7 d) Determia el valor medio de la corriete que circula por cada uo de los tiristores de u rectificador hexafásico simple alimetado co ua tesió altera fase-eutro de 00 eficaces, cuado la carga es ua resistecia de 0Ω y el águlo de disparo es de 30. a) 3,40A b) 3,90 A c) 4,40 A d) 4,90 A 7. E el rectificador aterior, calcular el valor medio de la tesió de salida. a) 65,4 b) 33,9 c) 86,5 d) 405, ELECTRÓNICA DE POTENCIA Págia 3 de 9

14 8. U rectificador trifásico simple o cotrolado se alimeta co ua tesió fase-eutro de 7 eficaces. La carga es ua resistecia de Ω. Determiar la corriete eficaz e cada diodo. a) 8,59 A b) 33,59 A c) 38,59 A d) 43,59 A 9. U iversor moofásico semipuete y pulso úico por semiciclo tiee ua tesió e cada semibatería de 48. Calcular la amplitud del armóico fudametal de la tesió de salida. a) 43, b) 6, c) 86,43 d), 0. U iversor moofásico e puete co modulació seoidal tiee ua tesió e cada semibatería de 48. El desfase etre moduladoras (desfase etre los dos semipuetes) es de 80. El ídice de modulació es 0,4. Calcular el valor de pico del armóico fudametal de la tesió de salida. a) 9, b) 33,3 c) 38,4 d) 66,5. Las gráficas siguietes so la tesió fase-eutro y fase-fase de u iversor. Idicar cuál es la afirmació correcta respecto del tipo de iversor. a) Iversor trifásico co águlo de desfase de portadoras 0 grados. b) Iversor e puete moofásico co águlo de desfase de moduladoras de 0 grados, y co águlo de desfase de portadoras de 0 grados. c) Iversor e puete moofásico co águlo de desfase de moduladoras de 80 grados, y co águlo de desfase de portadoras de 0 grados. d) Iversor e puete moofásico co águlo de desfase de moduladoras de 80 grados, y co águlo de desfase de portadoras de 80 grados. ELECTRÓNICA DE POTENCIA 3 Págia 4 de 9

15 . U iversor moofásico preseta ua tesió de salida co el siguiete coteido armóico Frecuecia (Hz) Amplitud () Idicar cuáles so los mejores valores para u filtro LC que se coloque a la salida del iversor. a) L 5 mh, C 00 μf b) L 00 mh, C 500 μf c) L 500 μh, C 0 μf d) L 50 μh, C 0 μf 3. U rectificador bifásico simple cotrolado está alimetado por ua tesió simple (fase-eutro) de 00 eficaces. El rectificador alimeta ua resistecia de Ω. La tesió umbral del tiristor es de y su resistecia diámica de 40 mω. Calcular la potecia que disipa cada tiristor cuado el águlo de disparo es 45. a) 68,7 W b) 98,7 W c) 8,7 W d) 58,7 W 4. U tiristor preseta uas características de puerta como las de la figura. Se dispara mediate el cierre del iterruptor I. Idicar cuál es la forma correcta de disparar el tiristor. a) 0, R 40 Ω, duració del pulso 50 % b) 8, R 6 Ω, duració del pulso 00 % c) 8, R 8 Ω, duració del pulso 00 % d) 5, R 0 Ω, duració del pulso 00 % R I 5. U IGBT se mota e u circuito co ua fuete de tesió cotiua y ua resistecia. Tiee aplicada ua tesió de puerta periódica, como se idica e la figura. Calcular la potecia disipada (tato por comutació como por coducció) e el IGBT. Datos del IGBT: gs ds(o),, td(o)60s, tr300s, td(off)350s, tf400s. dc 0 a) 9,7 W b) 0,7 W c),7 W d),7 W 6. Sea u iversor e puete moofásico co pulso úico por semiciclo, la tesió de batería es DC 000 y el desfase etre ambas ramas del iversor es de 80. Calcular la potecia media disipada e coducció e cada IGBT cuado la carga es ua resistecia de 50 Ω. Datos: DS(SAT),. a) 4 W b) 4,4 W c) 4,8 W d) 5, W R Ω t (μs) ELECTRÓNICA DE POTENCIA 4 Págia 5 de 9

16 7. Durate el fucioamieto de u rectificador, sus tiristores sufre u régime de carga represetado e la figura por la potecia disipada por cada tiristor e fució del tiempo. Si la temperatura ambiete del emplazamieto del rectificador es de 30ºC, determia la temperatura de la uió de los tiristores e e istates t 0sg. a) 6 C b) 74 C c) 86 C d) 98 C TEORÍA. Régime Térmico Trasitorio ELECTRÓNICA DE POTENCIA 5 Págia 6 de 9

17 DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA Electróica de Potecia 3º I.T.I. Esp. Electricidad Fecha: 7/0/0 Aula BA - 7:00h A B C D 0 A B C D A B C D A B C D 3 A B C D A B C D 4 A B C D 3 A B C D 5 A B C D 4 A B C D 6 A B C D 5 A B C D 7 A B C D 6 A B C D 8 A B C D 7 A B C D 9 A B C D CORREC. INCOR. SIN RESP. NOTA TEST NOTA TEORÍA INSTRUCCIONES: Las respuestas se idicará marcado co ua X la casilla correspodiete. Para ivalidar ua casilla y elegir otra respuesta, se rodeará co u círculo la opció o válida y se marcará co ua ueva X el cuadro correcto. Cada preguta tiee ua úica respuesta, si se señala más de ua se cosiderará ula. Las respuestas acertadas suma u puto, las icorrectas se calificará co /3 y las o cotestadas i suma i resta. APELLIDOS Y NOMBRE: FIRMA:. Sea u rectificador e puete trifásico cotrolado, que se alimeta desde ua red trifásica de 380 eficaces de líea y 50Hz. Se coecta a la salida ua carga altamete iductiva que cosume ua corriete prácticamete costate de 00A. Calcular el valor del águlo de disparo ecesario para que el valor medio de la tesió de salida sea de 00. a) 58,76 b) 68,76 c) 78,76 d) 88,76 Págia 7 de 9

18 . La gráfica siguiete correspode a u rectificador e puete trifásico, idicar el valor del águlo de disparo. a) 50 b) 80 c) 0 d) U rectificador trifásico simple cotrolado se alimeta co ua tesió eficaz fase-eutro de 0. La carga es ua fuete de corriete costate de 00 A. Si la frecuecia de etrada del rectificador es de 50 Hz, calcular la amplitud del armóico de 750 Hz cuado el águlo de disparo es de 30. a),6 b) 7,34 c),4 d) 30,04 4. La gráfica iferior muestra las tesioes de etrada y la tesió e u tiristor. Idicar de qué tiristor se trata. a) T4 b) T c) T5 d) T T T r s t T 3 0 T 4 T 5 T 6 5. U rectificador trifásico simple cotrolado se alimeta co ua tesió eficaz fase-fase de 380. La carga es ua resistecia de 3 Ω. Calcular el valor medio de la tesió de salida cuado el águlo de disparo es 95. a) 44,67 b) 63,7 c) 77,37 d) 09,4 Págia 8 de 9

19 6. E el rectificador aterior, calcular el valor eficaz de la corriete de cada fase del trasformador. a) 0,4 A b) 5,4 A c) 30,4 A d) 35,4 A 7. E la figura aparece la tesió de salida y la corriete de salida de u rectificador. Idicar las características del mismo. a) E0, α60, L 0 b) E00, α60, L0 c) E0, α60, L0 d) E00, α60, L 0 8. Sea u rectificador cotrolado de cuatro cuadrates co carga iductiva. Idicar la forma de oda de la corriete e la fase (I ) del trasformador cuado el águlo de disparo es de I 3 a) I I 0 b) I c) I d) 9. La gráfica siguiete muestra la tesió de salida de u iversor. Calcular el valor eficaz del armóico fudametal de la tesió de salida. a) 43, b) 86,43 c) 9,65 d) 7,86 96 SAL -96 Págia 9 de 9

20 0. E el iversor del problema aterior, calcular el valor eficaz del armóico de 350 Hz de la tesió de salida. La frecuecia del armóico fudametal es de 50 Hz. a) 6,7 b),35 c) 8,5 d) 4,69. Sea u iversor trifásico co modulació PWM. La forma de oda de la tesió de salida aparece e la figura, y el ídice de modulació es x 0,9. Calcular la amplitud del primer armóico de la tesió fase-fase. a) 45,00 b) 77,94 c) 90,00 d) 55,9. U iversor moofásico preseta ua tesió de salida co el coteido armóico de la tabla siguiete. Idicar cuáles so los mejores valores para u filtro LC que se coloque a la salida del iversor. a) L 6,33 mh, C 00 µf b) L 40,5 mh, C 000 µf c) L,0 mh, C µf d) L 0 µh, C 0 µf Frecuecia (Hz) Amplitud () E la figura se represeta las curvas características que delimita la zoa de disparo seguro del tiristor represetado e dicha figura. Si la resistecia R es de 36Ω y tiee ua toleracia del 0%, qué rago de valores puede tomar SG? a) 6,96 7,54 b) 5,53 8,5 c) 5,53 7,54 d) 6,96 8,5 Págia 0 de 9

21 4. Sea u rectificador trifásico simple cotrolado, co tesió fase-eutro de 7 eficaces. Calcular la potecia disipada e cada tiristor cuado la carga es ua fuete de corriete de 0A y el águlo de disparo es de 45. Datos del tiristor: umbral,, r diámica 0 mω. a) 6,67 W b) 0,67 W c) 4,67 W d) 8,67 W 5. Calcular la potecia disipada por el IGBT de la figura. Datos: f,5 khz, DS(SAT)., ciclo de servicio t o /T 0.45, t r 500 s, t f 750 s, t d(o) 350 s, t d(off) 600 s, R D 5 Ω, DD 600. a) 7,3 W b) 87,3 W c) 0,3 W d) 7,3 W R 5 Ω dc U tiristor motado sobre u radiador preseta la impedacia térmica trasitoria de la figura. Desde t 0 hasta t 60 s, el tiristor disipa 500 W. A partir de ese mometo pasa a disipar 00 W. Si la temperatura ambiete es de 40 C, calcular la temperatura e la uió cuado ha trascurrido 00 segudos. a) 68 C b) 76 C c) 84 C d) 9 C 7. U semicoductor disipa ua potecia de 7W. La temperatura ambiete es de 40 C y la máxima temperatura que soporta el semicoductor es de 50 C. Las resistecias térmicas uió-caja, caja-disipador y uió-ambiete (si disipador) so, respectivamete, C/W, 0,4 C/W y 50 C/W. Hay que decidir si es ecesario emplear u radiador y, si fuera ecesario, hay que elegir el de meor tamaño (meor volume) que cumpla las codicioes térmicas. a) Si radiador b) LS80. Rdisipador-ambiete 7, C/W (logitud x achura x altura 5 x 4 x 38 mm) c) LS300. Rdisipador-ambiete C/W (logitud x achura x altura 0 x 44 x 37 mm) d) PF75. Rdisipador-ambiete 3 C/W (logitud x achura x altura x x 9 mm) TEORÍA. Cotrol de la tesió de salida de iversores. Págia de 9

22 ELECTRONICA DE POTENCIA HOJAS DE PROBLEMAS CAPITULO : CONERTIDORES CA/CC. Dibujar la forma de oda de u rectificador: a) e puete moofásico (o bifásico) semicotrolado, carga iductiva y águlo de disparo de 90. b) e puete trifásico semicotrolado, carga iductiva y águlo de disparo de 90.. Idicar a qué tipo de rectificador y a qué águlo de disparo correspode las siguietes gráficas de la tesió de salida de u rectificador. a) b) c) 3. La gráfica de la figura correspode a u rectificador e puete trifásico semicotrolado. Idicar qué semicoductores coduce e el itervalo marcado. 4. Sea u rectificador trifásico simple, co tesió fase-eutro 0. a) Cuado la carga es iductiva y α 5, calcular: a) El valor medio de la tesió de salida a) La amplitud de los dos primeros armóicos b) Cuado la carga es resistiva y α 45, calcular el valor medio de la tesió de salida. 5. Sea u rectificador e puete trifásico, alimetado desde ua líea de 380 etre fases. a) Cuado la carga es iductiva y α 75, calcular: a) El valor medio de la tesió de salida a) La amplitud de los dos primeros armóicos b) Cuado la carga es resistiva y α 90, calcular el valor medio de la tesió de salida. 6. Sea u rectificador bifásico simple o cotrolado, alimetado co ua tesió fase-eutro de 00 eficaces y 50 Hz. La corriete por la carga es costate y de valor 0 A. Calcular el valor de la iductacia de dispersió (fugas) del trasformador sabiedo que el águlo de comutació es Sea u rectificador trifásico simple bidireccioal e corriete co carga iductiva pura. Dibujar las formas de oda de la tesió de salida y la corriete por la fase del trasformador cuado el águlo de disparo es: 30, 0, 0 y 300. Págia de 9

23 ELECTRONICA DE POTENCIA HOJAS DE PROBLEMAS 8. Sea u rectificador e puete trifásico bidireccioal e corriete co carga iductiva pura. Dibujar las formas de oda de la tesió de salida y la corriete por la fase del trasformador cuado el águlo de disparo es: 30, 0, 0 y Sea u rectificador e puete trifásico cuya tesió de etrada es de 380 eficaces fase-fase. Calcular el valor medio y eficaz de la corriete e cada tiristor, el valor eficaz de la corriete e cada devaado del trasformador y la máxima tesió e cada tiristor para α 30 cuado: a) la corriete de salida es costate I 500 A. b) la carga es resistiva, R Ω. 0. U rectificador trifásico e puete o cotrolado se alimeta co ua tesió fase-eutro de 00 eficaces. La carga es ua resistecia de Ω. a) Determiar la corriete media por cada diodo. b) Determiar la tesió de pico e cada diodo. c) Determiar la corriete eficaz e cada devaado del trasformador.. U rectificador hexafásico simple o cotrolado se alimeta co ua tesió fase-eutro de 00 eficaces. La carga es ua resistecia de Ω. a) Determiar la corriete media por cada diodo. b) Determiar la tesió de pico e cada diodo. c) Determiar la corriete eficaz e cada devaado del secudario del trasformador.. Para el rectificador co carga RLE y la tesió de salida de la figura, idicar la afirmació correcta: a) L 0, R 0 y E00 b) L0, R 0 y E00 c) L 0, R 0 y E0 d) L 0, R0 y E0 R L E 3. La gráfica de la figura correspode a u rectificador bifásico simple o cotrolado y carga R-L-E. La figura superior es la corriete de salida y la figura iferior es la tesió de etrada de la fase. Idicar cuál es el valor de la carga. a) L 0, R 0 y E 00 b) L 0, R 0 y E 00 c) L 0, R 0 y E 0 d) L 0, R 0 y E0 4. La gráfica de la figura correspode a la tesió de salida de u rectificador co carga R-L-E. Idicar cuál es el valor de la carga. a) L 0, E 50 y α 90 b) L 0, E 50 y α 90 c) L 0, E 0 y α 50 d) L 0, E 0 y α 50 Págia 3 de 9

24 ELECTRONICA DE POTENCIA HOJAS DE PROBLEMAS 5. Las gráficas siguietes correspode a dos rectificadores reversibles e corriete, idicar el águlo de disparo de cada uo: a) b) 3 Págia 4 de 9

25 ELECTRONICA DE POTENCIA HOJAS DE PROBLEMAS CAPITULO 3: CONERTIDORES CC/CA. U iversor moofásico semipuete y co pulso úico por semiciclo, tiee ua tesió de 4 e cada semibatería. Calcular la tesió del armóico fudametal.. U iversor moofásico e puete y pulso úico por semiciclo tiee ua tesió e cada semibatería de 00. El águlo de cotrol (desfase etre los dos semipuetes) es de 80. Calcular el valor de pico del armóico fudametal de la tesió de salida. 3. U iversor moofásico semipuete co modulació seoidal e ídice de modulació x 0,65, tiee ua tesió de 4 e cada semibatería. Calcular la tesió del armóico fudametal. 4. U iversor moofásico e puete co modulació seoidal tiee ua tesió e cada semibatería de 00. El desfase etre moduladoras (desfase etre los dos semipuetes) es de 80. El ídice de modulació es 0,85. Calcular el valor de pico del armóico fudametal de la tesió de salida. 5. U iversor moofásico preseta ua tesió de salida co el siguiete coteido armóico Frecuecia (Hz) Amplitud () Calcular u filtro LC que se coloque a la salida del iversor. 6. Sea u iversor PWM de dos iveles co frecuecia portadora 50 Hz y k 40. Calcular el filtro ecesario para reducir el valor del primer armóico al %. 7. E u iversor semipuete la corriete por la carga tiee forma seoidal, su valor eficaz es 60 A y su frecuecia 50 Hz. La tesió de cada semibatería es 50 y la frecuecia de comutació 0 khz. Calcular la potecia disipada por comutació e cada IGBT. Datos del IGBT: td(o) 50 s, tr 40 s, td(off) 300 s, tf 35 s. 8. Sea u iversor e puete moofásico. La tesió de salida (etre fases) aparece e la figura. Idicar el valor de los águlos de desfase de moduladoras y portadoras, φ y φ. 9. Sea u iversor e puete moofásico. La tesió de salida (etre fases) aparece e la figura. Idicar el valor de los águlos de desfase de moduladoras y portadoras, φ y φ. 4 Págia 5 de 9

26 ELECTRONICA DE POTENCIA HOJAS DE PROBLEMAS CAPITULO 4: EL TIRISTOR. U rectificador bifásico simple cotrolado está alimetado por ua tesió simple (fase-eutro) de 00 eficaces. El rectificador alimeta ua resistecia de Ω. La tesió umbral del tiristor es de y su resistecia diámica de 40 mω. Calcular la potecia que disipa cada tiristor cuado el águlo de disparo es 90.. E el circuito de la figura, la corriete de puerta Ip es de 0,5 A, R 000 Ω, Ieclavamieto 0 ma. Calcular la corriete por el tiristor cuado se deja de aplicar la corriete de puerta y: a) e 00 b) e 00 e R 3. U tiristor preseta uas características de puerta como las de la figura. Se dispara mediate el cierre del iterruptor I. Idicar cuál es la forma correcta de disparar el tiristor. a) 5, R 0 Ω, duració del pulso 50 % b) 0, R 0 Ω, duració del pulso 50 % c) 0, R 0 Ω, duració del pulso 00 % d) 5, R 0 Ω, duració del pulso 00 % R I 4. Sea u rectificador bifásico simple cotrolado, co tesió fase-eutro de 0 eficaces. Calcular la potecia disipada e cada tiristor cuado la carga es ua fuete de corriete de 0 A y el águlo de disparo es 90. Datos del tiristor: umbral,5, rdiámica 30 mω. 5 Págia 6 de 9

27 ELECTRONICA DE POTENCIA HOJAS DE PROBLEMAS CAPITULO 5: EL IGBT. El IGBT SKM400GA0D de la marca SEMIKRON se emplea e el circuito de la figura. Calcular la potecia que disipa cuado comuta a ua frecuecia de 0 khz. Datos: DS(SAT).5, tr 700 s, tf 500 s, ciclo de servicio 0.5 R Ω DD 500. Calcular el puto de trabajo del IGBT de la figura aterior cuado GS 5, empleado sus gráficas I C CE. 3. U IGBT se mota e u circuito co ua fuete de tesió cotiua y ua resistecia. Tiee aplicada ua tesió de puerta periódica, como se idica e la figura. Calcular la potecia disipada (tato por comutació como por coducció) e el IGBT. Datos del IGBT: ds(o), td(o) 50 s, tr 40 s, td(off) gs 300 s, tf 35 s. dc 0 t (µs) R Ω 6 Págia 7 de 9

28 ELECTRONICA DE POTENCIA HOJAS DE PROBLEMAS CAPITULO 6: REGIMEN TERMICO. U diodo tiee ua temperatura e la uió de 5 C cuado disipa ua potecia de 00 W. La temperatura ambiete es de 40 C. Las resistecias térmicas uió-caja y caja-radiador so 0,0 y 0,05 C/W respectivamete. Calcular la resistecia térmica del radiador que debe motarse.. U tiristor motado sobre u radiador preseta la impedacia térmica trasitoria de la figura. La potecia que disipa el tiristor es de 450 W. Si la temperatura ambiete es de 5 C, calcular la temperatura e la uió cuado ha trascurrido 00 segudos. 3. U tiristor motado sobre u radiador preseta la impedacia térmica trasitoria de la figura. E el arraque de u motor, la potecia que disipa el tiristor es de 900 W durate los primeros 30 segudos y 450 W a partir de ese istate. Si la temperatura ambiete es de 5 C, calcular la temperatura e la uió cuado ha trascurrido 00 segudos. 4. U tiristor motado sobre u radiador preseta la impedacia térmica trasitoria de la figura. Desde t 0 hasta t 60 s el tiristor disipa 000 W. A partir de ese mometo pasa a disipar 0 W. Si la temperatura ambiete es de 40 C, calcular la temperatura e la uió cuado ha trascurrido 00 segudos. 7 Págia 8 de 9

29 . ALGUNOS ASPECTOS BÁSICOS INTRODUCCIÓN AL APRENDIZAJE COOPERATIO La clase se orgaiza de forma activa. E clase, el alumo hace, o se dedica a escuchar y escribir Se trabaja e grupos de tres alumos. Se pretede que los grupos sea estables El profesor actúa de orietador y orgaizador La presecia de los compañeros de grupo es ua ayuda: platea dudas, resuelve dudas, aima a trabajar, Es ua actividad más parecida al etoro laboral. ENTAJAS DEL APRENDIZAJE COOPERATIO Los ivestigadores idica que, idepedietemete de la materia, los estudiates que trabaja e pequeños grupos logra u mayor redimieto, que cuado se emplea otros métodos de eseñaza. Estos alumos cosigue: mayor redimieto académico, mayor persistecia después de la graduació, mayor habilidad para el razoamieto y el pesamieto crítico, compresió más profuda de la materia, meores iveles de estrés y asiedad, mayor motivació, mayor habilidad para ver situacioes desde otras perspectivas, relació más positiva y de apoyo mutuo co compañeros, actitud más positiva hacia la materia y mayor autoestima. Hay muchos estudios que demuestra que los estudiates que aprede cooperativamete cosigue mejores calificacioes que los que trabaja el material de forma idividual. Felder idica ua mejora del úmero de aprobados del 36 % al 58 y 65 %. Los estudiates aprede más haciedo que escuchado. Los estudiates débiles, cuado se ecuetra atascados co ua asigatura, tira ates la toalla cuado trabaja solos, mietras que utilizado el trabajo e grupo permaece más. Los estudiates fuertes, al explicar y clarificar el material a los alumos más débiles, habitualmete descubre y llea sus laguas. Se ecesita resposabilidad idividual, ya que hay alumos que tiee tedecia atural a domiar el grupo y otros a o tomar resposabilidad. Evaluació del trabajo del grupo: cuestioarios. Cuado los estudiates trabaje como Igeieros Técicos, trabajará e equipos. El 38,8 % de las empresas que cotrata titulados uiversitarios utiliza etrevistas e grupo. 3. POSIBLES DIFICULTADES O RETICENCIAS Es mejor utilizar el tiempo escuchado al profesor que trabajado co compañeros que sabe ta poco como uo mismo. Me ha ido bie fiádome de mi propio esfuerzo y o quiero que me estorbe otros alumos co diferetes métodos de trabajo. Timidez o falta de costumbre de compartir el trabajo co los compañeros. Los estudiates fuertes puede pesar que sus compañeros les va a retrasar. Los estudiates débiles puede pesar que va a ser igorados e las reuioes de grupo. BIBLIOGRAFÍA: J. Bará, M. alero, Taller de Formació: Técicas de Apredizaje Cooperativo, Uiversidad Politécica de Cataluña. R.M. Felder, R. Bret, Cooperative Learig i Techical Courses: Procedures, Pitfalls, ad Payoffs, October 994. Speakig of Teachig, Staford Uiversity Newsletter o Teachig, Witer 999, ol. 0, No.. Las empresas pide más, EL PAIS, domigo 3 de octubre de 004. Págia 9 de 9

30 PRACTICAS DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA (3º I. T. I. ELECTRICIDAD) CURSO 009/00 Codició geeral: la asistecia al laboratorio es obligatoria, cada falta de asistecia supoe ua reducció de 0,5 putos e la ota idividual sobre putos de calificació máxima del laboratorio. PRÁCTICA : RECTIFICADORES SEMICONTROLADOS ( puto) Cada grupo debe prepararse para la realizació de u exame (e grupo) de motaje de dos rectificadores semicotrolados e el laboratorio. Los motajes so el puete bifásico (moofásico) semicotrolado y el rectificador bifásico simple semicotrolado. El exame a realizar se preseta a cotiuació. Se realizará el cuarto día de prácticas si igú tipo de material. EXAMEN. Comprobar que se ecuetra e correcto estado los siguietes elemetos: dos geeradores de impulsos, dos tiristores, soda para el osciloscopio. Notas: Si sobre u compoete (tiristor o geerador de impulsos) poe algua idicació de ecotrarse deteriorado ( MAL, NO, etc.) o de debe utilizar.. Realizar el motaje de u rectificador e puete bifásico (moofásico) semicotrolado alimetado desde 44 eficaces, situado u águlo de disparo de. Utilizar como carga ua resistecia de 50 Ω. Cuado el circuito fucioe correctamete AISAR AL PROFESOR PARA COMPROBAR EL FUNCIONAMIENTO. Dibujar de forma correlativa la forma de oda de la tesió de etrada, la tesió e T y D y la tesió de salida (poer valores de tesió e el dibujo). Nota: se recomieda dibujar el esquema completo e primer lugar (icluyedo las coexioes de los trasformadores de impulsos y geeradores de impulsos). 3. Medir la corriete media por: etrada, carga, u tiristor y u diodo. AISAR AL PROFESOR PARA COMPROBAR LA MEDIDA. Ietrada, Icarga, Itiristor, Idiodo 4. Calcular teóricamete el valor medio de la tesió de salida. Medir el valor medio de la tesió de salida. AISAR AL PROFESOR PARA COMPROBAR LA MEDIDA. 5. Sustituir, e el circuito aterior, la carga resistiva de 50 Ω por ua carga formada por ua resistecia de 50 Ω e serie co ua iductacia de 00 mh. isualizar e el osciloscopio la tesió de salida y la corriete de salida, y dibujarlas de forma correlativa. AISAR AL PROFESOR PARA COMPROBAR EL FUNCIONAMIENTO. 6. Realizar el motaje de u rectificador bifásico simple semicotrolado alimetado -0- eficaces, situado u águlo de disparo de. Utilizar como carga ua resistecia de 50 Ω. Cuado el circuito fucioe correctamete AISAR AL PROFESOR PARA COMPROBAR EL FUNCIONAMIENTO. Dibujar de forma correlativa la forma de oda de la tesió de etrada, la tesió e T y D y la tesió de salida (poer valores de tesió e el dibujo). Nota: se recomieda dibujar el esquema completo e primer lugar (icluyedo las coexioes de los trasformadores de impulsos y geeradores de impulsos). 7. Sustituir, e el circuito aterior, la carga resistiva de 50 Ω por ua carga formada por ua resistecia de 50 Ω e serie co ua iductacia de 00 mh. isualizar e el osciloscopio la tesió de salida y la corriete de salida, y dibujarlas de forma correlativa. AISAR AL PROFESOR PARA COMPROBAR EL FUNCIONAMIENTO. Págia 30 de 9

31 CAPÍTULO : INTRODUCCIÓN.. TIPOS DE CONERTIDORES ELECTRÓNICOS DE POTENCIA CONERTIDORES CA/CC (RECTIFICADORES) FUNCIÓN: Geerar ua tesió cotiua a partir de ua tesió altera. CONTROL: Tesió de salida cotiua regulada. EJEMPLOS DE APLICACIONES: Fuete de Alimetació, Cotrol de Máquias de CC, Cargador de Baterías, etc. CONERTIDORES CC/CA (INERSORES) FUNCIÓN: Geerar ua tesió altera a partir de ua tesió cotiua. CONTROL: Tesió de salida altera regulada e frecuecia y tesió. EJEMPLOS DE APLICACIONES: Cotrol de elocidad de Máquias de CA, Sistemas de Alimetació Iiterrumpida (SAI), Eergías Reovables, etc. CONERTIDORES CC/CC FUNCIÓN: Geerar ua tesió cotiua a partir de ua tesió cotiua de diferete valor. CONTROL: Tesió de salida cotiua regulada, mayor y/o meor que la tesió de etrada. CON/SIN TRANSFORMADOR: Co/si aislamieto etre etrada y salida. EJEMPLOS DE APLICACIONES: Fuetes de Alimetació, Cotrol de Máquias de CC. CONERTIDORES CA/CA (CICLOCONERTIDORES) FUNCIÓN: Geerar ua tesió altera a partir de ua tesió altera de diferete tesió y frecuecia. CONTROL: Tesió de salida altera regulada e frecuecia y tesió. EJEMPLOS DE APLICACIONES: Cotrol de elocidad de Motores de CA de muy alta potecia. Bibliografía: Hart... SEMICONDUCTORES DE POTENCIA Tesió Máxima Corriete Máxima Potecia Tiempos de comutació DIODO TIRISTOR IGBT MOSFET Td(o) Tr Td(off) Tf Págia 3 de 9

32 CONERTIDORES CA/CC (RECTIFICADORES) Los covertidores CA/CC se ecarga de trasformar eergía eléctrica de corriete altera a corriete cotiua. La tesió de etrada es u sistema de tesioes polifásico (habitualmete moofásico o trifásico). Ates de comezar u estudio aalítico de este tipo de covertidores se va a presetar las topologías fudametales empleadas. Sobre ellas se va a aalizar las formas de oda de las tesioes y las corrietes de los covertidores. Los rectificadores se va a clasificar e tres grupos segú el tipo de semicoductores que utilice. Se deomia rectificadores o cotrolados a aquellos que emplea solamete diodos, rectificadores cotrolados a los que utiliza exclusivamete tiristores, y rectificadores semicotrolados a los que usa ambos tipos de semicoductores simultáeamete. Se va a utilizar dos tipos de cargas para aalizar las formas de oda de los rectificadores, carga resistiva y carga fuete de corriete costate. La seguda de ellas represeta ua carga fuertemete iductiva, capaz de mateer la corriete prácticamete costate durate u úmero elevado de ciclos de la tesió de alimetació. E las gráficas que ilustra el comportamieto de los rectificadores co carga iductiva, la corriete costate tiee u valor de 000 A.. TOPOLOGÍAS FUNDAMENTALES Todos los rectificadores que se va a aalizar se va a alimetar desde u trasformador. Su misió es triple. E primer lugar, proporcioar aislamieto eléctrico respecto de la red de alimetació. E segudo lugar, sumiistrar el ivel de tesió apropiado a la aplicació del rectificador. Y e tercer lugar, proporcioar el úmero de fases adecuado a la aplicació (,, 3, 6,...)... RECTIFICADORES NO CONTROLADOS Los rectificadores o cotrolados sólo utiliza diodos, por lo que o puede hacer u cotrol de la tesió de salida, sio que ésta viee determiada por el valor de la tesió de etrada y la relació de trasformació del trasformador. a) Rectificador Moofásico Cuado la tesió de alimetació es moofásica y la carga es resistiva, el diodo coduce cuado la tesió de etrada es positiva. D R Si la carga es ua fuete de corriete costate, el diodo coduce e todo mometo y, por tato, las tesioes de salida y de etrada so iguales. D I Págia 3 de 9

33 b) Rectificador bifásico simple E este caso el rectificador se alimeta co dos tesioes que tiee u desfase de 80. Estas dos tesioes se geera mediate u trasformador co toma itermedia e el secudario. Cuado la carga es resistiva, coduce el diodo que tiee mayor tesió e su áodo, por lo que a la salida aparece ua tesió compuesta por las semiodas positivas. Si la carga es iductiva (fuete de corriete costate), la corriete de salida tiee que circular siempre por uo de los dos diodos. Como se puede apreciar e las figuras, la corriete comuta etre los dos diodos, coduciedo e cada istate aquel que tiee mayor tesió aplicada al áodo. D D Z Z R Z: I cte c) Rectificador trifásico simple El rectificador trifásico simple se alimeta desde u trasformador trifásico coectado e estrella. Cada fase se coecta a u áodo. Todos los cátodos se ue co u extremo de la carga, mietras que el otro extremo de la carga se ue al eutro del trasformador. El diagrama de fases de la tesió del secudario muestra tres vectores desfasados 0, como se puede ver tambié e las gráficas de las tesioes de etrada. E cada istate va a coducir el diodo que tega mayor tesió aplicada al áodo, por lo que la tesió de salida está formada por las cúpulas del sistema trifásico de tesioes. D 0 D D3 3 R 3 Págia 33 de 9

34 d) Rectificador hexafásico simple Este rectificador es totalmete similar al aterior e cuato a comportamieto. Se alimeta desde u trasformador co seis fases e el secudario, desfasadas 60, coectadas e estrella. El primario es trifásico, mietras que el secudario tiee tres fases co toma itermedia e cada ua de ellas. Si se ue las tomas itermedias de las tres fases del secudario se obtiee seis fases de salida. Por lo demás el comportamieto es similar al caso aterior. D D D3 3 4 D D5 D 6 R 3 Págia 34 de 9

35 e) Rectificador bifásico e puete Este rectificador tambié se puede deomiar rectificador moofásico simple, auque e este curso se va a deomiar bifásico, y se va a supoer que hay ua toma itermedia e el secudario, auque o se va a utilizar. Cuado la tesió del secudario es positiva coduce los diodos y 4, mietras que cuado la tesió es egativa lo hace los diodos y 3. El resultado es que e la salida aparece los semiperiodos positivos de la tesió de etrada. Hay que otar que e la gráfica iferior aparece la tesió de etrada de la fase, es decir, la mitad de la tesió del secudario. D D R D 3 D 4 f) Rectificador trifásico e puete El rectificador trifásico e puete utiliza u trasformador trifásico, pero o coecta el eutro. Cada fase va uida a ua rama formada por dos diodos. E u rectificador de este tipo iterviee las tesioes simples y las tesioes de compuestas, cuyos desfases se puede apreciar e la figura. Este rectificador se puede cosiderar que es igual que dos rectificadores trifásicos simples e serie, dode uo tiee los cátodos uidos y el otro tiee los áodos uidos, como se ve e la figura de la derecha. La tesió del rectificador trifásico simple superior A0 está formada por las cúpulas de las tres tesioes simples ( 0, 0, 30 ). La tesió del rectificador trifásico simple iferior B0 está formada por las cúpulas iferiores de las tesioes simples, ya que e este caso los diodos tiee los áodos uidos, por lo que coduce, e cada istate, el diodo que tiee meor tesió aplicada al cátodo. E ambas figuras se idica qué diodo coduce e cada istate. El diodo D coduce cuado la tesió 0 es la mayor de las tres tesioes simples, mietras que el diodo D 4 coduce cuado la tesió 0 es la meor de las tres tesioes simples. La tesió de salida del puete rectificador AB es la diferecia las tesioes de cada rectificador simple A0 - B0. La gráfica de la tesió del rectificador e puete AB se puede obteer, gráficamete, restado puto a puto las gráficas de las tesioes A0 y B0. La corriete de salida del rectificador e puete circula, e cada istate, por u diodo de los tres superiores y por u diodo de los tres iferiores. Cuado coduce, por ejemplo, los diodos D y D 5 la tesió A0 es 0, la tesió B0 es 0 y la tesió AB es. D D D 3 D D A 3 R 3 D3 0 D 4 D 5 D 6 0 D 4 R 3 D5 B D Págia 35 de 9

36 D D D 3 A0 B0 D 5 D 6 D 4.. RECTIFICADORES CONTROLADOS AB Los rectificadores cotrolados tiee las mismas topologías que los rectificadores o cotrolados, pero e vez de teer diodos, está compuestos por tiristores. Aparece ua ueva variable que es el águlo de disparo α de los tiristores. Éste es el águlo que se retrasa el disparo de los tiristores respecto del puto de comutació atural (istate de comutació si se tratara de diodos). Cuado el águlo de disparo es de 0 el comportamieto es igual que si se tratara de u rectificador de diodos. a) Rectificador trifásico simple Cuado la carga es resistiva hay que teer e cueta dos cosas. La primera es que la tesió de salida o puede ser egativa, por lo que cuado la tesió de salida se hace cero, el tiristor se corta. La seguda es que cuado u tiristor está coduciedo y se dispara otro, sólo uo permaecerá coduciedo, y será aquel que tega mayor tesió de áodo. La primera figura de la derecha correspode a carga resistiva y águlo de disparo α de 0. Los tiristores se dispara e el puto de comutació atural y la forma de oda es igual que la de u rectificador de diodos. Cuado el águlo de disparo es de 0, los tiristores se dispara 0 después del puto de comutació atural, por lo que durate 0 la tesió de salida sigue siedo igual que la tesió de la fase del tiristor aterior. Cuado el águlo de disparo es de 60, la tesió de salida se hace cero ates de que se dispare el tiristor siguiete, por lo que hay tiempos e que la tesió de salida es cero. Este caso se deomia coducció discotiua. Cuado la carga es iductiva y el águlo de disparo es meor de 30, la tesió de salida o llega a hacerse cero y su forma de oda es igual que cuado la carga es resistiva. La forma de oda se hace diferete cuado el águlo supera dicho valor. Como la corriete de salida es costate siempre debe de coducir algú tiristor. Por ello, el tiristor que viee coduciedo permaece e este estado hasta que se dispara el siguiete tiristor, auque la tesió de su fase se haga egativa, como se observa e la figura. 5 Págia 36 de 9

37 T 0 T 3 T3 Z Z R, α 0 Z R, α 0 Z R, α 60 Z: I cte, α 60 b) Rectificador bifásico e puete E el rectificador e puete bifásico los tiristores se dispara por pares, los tiristores T y T 4 se dispara simultáeamete y lo mismo ocurre co T y T 3. Cuado la carga es resistiva y el águlo de disparo de 60, se dispara cada par de tiristores 60 después del puto de comutació atural (diodos). Cuado la tesió se hace cero, los tiristores se corta. Cuado la carga es iductiva de valor 000 A, la corriete por la carga o se puede cortar, por lo que siempre tiee que coducir u tiristor superior y u tiristor iferior. Los tiristores T y T 4 o se corta, auque la tesió de etrada se haga egativa, hasta que se dispare los tiristores T y T 3. T T R T 3 T 4 Z R, α 60 6 Págia 37 de 9

38 Z: I cte, α 60 c) Rectificador trifásico e puete El rectificador trifásico e puete se puede cosiderar compuesto por dos rectificadores trifásicos simples coectados e serie, como se ha idicado e el caso del rectificador o cotrolado. La tesió de salida del puete rectificador AB es la diferecia las tesioes de cada rectificador simple A0 - B0. E las figuras aparece las gráficas de estas tesioes ( A0, B0 y AB ) cuado el águlo de disparo es de 60. Se idica cuáles so los tiristores que coduce e cada istate. E la tercera gráfica aparece la tesió de salida AB juto co las corrietes de cada tiristor, cuado la carga es resistiva. Los itervalos de coducció de cada tiristor coicide co los que aparece e las dos primeras gráficas. Las geeratrices de la tesió de salida del rectificador e puete AB so las tesioes compuestas,, 3, 3,, 3 y 3. Cuado la geeratriz que aparece e la tesió de salida es, las tesioes A0 y B0 so, respectivamete, y. Los tiristores que se ecuetra e coducció so T y T 5. Si la carga es resistiva y el águlo de disparo mayor de 60, el rectificador preseta coducció discotiua, la tesió de salida se hace cero durate u cierto águlo, como se puede ver e la figura correspodiete (90 ). Cuado la carga es iductiva la tesió o es uca cero, ya que siempre tiee que coducir u tiristor superior y uo iferior, como se puede apreciar e la última figura para u águlo de 90. T T T 3 T T T 3 A 3 0 T 4 T 5 T 6 B A0, α T 5 T 6 T 4 B0, α Págia 38 de 9

39 Z R, AB, α 60 Z R, AB, α 90 Z: I cte, AB, α RECTIFICADORES SEMICONTROLADOS Los rectificadores semicotrolados tiee diodos y tiristores. Sus formas de oda so similares a las de los rectificadores co carga resistiva auque presete carga iductiva. Esto se cosigue mediate el efecto de libre circulació de corriete que proporcioa los diodos. a) Rectificador trifásico simple semicotrolado E los rectificadores simples, la topología semicotrolada sitúa u diodo e paralelo co la carga, e la posició que se observa e la figura. Si la carga es resistiva, etoces la tesió de salida será mayor que cero, por lo que el diodo o coducirá uca. Cuado la carga es iductiva, el diodo coduce la corriete de la carga al hacerse cero la tesió de salida, permitiedo que los tiristores se corte al llegar a cero la tesió de su fase. Cuado el águlo de disparo es 0, la tesió de salida es positiva, idepedietemete del tipo de carga, y el diodo siempre está cortado. Cuado el águlo de disparo supera los 30 (e la figura 0 ), la tesió se hace ula durate u cierto águlo. Mietras la tesió de salida es positiva, coduce el tiristor correspodiete a la geeratriz de la tesió simple, por ejemplo, cuado coduce T aparece e la salida 8 Págia 39 de 9

40 la tesió. Al llegar la tesió a cero, el comportamieto es diferete segú la carga sea resistiva o iductiva. Si es resistiva, el tiristor se extigue y o hay corriete hasta que se dispare el tiristor siguiete. Si la carga es iductiva, el tiristor se extigue y etra e coducció el diodo, que se ecarga de sumiistrar ua vía de circulació a la corriete de la carga. T 0 T 3 T3 D Z α 0 α 0 b) Rectificador e puete trifásico semicotrolado El rectificador e puete trifásico semicotrolado tiee tres tiristores e la parte superior, que forma u rectificador trifásico simple cotrolado, mietras que los tres diodos de la parte iferior forma u rectificador trifásico simple o cotrolado. La modificació del águlo de disparo sólo afecta a los tiristores, los diodos comuta siempre e el puto de comutació atural (0 ). E todas las gráficas que se va a presetar se va a supoer que la carga es iducitva. Cuado el águlo de disparo es de 0, los diodos y los tiristores comuta e el puto de comutació atural. E la gráfica se ha idicado cuáles so las geeratrices de la tesió compuesta que aparece e la tesió de salida e cada istate, juto co el istate e que etra e coducció cada semicoductor. Si el águlo es de 30, el disparo de los tiristores se retrasa 30, pero la comutació de los diodos permaece e el mismo puto, como puede verse e la gráfica correspodiete. E ella se ha idicado cuádo etra e coducció cada semicoductor. Tambié se puede ver el itervalo de coducció de cada semicoductor e las gráficas de corriete que acompaña a la de la tesió de salida. Cuado el águlo es de 90, la lógica de fucioamieto es igual que e los dos casos ateriores, auque el efecto es u poco diferete. El disparo de los tiristores se retrasa 90, mietras que los diodos comuta e su puto de comutació atural, esto hace que el disparo de cada tiristor se produzca después de la comutació del diodo que iba a cotiuació. Por ello, hay u pequeño tiempo e que coduce simultáeamete el diodo y el tiristor de la misma rama, motivo por el cual la tesió de salida es ula durate ese tiempo. Hay que otar que, auque la tesió de salida es ula, la corriete o lo es. El motivo es que la carga es iduciva. Si la carga fuera resistiva, las formas de oda sería iguales, pero cuado la tesió de salida es ula, o habría coducció de corriete por los semicoductores. T D 3 T D T 3 D T T T Z 3 0 D D D 3 α 0 9 Págia 40 de 9

41 T D 3 T D T 3 D α 30 D 3 T D T D T α 90 c) Rectificador e puete bifásico semicotrolado Como se idicaba e otros rectificadores e puete bifásico, tambié se puede deomiar rectificador moofásico e puete semicotrolado. Igual que ocurre e el rectificador e puete trifásico, este rectificador está formado por dos rectificadores simples, uo superior costituido por los tiristores y uo iferior por los diodos. El puto de comutació de los tiristores se cotrola mediate el águlo de disparo, mietras que los diodos comuta e el puto de comutació atural. E la figura aparece las tesioes y corrietes cuado el águlo de disparo es de 45 y la carga es iductiva. Cuado la tesió de salida es positiva, coduce u tiristor y u diodo cruzados. Pero cuado la tesió se hace ula, etra e coducció el diodo de la misma rama del tiristor que está coduciedo, motivo por el cual la tesió de salida se hace ula. Auque la tesió de salida sea cero, la corriete de salida o se aula ya que la carga es iductiva, como se puede ver e las gráficas de las corrietes. Si la carga es resistiva, la corriete se hace cero cuado la tesió se aula. 0 Págia 4 de 9

42 D T D T T T Z D D α 45 Págia 4 de 9

43 CAPÍTULO CONERTIDORES CA/CC (RECTIFICADORES) TEXTO: S. Lorezo, J.M. Ruiz, A. Martí. Simulació, Cotrol Digital y Diseño de Covertidores Electróicos de Potecia mediate PC. Departameto de Tecología Electróica. Uiversidad de alladolid pág. 80 a 88, pág. 37 a 55, pág. 57 a 60, pág. 64 a 8, pág. 88 a 93, pág. 300 a 30 Págia 43 de 9

44 Ídice Topologías fudametales Covertidores co matriz geeral de coversió CA/CC Covertidores e puete Rectificadores co carga L-R-E Rectificadores de cuatro cuadrates Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) Págia 44 de 9

45 Covertidores co matriz geeral de coversió (I) Matriz de coversió Ejemplo: rectificador bifásico co carga iductiva T T I Polo de potecia y Fució Existecial A º fases Duració /A ariables Idepedietes: etrada e Isalida ariables depedietes: salida e Ietrada salida (suma de trozos de la tesió de etrada) Ietrada (suma de trozos de la corriete de salida) I Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) 9 i j M i N j H H ij ij I i j i j,..., N,..., M Págia 45 de 9

46 Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) 0 Covertidores co matriz geeral de coversió: formulació matemática (II) ( ) ( ) [ ] + 0 se cos ) ( t S t C t H ω ω ω ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) A t Hd Hdt T C A t d t H dt t H T C t d t H dt t H T S A A T T A A T T A A T T se cos cos 0 se se 0 ω ω ω ω ω ω ω ( ) + cos se ) ( t A A t H ω ω cos se 0 + A K K K H A K t A A H ω Desarrollo e serie de Fourier Coeficietes del desarrollo e serie Expresió de la Fució Existecial Fució Existecial de A fases (desfase /A) H H H A H A T T Fució impar E cada istate sólo ua fució existecial vale Págia 46 de 9

47 Covertidores co matriz de coversió CA/CC Rectificador co matriz de coversió o simple i: 50 Hz out: 50 Hz p,, 3,... armóico 50, 300, 450,... Hz CC CC, ARM A, CONT se cosα A ( α 0) ( ) CC, ARM CC, CONT p CC oltaje de las fases de etrada: oltaje de salida A A CC Hi i + i 0 i 0 A CC, CONT + CC, ARM oltaje de salida, valor medio oltaje de salida, armóicos ( p) CC, CONT( α 0) ( pa ) [( pa) ] [ ] i cos ωt A Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) p cos α + se α i se A i i cos t cos t ω α A ω A cos α + se α ( pa) α ( pa) cos( paωt β ) H Págia 47 de 9 i i

48 Covertidores co matriz de coversió CA/CC. Coducció cotiua/discotiua Coducció cotiua Coducció discotiua H H H 3 CC CC CC A i 0 Hi A, CONT se cosα A i, ARM α cos α + ( p) CC, CONT( ) ( pa ) [ ] α ( ) 0 se pa cc T T ( t) dt 3 0 T sexdx Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) Págia 48 de 9

49 Covertidores e puete Rectificador e puete Rectificador simple egativo Armóicos R. simple 50, 300, 450,... Hz p,, 3,... R. e puete 300, 600, 900,... Hz p, 4, 6,... A CC, CONT se cos A A se cos( α ) A ( + α ) CC A, CONT, PUENTE CC, CONT, AN CC, CONT, BN se cos A CC, ARM, PUENTE CC, CONT, PUENTE p CC, ARM, PUENTE ( α 0) [ + cos( pa )]( ) ( p) CC, CONT, PUENTE( α 0) ( ) [( pa) ] ( pa) cos( paωt β ) cos α + se α( pa) pa Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) 3 [ ] ( α ) p cos α + se α Págia 49 de 9

50 Rectificadores co carga L-R-E Rectificador moofásico co carga L-R-E Rectificador bifásico simple co carga L-R-E Rectificador trifásico simple co carga L-R-E Rectificador trifásico simple cotrolado co carga L-R-E Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) 4 Págia 50 de 9

51 Rectificadores co carga RLE Rectificador moofásico di CC L + IR + E dt a b a b a: extició de la corriete del diodo b: puesta e coducció del diodo Pico causado por la bobia a b a b a b: oe Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) 5 Págia 5 de 9

52 Rectificadores co carga RLE Rectificador bifásico simple L 0.00 H R Ohm E 00 Rectificador trifásico simple Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) 6 Págia 5 de 9

53 Rectificadores co carga RLE Rectificador trifásico simple cotrolado Disparo del tiristor Apagado del tiristor Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) 7 Págia 53 de 9

54 Rectificadores de cuatro cuadrates Cuadrate I Cuadrate II Cuadrate III α Direcció del flujo de potecia: I y III: red carga II y I: carga red Rectificador trifásico simple α Cuadrate I α: 0-79º, Icc > 0, T-T-T3 α: º, Icc < 0, T4-T5-T6 Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) 8 Págia 54 de 9

55 Rectificadores de cuatro cuadrates Rectificador trifásico e puete α: 0-79º, Icc > 0, T a T6 α: º, Icc < 0, T7 a T α Capítulo : Covertidores CA/CC (Rectificadores) 9 Págia 55 de 9

56 Págia 56 de 9

57 Págia 57 de 9

58 Págia 58 de 9

59 Págia 59 de 9

60 ORGANIZACIÓN DEL CAPÍTULO DE RECTIFICADORES CLASE - Topologías fudametales: Rectificadores o cotrolados PARTE PARTE PARTE 3 Moofásico Trifásico simple Hexafásico Bifásico simple Bifásico e puete Orgaizació : Tarea del grupo: apreder los coteidos de la documetació y saber explicar de forma somera el fucioamieto de uo cualquiera de los rectificadores. Lectura idividual del material: 5 Reuió de expertos: Discusió del material: 0 Elaboració de u guió (esquema, gráfico, etc.) para explicar el material e 5 a los compañeros del grupo origial: 5 Reuió del grupo origial: Presetació de los esquemas: 0 Explicació de uo de los cico esquemas por parte de u miembro del grupo elegido aleatoriamete: 5 Reflexió sobre el trabajo e grupo: 5 (Cada miembro del grupo debe mecioar ua cosa que ha ido bie y ua que ha ido mal e el trabajo realizado por el grupo.) Roles: Para la reuió de expertos (roles estáticos durate la reuió): Rol : Explica el coteido del material asigado tal y como él lo etiede Rol : Pide aclaracioes, y cotribuye co su propia opiió sobre el tema Rol 3: Toma otas para preparar la sítesis, y cotrola el tiempo Para la reuió del grupo (va rotado cada vez que se discute uo de los esquemas): Rol : Explica su esquema usado el guió elaborado e la reuió de expertos Rol : Pide aclaracioes Rol 3: Cotrola el tiempo CLASE : - Topologías fudametales: Rectificadores e puete trifásico o cotrolado y rectificadores cotrolados PARTE PARTE PARTE 3 Trifásico e puete o cotrolado Trifásico simple Bifásico e puete Orgaizació: Objetivo: apreder los coteidos de la documetació. Lectura idividual del material: 5 Reuió de expertos: Discusió del material: 0 Elaboració de u guió (esquema, gráfico, etc.) para explicar el material e 5 a los compañeros del grupo origial: 5 Reuió del grupo origial: Presetació de los esquemas: 0 Tarea del grupo: Resolver el siguiete problema. Sea u rectificador trifásico simple cotrolado co águlo de disparo 90 grados, dibujar las formas de oda de la tesió de salida y de la corriete e el tiristor, cuado la carga es resistiva y cuado es iductiva. Etregar la próxima clase. Roles: Como e la Clase CLASE 3: - Topologías fudametales: Rectificadores cotrolados y semicotrolados PARTE PARTE PARTE 3 Trifásico e puete cotrolado Puete bifásico y trifásico simple Puete trifásico J. Bará, M. alero, Taller de Formació: Técicas de Apredizaje Cooperativo, Uiversidad Politécica de Cataluña. Págia 60 de 9

61 Orgaizació: Objetivo: apreder los coteidos de la documetació. Lectura idividual del material: 5 Reuió de expertos: Discusió del material: 0 Elaboració de u guió (esquema, gráfico, etc.) para explicar el material e 5 a los compañeros del grupo origial: 5 Reuió del grupo origial: Presetació de los esquemas: 0 Cuestió: Cómo fucioa tu grupo de Apredizaje Cooperativo? Poer e u papel cada miembro del grupo u aspecto positivo y uo egativo sobre el fucioamieto de tu grupo (total 3 positivos/3 egativos).. Tarea del grupo: Resolver el siguiete problema. Sea u rectificador trifásico simple semicotrolado co águlo de disparo 0 grados y carga iductiva. Dibujar las formas de oda de la corriete e el tiristor y e el diodo. Etregar la próxima clase. Roles: Como e la Clase CLASE 4: Covertidores co matriz geeral de coversió. Covertidores co matriz de coversió ca/cc. Covertidores e puete. (Exposició del tema por el profesor). CLASE 5 PARTE : PROBLEMA PARTE : PROBLEMA PARTE 3: Estudio de las siguietes fórmulas, correspodietes a la corrietes de u rectificador simple y e puete: Rectificador simple: corriete de fase y corriete por el polo. Rectificador e puete: corriete de fase (Ii) y corriete por el polo (Ip). + cos cc cc i i A i t A se A I I H I α ω A I med I cc i ) ( A I A I dt I eficaz I cc cc A cc i 0 ) ( + cos cos cc cc i cc i i A i t A se A A i t A se A I I H I H I α ω α ω +, cos cc cc i i p A i t A se A I I H I α ω A I med I cc p ) ( Págia 6 de 9

62 p cc cc A I eficaz ( ) I 0 dt I A Icc A Ii ( med) 0 A Ii( eficaz) I 0 cc dt I cc A I cc A Tarea del grupo: Resolver: Sea u rectificador e puete trifásico cotrolado, cuya carga es ua fuete de corriete de 500 A. Calcular el valor eficaz de la corriete e cada rama del secudario del trasformador. CLASE 6 PARTE : PROBLEMA 3a PARTE : PROBLEMA 3b PARTE 3: Estudio de las págias 5 y 6 de la presetació Power Poit (rectificador moofásico y bifásico co carga RLE). Tarea del grupo: dibujar la forma de oda de la tesió e el tiristor (problema 3) cuado el águlo de disparo es de 90 grados y la carga es iductiva. AUTOANÁLISIS DE FUNCIONAMIENTO DEL GRUPO. Cometar las siguietes afirmacioes:. Todos los compoetes del grupo asiste a clase y respeta la temporizació.. Todos los compoetes del grupo muestra respeto por los demás, y les presta ateció cuado habla o expoe ua opiió. 3. E cada sesió se discute y se acuerda el pla de trabajo a seguir, y hay u miembro que actúa como moderador y orgaizador. 4. E cada sesió se discute cojutamete las dificultadas ecotradas y el plateamieto de cada ejercicio o tema de estudio. 5. El trabajo que o puede acabarse e las sesioes de clase se realiza fuera de las mismas. 6. Cada miembro explica a los demás el resultado de su trabajo idepediete. 7. Todos los miembros participa activamete y de buea gaa e las actividades del grupo. Cotestar las siguietes cuestioes: 8. Mecioar tres aspectos positivos de la actividad cooperativa de vuestro grupo. 9. Mecioar dos aspectos mejorables de vuestra actividad cooperativa. 0. alorar, e ua escala 0-0, el fucioamieto del grupo (opiioes idividuales aóimas):. alorar, e ua escala de 0-0, vuestra propia cotribució al fucioamieto del grupo (opiioes idividuales aóimas). Eumerar tres accioes que vayáis a realizar para mejorar el fucioamieto del grupo. Págia 6 de 9

63 CLASES 7 y 8: Rectificadores co carga L-R-E. Rectificadores de cuatro cuadrates. (Exposició del tema por el profesor). Tarea: Resolver los siguietes problemas.. Sea u rectificador trifásico simple bidireccioal e corriete. La carga es iductiva pura. Dibujar las formas de oda de la tesió de salida y la corriete por la fase del trasformador cuado el águlo de disparo es: 30, 0, 0 y 300. Nota: se puede utilizar las platillas gráficas de tres y seis fases.. Sea u rectificador e puete trifásico bidireccioal e corriete. La carga es iductiva pura. Dibujar las formas de oda de la tesió de salida y la corriete por el devaado del trasformador cuado el águlo de disparo es: 30, 0, 0 y 300. Nota: se puede utilizar las platillas gráficas de tres y seis fases. Págia 63 de 9

64 Tarea: Para el rectificador trifásico simple y el rectificador e puete trifásico, bidireccioales e corriete, dibujar la forma de oda de la corriete e la fase del trasformador cuado la carga es resistiva y el águlo de disparo es 40 grados.. Págia 64 de 9

65 PROBLEMA ENUNCIADO Sea u rectificador trifásico simple co tesió fase-eutro 0 eficaces. a) Cuado la carga es iductiva y el águlo de disparo es 5, calcular: a) El valor medio de la tesió de salida. a) La amplitud de los dos primeros armóicos. b) Cuado la carga es resistiva y el águlo de disparo es 45, calcular el valor medio de la tesió de salida. SOLUCIÓN A 3 0 a) cc se cos α se cos5 48 A 3 cos pa a) cc ( arm. p) cc( α 0) α + ( pa) se α ( ) 3 0 cc ( p ;50Hz) se cos se 5 79, 3 0 cc( p ;300Hz) se cos se 5 6, b) E este caso la coducció es discotiua y, por tato, o se puede emplear las fórmulas ateriores. cc 3 T se xdx 3 0 se xdx Págia 65 de 9

66 PROBLEMA ENUNCIADO Sea u rectificador e puete trifásico, alimetado desde ua líea de 380 eficaces etre fases. a) Cuado la carga es iductiva y el águlo de disparo es 75, calcular: a) El valor medio de la tesió de salida. a) La amplitud de los dos primeros armóicos (p y p4). b) Cuado la carga es resistiva y el águlo de disparo es 90, calcular el valor medio de la tesió de salida. SOLUCIÓN A A α 3 0 a) cc se cos se cos 75 33, 3 cc arm. p cc 0 + cos pa cos + pa se pa cc( p ;50Hz) cc( α 0)( + cos3 ) 0 ( ) pa a) ( ) ( α )( ) α ( ) α ( ) 3 0 cc cc( p 3;450Hz) cc( α 0)( + cos9 ) 0 ( ) pa ( p ;300Hz) se ( + cos6 ) cos se 75 70, pico 3 0 cc 4 3 ( p 4;600Hz) se ( + cos ) cos 75 + se 75 83, pico b) E este caso la coducció es discotiua y, por tato, o se puede emplear las fórmulas ateriores. cc 6 T se xdx se xdx ,75 Págia 66 de 9

67 PROBLEMA 3 ENUNCIADO Sea u rectificador e puete trifásico. La tesió de etrada es de 380 eficaces etre fases. Calcular el valor medio y eficaz de la corriete e cada tiristor, el valor eficaz de la corriete e cada fase del trasformador y la máxima tesió e cada tiristor para u águlo de disparo de 30, cuado: a) La corriete de salida es costate I 500 A. b) La carga es resistiva R Ω. SOLUCIÓN a) T T T 3 3 I I 500A T 4 T 5 T 6 Nota: el valor máximo de la corriete es 500 A, o 000 A. Tiristor 500 Im 66,7 A 3 T I Ief T 500 it t dt I 88, 7A T ( ) 0 T máx , 4 Trasformador T Ief T i ( t) dt I I , A T 0 T b) T T T 3 3 I R Ω T 4 T 5 T 6 Págia 67 de 9

68 Tiristor T Im it ( t) dt sexdx 48, A T 0 90 x Ief T cos it ( t) dt se xdx 50 dx 60, 8A T máx , 4 Trasformador Ief T 380 i ( t) dt 4 50 se xdx 368,9 A T 0 90 Págia 68 de 9

69 CAPITULO : CONERTIDORES CA/CC. Idicar a qué tipo de rectificador y a qué águlo de disparo correspode las siguietes gráficas de la tesió de salida de u rectificador. a) Puete trifásico semicotrolado, α60 b) Puete trifásico semicotrolado, α0 c) Puete trifásico, α90. U rectificador hexafásico simple o cotrolado se alimeta co ua tesió fase-eutro de 00 eficaces. La carga es ua resistecia de Ω: a) Determiar la corriete media por cada diodo, b) Determiar la tesió de pico e cada diodo, c) Determiar la corriete eficaz e cada devaado del secudario del trasformador. D D 3 D3 4 D D5 D6 R 0 T 60 D máx P 00 8 a) IDmed IP se xdx 00 ( cos0 + cos60), 4A b) 0 c) I ( IPse x) ( IP) 0 cosx Def dx dx 55, 0A T Págia 69 de 9

70 . Para el rectificador co carga RLE y la tesió de salida de la figura, idicar la afirmació correcta: a) L 0, R 0 y E00 b) L0, R 0 y E00 c) L 0, R 0 y E0 d) L 0, R0 y E0 R L E 3. La gráfica de la figura correspode a u rectificador bifásico simple o cotrolado y carga R-L-E. La figura superior es la corriete de salida y la figura iferior es la tesió de etrada de la fase. Idicar cuál es el valor de la carga. a) L 0, R 0 y E 00 b) L 0, R 0 y E 00 c) L 0, R 0 y E 0 d) L 0, R 0 y E0 4. La gráfica de la figura correspode a la tesió de salida de u rectificador co carga R-L-E. Idicar cuál es el valor de la carga. a) L 0, E 50 y α 90 b) L 0, E 50 y α 90 c) L 0, E 0 y α 50 d) L 0, E 0 y α Las gráficas siguietes correspode a dos rectificadores reversibles e corriete, idicar el águlo de disparo de cada uo: a) Puete trifásico, α50 b) Trifásico simple, α0 Págia 70 de 9

71 CAPÍTULO 3: CONERTIDORES CC/CA (INERSORES) Los covertidores CC/CA se ecarga de trasformar eergía eléctrica de corriete cotiua a corriete altera. La etrada al covertidor puede ser la salida de u covertidor CA/CC, baterías electroquímicas, paeles fotovoltaicos o cualquier otro tipo de fuete de corriete cotiua.. INTRODUCCIÓN Ates de comezar u estudio aalítico de este tipo de covertidores se va a hacer ua itroducció que presete las topologías fudametales empleadas, los métodos de cotrol de la tesió altera de salida y alguas de las aplicacioes más importates... TOPOLOGÍAS Las topologías fudametales de iversores so la topología semipuete, puete completo moofásico y puete trifásico. a) TOPOLOGÍA SEMIPUENTE La topología semipuete tiee ua rama formada por dos polos de potecia. Cada uo de estos polos está formado por u iterruptor cotrolado (IGBT, tiristor,...) y u diodo e atiparalelo. La topología ecesita que haya u eutro e corriete cotiua, ya que la carga se coloca etre el eutro de cotiua y el puto medio de los polos de potecia (ver Fig. ). E las topologías siguietes, cada polo se represetará por u iterruptor, pero e la topología semipuete se ha querido prestar ateció al fucioamieto itero de cada polo, esto es por lo que se ha represetado como u IGBT co u diodo e atiparalelo. Por tato, el polo superior está formado por el IGBT T y el diodo D, mietras que el polo iferior está formado por T y D. La tesió de salida sólo puede tomar dos valores, + dc ó dc, segú coduzca el polo superior o el polo iferior. Por ello, la tesió de salida tiee forma de oda cuadrada, como se puede ver e la Fig.. Si se supoe que la carga es iductiva y provoca que la corriete sea aproximadamete seoidal, la corriete estará retrasada respecto de la tesió (Fig. ). Durate el itervalo e que la tesió y la corriete so positivas, el semicoductor que coduce la corriete es T. Cuado el sistema de cotrol corta la corriete por T y activa al IGBT T, etra e coducció el diodo D, debido a que la corriete es todavía positiva por la carga, por lo que o puede circular por T. Por tato, e el segudo itervalo, co tesió egativa y corriete positiva, coduce el diodo D. De forma aáloga, e los dos itervalos siguietes coduce, cosecutivamete, T y D. E las topologías siguietes o etraremos e tado detalle, y o se difereciará si e u polo coduce el IGBT o el diodo, pero hay que teer e cueta que la activació del polo determia el sigo de la tesió, mietras que el setido de la corriete determia cuál es el semicoductor del polo que coduce. T dc CARGA ISAL D dc SAL ISAL dc _ SAL + D dc T T T D D Fig. : Topología semipuete. Págia 7 de 9

72 b) TOPOLOGÍA EN PUENTE MONOFÁSICO La topología e puete moofásico tiee dos ramas co dos polos cada ua, como se observa e la Fig.. La carga se coecta etre el puto medio de las dos ramas. La tesió cotiua de etrada o precisa de puto medio. La tesió e la carga puede tomar tres valores, + dc, 0 y dc. El primer caso se cosigue cuado coduce los polos I e I 4. El segudo caso cuado coduce o bie I e I 3, o bie I e I 4. Y el tercer caso cuado coduce los polos I e I 3. SAL dc I + SAL _ I3 dc II3 I I4 dc II4 Fig. : Topología e puete moofásico. c) TOPOLOGÍA EN PUENTE TRIFÁSICO La topología e puete trifásico preseta tres ramas, co dos polos cada ua (Fig. 3). La salida es ua tesió altera trifásica. La carga se puede coectar etre fase y eutro, o etre dos fases. Cuado la salida se toma respecto del eutro de corriete cotiua, las tesioes de salida so u, u y u 3. Cada ua de ellas se comporta como u iversor semipuete. Para formar u sistema trifásico, las tres tesioes debe estar desfasadas 0. Si la carga se coecta etre dos fases, las tesioes de salida so compuestas (fase-fase), y se deomia u, u 3, y u 3. E este caso, cada ua de estas tesioes es como la tesió que se obtiee e u puete moofásico. u dc dc u dc dc u u u 3 dc dc u 3 dc dc Fig. 3: Topología e puete trifásico. Págia 7 de 9

73 .. CONTROL DE LA TENSIÓN DE SALIDA E el apartado aterior se ha presetado las topologías fudametales de iversores. El objetivo de u iversor es geerar tesió e corriete altera, dode la frecuecia y la tesió de salida está cotroladas. Hay dos formas pricipales de cotrol: cotrol mediate pulso úico por semiciclo y cotrol mediate modulació de pulsos. a) PULSO ÚNICO POR SEMIPERIODO E este caso, el iversor geera u úico pulso e cada semiperiodo de la tesió de salida. U pulso positivo e u semiperiodo y u pulso egativo e el otro semiperiodo. TOPOLOGÍA SEMIPUENTE La tesió de salida es ua oda cuadrada, de tesió igual a la de la semibatería de etrada (ver Fig. ). La frecuecia debe ser la misma que desea obteer e la tesió altera de salida (p.e. 50 Hz). Si la tesió cotiua de etrada es costate, o hay posibilidad de cotrolar el valor de la tesió altera de salida. TOPOLOGÍA EN PUENTE MONOFASICO La tesió altera de salida es ua oda cuadrada de achura cotrolable, lo que permite modificar la tesió altera de salida. Mediate el cotrol sobre los polos de potecia se puede modificar la achura de los pulsos de salida. E la Fig. 4a, los pulsos so más estrechos que e la Fig. 4b, por lo que la primera tedrá ua tesió de salida meor. SAL SAL dc dc I I 4 I I 3 I I 4 I I 3 dc (a) Fig. 4: Tesió de salida e u iversor e puete moofásico cotrolado mediate pulso úico por semiciclo. dc (b) b) MODULACIÓN DE PULSOS E este caso, el iversor geera u elevado úmero de pulsos e cada semiperiodo de la tesió altera de salida. Las compoetes armóicas de la tesió de salida va a icluir u primer armóico, deomiado armóico fudametal, de baja frecuecia y armóicos de alta frecuecia. El armóico fudametal tiee la frecuecia que se desea obteer e la salida (p.e. 50 Hz), mietras que los armóicos de alta frecuecia so de frecuecias aproximadamete múltiplos de la frecuecia de los pulsos (p.e. 5 khz). TOPOLOGÍA SEMIPUENTE E este caso, la tesió de salida preseta u elevado úmero de pulsos e cada semiperiodo (Fig. 5). La tesió de los pulsos está determiada por la tesió de la semibatería. Se ha represetado sobre los pulsos, la forma de oda del armóico fudametal, que es positivo cuado los pulsos so más achos e su parte positiva. El segudo semiperiodo del armóico fudametal es egativo ya que los pulsos so más achos e su parte egativa. Este tipo de cotrol permite regular la tesió y la frecuecia del armóico fudametal de la salida. La frecuecia de ésta es la misma que la frecuecia de repetició del tre de pulsos. La amplitud del fudametal depede la achura de los pulsos, e los semiperiodos positivo y egativo del armóico fudametal. Cuado los pulsos so más achos, tato e el semiperiodo positivo como e el egativo, la 3 Págia 73 de 9

74 tesió del armóico fudametal es mayor, como ocurre e la Fig. 5a, mietras que cuado so más estrechos, la tesió del fudametal es meor (Fig. 5b). dc SAL dc (a) SAL dc dc (b) Fig. 5: Tesió de salida e u iversor semipuete cotrolado mediate modulació de pulsos. TOPOLOGÍA EN PUENTE MONOFASICO La tesió de salida preseta u elevado úmero de pulsos e cada semiperiodo (Fig. 6), cuya tesió está determiada por la tesió de etrada. SAL dc dc (a) SAL dc dc Fig. 6: Tesió de salida e u iversor e puete moofásico cotrolado mediate modulació de pulsos. (b) 4 Págia 74 de 9

75 Se ha represetado sobre los pulsos, la forma de oda del armóico fudametal, que es positivo cuado los pulsos so positivos y egativo cuado los pulsos tambié lo so. Este tipo de cotrol permite regular la tesió y la frecuecia del armóico fudametal de la salida. La frecuecia de ésta es la misma que la frecuecia de repetició del tre de pulsos. La amplitud del fudametal depede la achura de los pulsos. Cuado los pulsos so más achos, tato e el semiperiodo positivo como e el egativo, la tesió del armóico fudametal es mayor, como ocurre e la Fig. 6a, mietras que cuado so más estrechos, la tesió del fudametal es meor (Fig. 6b)..3. ALGUNAS APLICACIONES Las aplicacioes de los iversores so muy variadas, estado presetes e multitud de campos de la idustria y la vida cotidiaa. Se va a presetar, a modo de ejemplo, dos aplicacioes importates: los sistemas de alimetació iiterrumpida y el cotrol de velocidad de motores de corriete altera. a) SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN ININTERRUMPIDA (SAI) Los sistemas de alimetació iiterrumpida, coocidos como SAI e español o UPS e iglés, so equipos que tiee dos fialidades fudametales: matiee el sumiistro de eergía e corriete altera cuado hay u fallo e la red de sumiistro y proporcioa alimetació de calidad a cargas críticas. Hay cargas que o permite fallos de sumiistro, como por ejemplo ua estació de cotrol de vuelo, las icubadoras de iños prematuros e u hospital, los ordeadores de u cetro comercial,..., por lo que ecesita de la presecia de u sistema de alimetació iiterrumpida. Los SAI tiee tres elemetos fudametales: rectificador, baterías e iversor. El rectificador toma eergía e corriete altera y carga las baterías electroquímicas. La batería sumiistra eergía cuado se produce u fallo e el sumiistro eléctrico. El iversor geera la corriete altera que cosume la carga crítica. b) CONTROL DE ELOCIDAD DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA La velocidad de los motores de corriete altera (motores de iducció, sícroos o de imaes permaetes) es fució de la frecuecia de la tesió de alimetació. Los cotroladores electróicos de velocidad de motores utiliza iversores para geerar la corriete altera que alimeta al motor. Estos iversores permite modificar la frecuecia de salida para poder cotrolar la velocidad del motor. Los sistemas de cotrol de velocidad de motores de CA está presetes e multitud de aplicacioes: bombas, vetiladores, trasportadores, bobiadoras, vehículos eléctricos, robots,... Los cotroladores actuales permite regular de forma muy precisa la velocidad y/o la posició del motor, permitiedo el cotrol para velocidades altas y muy bajas, icluso cero. Permite tambié la iversió del setido de giro del motor. 5 Págia 75 de 9

76 CAPÍTULO 3 CONERTIDORES CC/CA (INERSORES) TEXTO: S. Lorezo, J.M. Ruiz, A. Martí. Simulació, Cotrol Digital y Diseño de Covertidores Electróicos de Potecia mediate PC. Depto. Tecología Electróica. Uiversidad de alladolid. pág. 38 a 403 Págia 76 de 9

77 Ídice Itroducció: topologías, cotrol y aplicacioes Covertidores de pulso úico por semiciclo Covertidores de pulso múltiple por semiciclo Filtro de salida. Aplicacioes Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) Págia 77 de 9

78 Covertidores de pulso úico por semiciclo Iversor moofásico semipuete Iversor moofásico e puete Iversor trifásico Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) 0 Págia 78 de 9

79 Iversor moofásico semipuete DC DC DC DC SAL H H _ SAL T/A + I I SAL H H + A H se A cos A ( ωt) se A cos A + ( ωt) se A DC DC DC DC ( H H ) ( H ) cos( ωt) SAL SAL, FUN SAL, ARM DC DC DC se cos ( ωt) se cos ( ωt) Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) Págia 79 de 9

80 Iversor moofásico e puete DC DC DC DC DC DC DC DC A B SAL I φ I 4 H se se A A A A + cos DC ( ωt) H H H 3 + cos ( ωt + φ) H 4 H 3 I I 3 + SAL _ DC DC SAL A B ( H ) ( H 3 ) ( H H 3) DC A B se A [ cos( ωt) cos ( ωt + φ) ] A + B A B cos A cos B se se se 4 DC A φ φ SAL se se ωt + SAL, FUN 4 DC φ φ 4 se se se ωt + A φ 0 SAL, FUN 0 SAL, FUN 4 DC φ SAL, FUN se 4 DC φ φ SAL, ARM se se ωt +, impares Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) DC φ φ se se ωt + Págia 80 de 9

81 Iversor trifásico DC DC 3 DC DC DC DC DC 3 3 DC DC DC se A cos ( ωt) se A cos ωt + 3 se A 4 cos ωt + 3 DC Tesioes de fase:,, 3 Tesioes de líea:, 3, 3 Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) 3 Págia 8 de 9

82 Covertidores de pulso múltiple por semiciclo Cotrol PWM seoidal Iversor moofásico semipuete Iversor moofásico e puete Iversor trifásico Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) 4 Págia 8 de 9

83 Cotrol PWM seoidal DC Pulso úico por semiciclo SAL T/A DC Pulso múltiple por semiciclo SAL DC H H DC Achura de pulso: seoidal H Achura de pulso: costate Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) 5 Págia 83 de 9

84 Cotrol PWM seoidal Achura de pulso: seoidal A 0 /A A H H A 0 A [ + x cos( ωst) ] 0 H [ + x cos( ωst) ],0 < x < + se A 0 [ + x cos( ωst) ] cos ( ωt) H T T A x ídice de modulació ω S frecuecia moduladora ω frecuecia portadora Si A 0 y 0 x : Si x, /A[0 ] Si x0, /A0,5 Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) 6 Págia 84 de 9

85 Iversor moofásico semipuete DC DC SAL DC _ SAL + I I + SAL SAL DC DC DC DC DC ( H H ) ( H ) x cos( ωst) DC se A x cos ( ωst) 0 [ + x cos( ωst) ] + DC cos se A ( ωt) [ + x cos( ωst) ] 0 + A 0 cos ( ωt) + DC () SAL, FUN SAL, ARM DC x cos DC ( ωst) se [ + x cos( ωst) ] cos ( ωt) Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) 7 Págia 85 de 9

86 Iversor moofásico semipuete K ω ωs SAL DC, FUN x cosωst 00 0,95 cosωst 95 cosωst SAL, FUN 00 0,7 cosωst 70 cosωst El aumeto de ω S o afecta al valor del armóico fudametal icremeta la frecuecia de los armóicos Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) 8 Págia 86 de 9

87 Iversor moofásico e puete DC DC φ A H H 3 AA I I 3 H + x cos( ωst) + SAL _ A0 A B I AB φ I 4 SAL + H H H A 3 4 DC H A0 H B [ ] [ + x cos( ωst + φ) ] 3 se A0 + + se A0 [ + x cos( ωst) ] se A0 cos ( ωt) [ + x cos( ωst + φ) ] DC ( H H 3) DC x[ cos( ωst) cos( ωst + φ) ] [ + x cos( ωst) ] A0 cos ( ωt) DC SAL, FUN x[ cos( ω St) cos( ωst + φ) ] A0 DC Siφ, SAL, FUN, MAXIMO x cos ωst A0 cos ( ωt + φ ) Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) 9 se A0 + [ + x cos( ωst + φ) ] ( ) DCx cos( ωst) cos ( ωt + φ ) Págia 87 de 9

88 Iversor moofásico e puete iveles iveles 8 9 SAL, FUN DCx cosωst 00 0,9 cosωst 80 cosωst Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) 0 Págia 88 de 9

89 Iversor moofásico e puete Φ, Φ 0 Φ, Φ A A DC DC DC DC DC B DC B DC AB DC AB DC DC - DC - DC Tres Niveles Dos Niveles Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) Págia 89 de 9

90 Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) Iversor trifásico 3 DC DC ( ) ( ) [ ] ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) DC DC DC DC DC DC S S S H H H H H H H H H H H H t x A t A se A H t x A t A se A H t x A t A se A H ; ; ; ; 3 4 cos cos 3 cos cos cos cos ω ω ω ω ω ω Tesioes de fase:,, 3 Tesioes de líea:, 3, 3 Págia 90 de 9

91 Iversor trifásico Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) 3 Págia 9 de 9

92 Filtro de salida i o DC/AC i C o L fc fc o i f f f C << >> jωc jωl + jωc LC f f C C o i o 0 i ω LC + o i f f C ( f ) LC Capítulo 3: Covertidores CC/CA (Iversores) 4 Págia 9 de 9

93 ORGANIZACIÓN DEL CAPÍTULO 3 CLASE - Itroducció: topologías, métodos de cotrol de la tesió de salida y alguas aplicacioes PARTE PARTE PARTE 3 Semipuete: Topología Cotrol por pulso úico Cotrol por modulació de pulsos Puete moofásico Topología Cotrol por pulso úico Cotrol por modulació de pulsos Topología puete trifásico Aplicacioes Orgaizació: Lectura idividual del material Reuió de expertos Reuió del grupo origial Tarea: para u iversor e puete trifásico co uas tesioes fase-eutro como las de la Fig. 3, dibujar las tesioes fase-fase. Idicar cuál es el semicoductor (IGBT o diodo) que coduce e cada itervalo temporal de la tesió U 3. Roles: prestar ateció al rol de cotrol del tiempo. CLASE - Covertidores de pulso úico por semiciclo: explicació del profesor CLASE 3 Covertidores de pulso múltiple: explicació del profesor CLASE 4 Problemas PARTE PARTE PARTE 3 Problema Problema Problema 3 Tarea: La gráfica de la figura es la tesió de salida de u iversor moofásico e puete co pulso úico por semiciclo. Calcular el valor de pico del armóico de 50 Hz de la tesió de salida. CLASE 5 Problemas PARTE PARTE PARTE 3 Problema 4 Problema 8 Problema 9 Tarea: E los problemas 8 y 9, la solució propuesta es la úica existete, o hay más posibles solucioes? Razoar la respuesta. CLASE 6 Filtro de salida: explicació del profesor CLASE 7 Aplicacioes: explicació del profesor Págia 93 de 9

94 PROBLEMAS RESUELTOS DE INERSORES. U iversor moofásico semipuete y co pulso úico por semiciclo, tiee ua tesió de 4 e cada semibatería. Calcular la tesió del armóico fudametal. SOLUCIÓN: dc dc CARGA _ SAL I SAL + DC SAL [ H H ] se H + A cosωt A H H ( ) se DC DC SAL H + A DC cos ωt A DC DC 48 SAL, FUND se 30, 6 pico. U iversor moofásico e puete y pulso úico por semiciclo tiee ua tesió e cada semibatería de 00. El águlo de cotrol (desfase etre los dos semipuetes) es de 80. Calcular el valor de pico del armóico fudametal de la tesió de salida. SOLUCIÓN: dc I A I + SAL _ B I 3 I 4 SAL DC( H H 3) se H + A cosωt A se H 3 + A cos( ωt + ) A DC DC A ( H ) ; B ( H 3 ) se 4 A φ SAL DC se 4 DC 4 00 SAL, FUND 55 ( cosωt) pico 3. U iversor moofásico semipuete co modulació seoidal e ídice de modulació x 0,65, tiee ua tesió de 4 e cada semibatería. Calcular la tesió del armóico fudametal. SOLUCIÓN: Págia 94 de 9

95 dc dc CARGA _ SAL DC SAL ( H ) I SAL + ( ) ( ) se + x cos ωst 0 H + x cos ω St + A cos ωt A0 ( ) se + cos S DC x ω t DC 0 SAL + x cosωst + A DC cosωt A0 DC SAL, FUND x cosωst cosωst 5,6 cosωst 4. U iversor moofásico e puete co modulació seoidal tiee ua tesió e cada semibatería de 00. El desfase etre moduladoras (desfase etre los dos semipuetes) es de 80. El ídice de modulació es 0,85. Calcular el valor de pico del armóico fudametal de la tesió de salida. SOLUCIÓN: dc I A I + SAL _ B I 3 I 4 ( H H 3) SAL DC ( ) ( ) se + x cos ωst 0 H + x cos ω St + A cos ωt A0 se [ + x cos( ωst + )] 0 H 3 [ + x cos( ωst + )] + A cos ( ωt + A0 SAL DC, FUND x DC [ cosωst cos( ωst + )] x cosωst 00 0,85cosωSt 70cosωSt 8. Sea u iversor e puete moofásico. La tesió de salida (etre fases) aparece e la figura. Idicar el valor de los águlos de desfase de moduladoras y portadoras, φ y φ. SOLUCIÓN: φ 80 y φ 0 Págia 95 de 9

96 9. Sea u iversor e puete moofásico. La tesió de salida (etre fases) aparece e la figura. Idicar el valor de los águlos de desfase de moduladoras y portadoras, φ y φ. SOLUCIÓN: φ 80 y φ 80 3 Págia 96 de 9

97 CAPÍTULO 4 EL TIRISTOR TEXTO: S. Lorezo, J.M. Ruiz, A. Martí. Simulació, Cotrol Digital y Diseño de Covertidores Electróicos de Potecia mediate PC. Depto. Tecología Electróica. Uiversidad de alladolid pág. 34 a 47 Págia 97 de 9

98 Ídice Estructura Características estáticas Características de puerta Pérdidas de potecia. Capítulo 4: El Tiristor Págia 98 de 9

99 Estructura 3 termiales 4 capas 3 uioes Polarizació directa Polarizació iversa Capítulo 4: El Tiristor 3 Págia 99 de 9

100 Características estáticas Corriete de puerta cero: Polarizació directa: J m bloquea tesió o hay corriete Polarizació iversa: J a y J c bloquea tesió o hay corriete Ecedido del tiristor: I B I P I C I B I E, I C, I B I C +I P se puede elimiar I P Capítulo 4: El Tiristor 4 Págia 00 de 9

101 Características estáticas Id Io + α Id + α Io [ ( α + α ) ] Io + α Ip Id ( α + α ) ( Id + Ip) Id α Ip Si Ip0, (α+ α)< Id Io, tiristor bloqueado Si Ip es suficiete, (α+ α) Id, tiristor coduce Capítulo 4: El Tiristor 5 Págia 0 de 9

102 Características estáticas I P4 0 I P >I P >I P3 I L corriete de cebado I H corriete de mateimieto Capítulo 4: El Tiristor 6 Págia 0 de 9

103 Características de puerta Puto de trabajo: Recta de carga R I Gra dispersió: temperatura, fabricació alores límite: Ipmáx, Upcmáx, Pmáx Zoas de disparo: seguro, icierto, o disparo Capítulo 4: El Tiristor 7 Págia 03 de 9

104 Pérdidas de potecia T T R P T T T 0 i D ( t) v D T rid ( t) dt + 0 ( t) dt T T 0 i D T 0 ( t) i TO D ( t) [ rid( t) + TO] dt ri D, eficaz dt + I D, medio TO I Ipico 00 Ipi sexdx co T med 4, 4 I 00 IT eficaz 50 pico ( Ipi cos ex) dx A PT TOITmed + rditeficaz 44W A Capítulo 4: El Tiristor 8 Págia 04 de 9

105 PROBLEMAS DE TIRISTORES Orgaizació: Tarea del grupo: que cada compoete del grupo pueda explicar cualquiera de los problemas. Lectura idividual del material: 5 Reuió de expertos: Discusió del material: 0 Reuió del grupo origial: Explicació de los problemas: 0 Explicació de uo de los tres problemas por parte de u miembro del grupo elegido aleatoriamete: 0. U rectificador bifásico simple cotrolado está alimetado por ua tesió simple (fase-eutro) de 00 eficaces. El rectificador alimeta ua resistecia de Ω. La tesió umbral del tiristor es de y su resistecia diámica de 40 mω. Calcular la potecia que disipa cada tiristor cuado el águlo de disparo es 90. SOLUCIÓN: T T R I Ipico 00 Ipi sexdx co T med 4, 4 I cosx I 00 IT eficaz 50 PT uitmed + rditeficaz 48, 8W pico pico ( Ipi cosex) dx dx A. E el circuito de la figura, la corriete de puerta Ip es de 0,5 A, R 000 Ω, Ieclavamieto 0 ma. Calcular la corriete por el tiristor cuado se deja de aplicar la corriete de puerta y: a) e 00 b) e 00 I A e R SOLUCIÓN: Segú la gráfica de las características de puerta, ua corriete de puerta de 0,5 A es suficiete para disparar el tiristor. a) I e R 00mA. Al ser meor que la corriete de eclavamieto, el tiristor o coduce. b) I e R 00mA. Al ser mayor que la corriete de eclavamieto, el tiristor sí coduce. Págia 05 de 9

106 3. U tiristor preseta uas características de puerta como las de la figura. Se dispara mediate el cierre del iterruptor I. Idicar cuál es la forma correcta de disparar el tiristor. a) 5, R 0 Ω, duració del pulso 50 % b) 0, R 0 Ω, duració del pulso 50 % c) 0, R 0 Ω, duració del pulso 00 % d) 5, R 0 Ω, duració del pulso 00 % R I SOLUCIÓN: Recta de Carga de la Puerta Recta de Carga de la Puerta Recta de Carga de la Puerta a) Icorrecta Recta de Carga de la Puerta b) Correcta c) Icorrecta d) Icorrecta Págia 06 de 9

107 Tarea para la clase siguiete: U tiristor preseta uas características de puerta como las de la figura. Se dispara mediate el cierre del iterruptor I. Idicar cuál es la forma correcta de disparar el tiristor. a) 0, R 0 Ω, duració del pulso 00 % b) 5, R 0 Ω, duració del pulso 00 % c) 0, R 0 Ω, duració del pulso 00 % d) 0, R 5 Ω, duració del pulso 50 % R I Págia 07 de 9

108 CAPÍTULO 5 EL IGBT TEXTO: N. Moha, T.M. Udelad. Power Electroics. Editorial Joh Willey ad Sos. 995 (Referecia Biblioteca, A-6574) pág. 66 a 63 Págia 08 de 9

109 Ídice Itroducció. Estructura básica. Características -I. Operació física del compoete. Comutació del IGBT. Pérdidas de potecia. Capítulo 5: El IGBT Págia 09 de 9

110 Itroducció Trasistores bipolares meores pérdidas e coducció mayores pérdidas e comutació MOSFET mayores pérdidas e coducció meores pérdidas e comutació IGBT (Isulated Gate Bipolar Trasistor) características itermedias semicoductor más empleado e iversores características Capítulo 5: El IGBT 3 Págia 0 de 9

111 Estructura básica Tres termiales Tres uioes Tiristor parásito + o es esecial para el fucioamieto Símbolos: D, G, S C, G, E Capítulo 5: El IGBT 4 Págia de 9

112 Características -I Curvas -I de salida Cotrol por tesió GS J bloquea tesió directa J bloquea la tesió iversa Curva de trasferecia Si GS < GS(TH), o coduce Curvas -I de salida de u IGBT Curva de trasferecia de u IGBT Capítulo 5: El IGBT 5 Págia de 9

113 Características -I Puto de trabajo I D R D DD /R D ON GS cte GG R G DD GS(TH) DS GG DD I D DD /R D I D GS cte DD /R D GS cte Q GG GG GS(TH) DS GS(TH) OFF DS DD DD Capítulo 5: El IGBT 6 Págia 3 de 9

114 Operació física del compoete _ BLOQUEO Si GS < GS(TH), o coduce CONDUCCIÓN Si GS > GS(TH), capa de iversió Capítulo 5: El IGBT 7 Págia 4 de 9

115 Operació física del compoete _ + Flujos de corriete e u IGBT que se ecuetra e coducció ++ Trasistores MOSFET y bipolares que forma la estructura itera del IGBT Circuito equivalete de u IGBT, válido para codicioes ormales de fucioamieto Circuito equivalete más completo de u IGBT; muestra los trasistores que forma el tiristor parásito Capítulo 5: El IGBT 8 Págia 5 de 9

116 Comutació del IGBT R D GG R G DD GG DS I D I D DD /R D GS cte GS(TH) DS t d(o) t r t o t d(off) t f t off DD td(o) (tiempo de retardo e el ecedido): GS pasa de -5 a GS(TH), se carga el codesador de puerta tr (tiempo de subida): icremeto de la corriete del IGBT hasta el valor e coducció td(off) (tiempo de retardo e el apagado): GS pasa de +5 al valor e que I D comieza a reducirse, se descarga el codesador de puerta tf (tiempo de caída): dismiució hasta cero de la corriete del IGBT Capítulo 5: El IGBT 9 Págia 6 de 9

117 Pérdidas de potecia Pérdidas de potecia por coducció Pérdidas de potecia por comutació IDDD/RD Po Poff DS ID 0 DSDD tr tf P 0 coducció I D t DS T t t + t t I D DS t T E o tr Po( t) dt DSID dt 0 tr 0 E P off tr 0 DD t DD r t R tf DD t Poff ( t) dt 0 6R ( Eo Eoff ) f comutació + f DD t tr dt DD t 6R r Capítulo 5: El IGBT 0 Págia 7 de 9

118 CLASE DE PROBLEMAS DE IGBT Repartir los tres problemas etre los grupos base existetes, u problema para cada grupo base. Resolverlo y expoer la solució. Objetivos: Resolver correctamete el problema Expoer de forma clara la solució adoptada. El IGBT SKM400GA0D de la marca SEMIKRON se emplea e el circuito de la figura. Calcular la potecia que disipa cuado comuta a ua frecuecia de 0 khz. Datos: DS(SAT).5, tr 700 s, tf 500 s, ciclo de servicio 0.5 R Ω DD 500. Calcular el puto de trabajo del IGBT de la figura aterior cuado GS 5, empleado sus gráficas I C CE. 3. U IGBT se mota e u circuito co ua fuete de tesió cotiua y ua resistecia. Tiee aplicada ua tesió de puerta periódica, como se idica e la figura. Calcular la potecia disipada (tato por comutació como por coducció) e el IGBT. Datos del IGBT: ds(o), td(o) 50 s, tr 40 s, td(off) gs 300 s, tf 35 s. dc 0 t (µs) R Ω Págia 8 de 9

119 CAPÍTULO 6 RÉGIMEN TÉRMICO TEXTO: J.A. Gualda, S. Martíez, P.M. Martíez. Electróica Idustrial: Técicas de Potecia. Editorial Marcombo. 99. pág. 79 a 83 Págia 9 de 9

120 Ídice Itroducció Régime térmico permaete Régime térmico trasitorio Capítulo 6: Régime Térmico Págia 0 de 9

121 Itroducció Modelos de radiadores Radiador refrigerado por agua Capítulo 6: Régime Térmico 3 Págia de 9

122 Régime térmico permaete Circuito térmico equivalete Tu Tc Tc T P Ruc Rcd Rua Ruc + Rcd + Rda d Td T Rda P potecia disipada Tu temperatura de la uió Tc temperatura de la cápsula Td temperatura del disipador Ta temperatura ambiete Ruc resistecia térmica uió cápsula Rcd resistecia térmica cápsula disipador Rda resistecia térmica disipador ambiete Rua resistecia térmica uió ambiete a Tu T Rua Td 70, Ta 40, Ruc 0,0 C / W Rcd 0,05 C / W, Rda 0,5 C / W Td Ta P 00W Rda 0,5 Rua 0,0 + 0,05 + 0,5 0,30 C / W Tu Ta + PRua ,30 00 C a Capítulo 6: Régime Térmico 4 Págia de 9

123 Régime térmico trasitorio Eergía de la uió: caletamieto + trasmisió T ua (t) Z tua ΔT T u u ( t) ( t) T P Z a ua + ΔT ( t t u ( t) o ) ΔTu(t) icremeto de temperatura de la uió e el istate t P escaló de potecia aplicado e el istate to Zua(t-to) impedacia térmica trasitoria etre la uió y el ambiete para el tiempo t-to Capítulo 6: Régime Térmico 5 Págia 3 de 9

124 Régime térmico trasitorio ΔT T u u ( t) [ ua( t to) Zua( t t )] ( t) P Z T a + ΔT u ( t) T ua (t) Z tua Capítulo 6: Régime Térmico 6 Págia 4 de 9

125 PROBLEMAS DE REGIMEN TERMICO Orgaizació: Objetivo: que cada compoete del grupo etieda los tres problemas que aparece resueltos. Lectura idividual del material: 3 Reuió de expertos: Discusió del material: 0 Reuió del grupo origial: Explicació de los problemas: 0 Tarea: resolver el problema 4: 0 Roles: Para la reuió de expertos (roles estáticos durate la reuió): Rol : Explica el coteido del material asigado tal y como él lo etiede Rol : Pide aclaracioes, y cotribuye co su propia opiió sobre el tema Rol 3: Cotrola el tiempo Para la reuió del grupo (va rotado cada vez que se discute uo de los esquemas): Rol : Explica su problema Rol : Pide aclaracioes Rol 3: Cotrola el tiempo. U diodo tiee ua temperatura e la uió de 5 C cuado disipa ua potecia de 00 W. La temperatura ambiete es de 40 C. Las resistecias térmicas uió-caja y caja-radiador so 0,0 y 0,05 C/W respectivamete. Calcular la resistecia térmica del radiador que debe motarse. SOLUCIÓN: Tu Ta 5 40 Rda Ruc Rcd 0,0 0,05 0,75 C / W P 00. U tiristor motado sobre u radiador preseta la impedacia térmica trasitoria de la figura. La potecia que disipa el tiristor es de 450 W. Si la temperatura ambiete es de 5 C, calcular la temperatura e la uió cuado ha trascurrido 00 segudos. SOLUCIÓN: Tu ( t) P Zua( t t0) P Zua(00s) 450 0, 54 C Tu Ta + Tu(00s) C Págia 5 de 9

126 3. U tiristor motado sobre u radiador preseta la impedacia térmica trasitoria de la figura. Desde t 0 hasta t 60 s el tiristor disipa 000 W. A partir de ese mometo pasa a disipar 0 W. Si la temperatura ambiete es de 40 C, calcular la temperatura e la uió cuado ha trascurrido 00 segudos. SOLUCIÓN: Tu( t) P Zua( t t0) P Zua( t t) P Z 000 0, 000 0,06 60 C Tu Ta + Tu(00s) C ua (00s) P Z ua (40s) 4. U tiristor motado sobre u radiador preseta la impedacia térmica trasitoria de la figura. E el arraque de u motor, la potecia que disipa el tiristor es de 900 W durate los primeros 30 segudos y 450 W a partir de ese istate. Si la temperatura ambiete es de 5 C, calcular la temperatura e la uió cuado ha trascurrido 00 segudos. Págia 6 de 9

127 P3 % ' -3 $/ $ / Heatsik -3-// )3 4 $/ $/ " '' % 35 / 66 //5 / - 6/5 / -: 6/5 / -7 9/5 / -- $// " '' ',, -.$-/./ 35 / 78 / 8 / -$ / $ / /9 / / 9 / /9 8 0% $ For isolated power modules Dimesios i mm P3 Features!" # $ % % & % ' ( ) ( % ' * +, -.$-/./ % ) ( ) 0 ' - % ; 8 7 0%3 Dimesios i mm ADR by SEMIKRON

128 P3 Fig.3a Total thermal resistace vs. legth Fig.3b Total thermal resistace vs. legth Fig.6 Total thermal resistace versus legth Fig.7 Total thermal resistace vs.air velocity Fig.8 Pressure drop vs air flow, ad associated fa SKF3 Fig.0 Total trasiet thermal impedace vs.time ADR by SEMIKRON

129 P3 Dimesios i mm < % ' 0-3 9/ % ( ' ' ) % Dimesios i mm $< %!" # 3 % ( *7 % ADR by SEMIKRON