Examen de Electrónica Industrial. 1 de septiembre de 2006 Tiempo: 2:30 horas.

Transcripción

1 Examen de Electrónica ndustrial. de septiembre de 006 Tiempo: :30 horas. Problema ( punto) En la figura se muestra un circuito de disparo de tiristores usando un UJT. La tensión de alimentación del circuito es Vs 30V. Los parámetros del UJT son: Relación de separación intrínseca µ 0.6 Tensión del diodo interno del UJT Vd 0.5V Tensión y corriente de valle Vv 4V, v 3mA. Corriente de pico p 0m. R B 550 ohm R B00 ohm figura Explicar el funcionamiento del circuito y escoger R y C para que la frecuencia de disparo del tiristor sea aproximadamente de 0Hz y el ancho del pulso de disparo o tiempo de descarga del condensador sea aproximadamente T 50µs (tiempo transcurrido desde el valor máximo de tensión en el condensador hasta que esta cae a 0. veces su tensión máxima). : De las ecuaciones: T f T RCLn µ Ln0,R B C R B 6 T 50x0 7 C.5x0 RB x00 R 7 fcln 0x.5x0 xln µ 0.6 C k Sabemos que para que conduzca el diodo, mínimo

2 entonces por otra lado Con estas relaciones sabemos que el valor de R debe estar: Kohm <R<575kohm Problema ( punto) Se conectan dos diodos de 800 V en serie para soportar una tensión de.7 kv. La pendiente de la curva característica cuando el diodo está en corte es de 5 µa/v y 0 µa/v para cada uno de los diodos respectivamente. a) Determinar como se reparte la tensión entre los dos diodos (0.5 puntos). b) Seleccionar el valor de las resistencias que se deben colocar en paralelo con los tiristores (idéntico para los dos tiristores), de manera que la tensión máxima en cualquiera de ellos no supere los 500 V. (0.5 punto). c) Calcular la potencia disipada en las dos resistencias del apartado b) (0.5 puntos). : a) La resistencia equivalente de los diodos en corte es: R /5 µa/v 67 Kohm R /0 µa/v 00 Kohm Los dos diodos en serie equivalen a un divisor de tensión resistivo, y las tensiones en cada uno serán: V 700V x R/(R+R) 083V V 700V x R/(R+R) 67V b) Para ecualizar la tensión de los diodos se coloca en paralelo con ellos dos resistencias de idéntico valor R. V+V 700 de hecho V 00, V 500 y V/(R R) V / (R R) Despejando R 03 k c) Las potencias serán

3 P (V ) /R 00 x 00 / W y P (V ) /R 500 x 500 / 03000,8 W Problema 3 ( punto) Tras medir la corriente de entrada de un rectificador AC-DC monofásico con una tensión de entrada sinusoidal se ha obtenido la siguiente tabla de armónicos. Nº armónico La corriente no tiene componente continua y su componente fundamental () se halla en fase respecto a la tensión de entrada. Determine el factor de potencia (PF) y la distorsión armónica total (THD) en los siguientes dos casos: -Hasta el armónico de orden 3 -Hasta el armónico de orden 3 Calcule el porcentaje de error entra ambas mediciones. THD n n n n P F + n n + THD Problema 4 ( puntos) En un rectificador monofásico de media onda, se dispone de una batería de carga con capacidad de 00W-h y tensión E V. La corriente media es dc5a. La tensión eficaz de entrada es Vp 60V, 50Hz. Calcular: A) ntervalo de conducción del diodo

4 B) Valor de la resistencia limitadora de corriente (R). C) Valor de la potencia disipada en R. D) El tiempo de carga de la batería (T) expresado en horas. E) La eficiencia del rectificador. F) La tensión inversa de pico en el diodo (PV) figura a) 63.74º; b) 4.6W; c) 86.4W); d).667h; e) 7.3%; f) 96.85V. a) El diodo comienza a conducir cuando la tensión de entrada supera la tensión de la batería y deja de conducir cuando se hace menor que la tensión de la batería, de manera que el intervalo de conducción del diodo vale d w t-w t : d wt-wt63,74 b) La corriente media de carga la calcularemos mediante la expresión: de donde obtenemos que: c) La corriente eficaz en la batería será:

5 d) Calculamos ahora la potencia P DC entregada a la batería: la capacidad de la batería es de 00 W-h de manera que el tiempo de carga de la misma en horas es e) El rendimiento o eficiencia del rectificador valdrá: f) La tensión inversa de pico en el diodo será: Problema 5 (.5 puntos) Un convertidor DC-DC elevador (Boos proporciona una tensión de salida constante (V o 4 V ) a partir de una tensión de entrada (V i) variable entre V y 0V. El convertidor opera a una frecuencia de 00 khz y el condensador de salida es de mf. La corriente de carga mínima es de A y la máxima de 5A. Obtener: a) El valor mínimo de la inductancia del circuito para que este opere en régimen de conducción continua (CCM) con una tensión de entrada de 6 V en todo el rango de corrientes. b) Con el valor de la inductancia calculado previamente obtener el valor máximo de la corriente media por el diodo dentro del rango de operación descrito. c) Obtener el rizado de la tensión de salida en función de la tensión de entrada (V i) y de la corriente de salida. Nota: El convertidor opera siempre en régimen de conducción continua. a) El límite entre CCM y DCM se obtiene con la mínima corriente de salida, o A. Para obtener una tensión de salida de 4V con 6V de salida en régimen continuo o en el límite con el régimen discontinuo ( V o V i/(-d) ) el ciclo de trabajo es D V i/v o P op i ---- V o x o V i x i (teniendo en cuenta que la corriente de entrada es igual a la corriente de la bobina L i V o x o / V i 4 x / 6 3A. El rizado de la corriente en la bobina es L V L x D x T/ L V x D x T/ L

6 En el límite entre CCM y DCM L L / L 6A L min V x D x T / L V x D / ( f x L) 6 x / (00000 x 6) 8.9 µh. b) El valor medio de la corriente por el diodo es igual a la corriente de carga (Valor medio de la corriente por el condensador 0), por lo tanto Dmax 5A. c) Del dibujo de la corriente en el condensador ( c( d( o() El c Lmax-o Lmin-o + - DT -DT t -o El rizado de la tensión es V o_pico-pico area (+)/C area (-) / C o x D x T/ C o x ( V i/v o )/ (f x C) El rizado es independiente de L y se obtiene el valor máximo para omax y V imin. V o_pico-picomax5 x ( -/4)/(00000 x 0.00) 5 mv Problema 6 (.5 puntos) El circuito de la figura es un inversor monofásico. Si la carga es de tipo RC (en serie), suponiendo que opera en régimen permanente y el período es T 4RC. Obtener: a) Expresión de la corriente por la carga b) ntervalo de conducción de los GBT-s y los diodos.

7 figura 3 a) En el semiciclo positivo t di( Vin Ri( + i( dt + V c (0) derivando 0 R + i( C 0 dt C t [ 0, ] i( Ae T con RC Sustituyendo en la ecuación inicial en el semiciclo positivo, teniendo en cuenta que T 4RC : 0 Vin Ri(0) + i( dt + Vc (0) RA + Vc (0) Vc (0) Vin RA C 0 T / 4 / ( T RC RC Vin Ri ) + ( ) + (0) + ( T ) ( T ) it dt Vc RAe Vc V Vin RAe C 0 c Debido a la simetría de la onda en el semiciclo negativo i( Be t+ T / De manera que i [ T, T ] 0e e 0, B -A y V T / ) V (0) t ( t T / [ 0, T ] [ T, T ] c ( c Vin A R e donde 0 Vin R ( e ) ( ) 0 b) En este caso solo conducen los transistores, en el semiciclo positivo T y T y en el negativo T3 y T4, ya que la corriente mantiene el signo en cada uno de los intervalos.