Baixe Electronica Industrial e outras Notas de estudo em PDF para Eletrônica, somente na Docsity! Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Electrónica Valparaíso-Chile ELECTRÓNICA INDUSTRIAL José Rodríguez Julio de 2000. José Rodríguez Julio de 2000. Introducción. i Introducción. Este apunte contiene las figuras más importantes que se emplearán en la asignatura Electrónica Industrial. Debo resaltar que este material no incluye las explicaciones ni las ecuaciones que serán deducidas en clases. Este apunte es un apoyo para entender más los conceptos y para facilitar el trabajo del alumno en clases y durante el estudio personal y de ninguna manera constituye un sustituto de la asistencia a clases y a la ayudantía. Se recomienda a los estudiantes llevar este material a las clases. José Rodríguez. Julio de 2000. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.1 CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN 1.1)ESQUEMA DE ACCIÓN DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA. Fig.1.1.: Diagrama de bloques de un sistema convertidor de potencia. Red Potencia de entrada Señales de control Potencia de salida Mediciones Mediciones Referencia ~ Procesador depotencia Carga Controlador Referencia ii i0 v0vi CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.2 1.2)FAMILIA DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS. 1.2.1)Clasificación según la forma de la energía. RECTIFICADOR ~ Fuente C.A. Flujo de Energía Carga C.C. M ~ Carga C.A. INVERSOR Flujo de Energía Fuente C.C. PULSADOR (Chopper) Fuente C.C. Flujo de Energía Carga C.C. M ~ Carga C.A. CICLOCONVERSOR Flujo de Energía ~ Fuente C.A. V = Cte f = Cte V f Vcc=Cte Vcc Fig.1.2.: Diferentes familias de convertidores de potencia. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.3 1.2.2)Convertidores mixtos. è Convertidor de frecuencia: fuente de tensión. V = Cte f = Cte Rectificador ~ Fuente C.A. ~ Carga C.A. V Inversor P V f C Fig.1.3.: Convertidor de frecuencia mixto con enlace de tensión continua (fuente de tensión). è Convertidor de frecuencia: fuente de corriente. V = Cte f = Cte Rectificador ~ Fuente C.A. ~ Carga C.A. I Inversor P V f Fig.1.4.: Convertidor de frecuencia mixto con enlace de corriente continua (fuente de corriente). 1.3)EL INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR. i v Conducción (ON) Bloqueo (OFF) i v Conducción (ON) Bloqueo (OFF) i v a) b) c) Fig.1.5.: Interruptor semiconductor. a) Símbolo; b) característica ideal; c) característica real. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.6 è Industrias: Bombas, ventiladores, grúas, palas, refinadoras, molinos, correas transportadoras, máquinas herramientas, robots, hornos, laseres, bobinadoras, laminadoras,... è Residencial: Televisión, estufas, cocinas, electrodomésticos, herramientas, iluminación, ... Fig.1.9.: Ubicación de convertidores en una locomotora. Fig.1.10.: Diagrama de bloques de un sistema de tracción (locomotora). CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.7 1.8)NATURALEZA INTERDISCIPLINARIA DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA. Fig.1.11.: Especialidades que interactúan en la electrónica de potencia. CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.8 CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 2.1)EL DIODO DE POTENCIA. Fig.2.1.: Diodo semiconductor: a) estructura; b) símbolo; c) característica v-i; d) característica v-i ideal. +++ --- P N A K a) b) c) d) CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.11 2.3)EL TRIAC. Triode Alternating Current Switch Fig.2.5.: Triac: a) símbolo; b) característica v-i; c) característica v-i ideal. 2.4)EL TRANSISTOR BIPOLAR. Bipolar Junction Transistor (BJT) Fig.2.6.: Transistor bipolar NPN: a) símbolo; b) característica v-i; c) característica v-i ideal. a) b) c) a) b) c) IH iG = 0 v i Conducción Bloqueo v A1 iG i A2 G i v Conducción Corte CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.12 Fig.2.7.: Transistor bipolar; a) Darlington; b) triple Darlington. 2.5)EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) Fig.2.8.: Transistor de efecto de campo canal N; a) símbolo; b) característica v-i; b) característica v-i ideal. a) b) a) b) c) CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.13 2.6)EL TIRISTOR APAGADO POR EL GATE. Gate Turn Off Thyristor ( GTO ) Fig.2.9.: GTO: a) símbolo; b) característica v-i; c) característica v-i ideal. 2.7)EL TRANSISTOR IGBT. Fig.2.10.: IGBT: a) símbolo; b) circuito equivalente; c) característica v-i; c) característica v-i ideal. a) b) c) d) a) b) c) CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.16 Fig.2.14.: Diversos semiconductores de potencia. IGBT. 1200 [V] / 10 [A]. IGBT. 1200 [V] / 400 [A]. 2 IGBT’S 1200[V] / 150 [A]. INVERSOR TRIFÁSICO. INVERSOR – RECTIFICADOR Y CHOPPER DE FRENADO. CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.17 CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA 3.1)COMPORTAMIENTO DINÁMICO. 3.1.1)Encendido de un tiristor. Fig.3.1.: Encendido de un tiristor. CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.18 VAK, iA VAK L V dt diA ≈ IL IG t t VAK iAiG V L Fig.3.2.: Encendido de un tiristor con carga inductiva. 3.1.2)Encendido falso por efectos capacitivos: K( - ) + + + - - - P N A( + ) + + + - - - P N G ( + ) ( - ) C D1 CD2 CR G A K ( A ) ( K ) G CR iC Fig.3.3.: Tiristor: a) estructura; b) modelo de capacidades; c) modelo simplificado sin capacidades de difusión. CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.21 3.1.4)Corte del estado de conducción. Fig.3.6.: Corriente inversa en un diodo o tiristor: a) ideal; b) real. Fig.3.7.: Corte de un tiristor: a) corriente; b) tensión ánodo-cátodo. a) b) i A vAK t t a) b) CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.22 3.2)PÉRDIDAS, CALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN. 3.2.1)Pérdidas: Pérdidas de conducción: Fig.3.8.: a) Característica de conducción de un diodo; b) modelo circuital. Pérdidas de conmutación. Fig.3.9.: Conmutación de un semiconductor controlado: a) circuito; b) tensión de control; c) tensión y corriente y d) potencia. VControl 0 Off On tOn Off tOff s s f 1 T = t t t vT iT vd I0 vd PT(t) 0d IV ⋅ tc(On) tfvtrit d(on) td(off) trv tfi tc(Off) Vd iT VT i0 + a) b) c) d) i Rc A K VAK [ ]V7.0V0 ≈ a) b) CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.23 3.2.2)Calentamiento y refrigeración: Fig.3.10.: Flujo de calor en el semiconductor. Modelo térmico estacionario: A D C J RθJC RθCD RθDA TA TC TD TJ P Fig.3.11.: Diodo montado en un disipador. Fig.3.12.: Modelo térmico estacionario. CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.26 Fig.3.18.: Inversor trifásico montado en un disipador. Fig.3.19.: Tiristores refrigerados por agua. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.27 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL (RECTIFICADORES) 4.1)TIPOS BÁSICOS DE RECTIFICADORES. Fig.4.1.: Cuadrantes de operación de un rectificador. C.A vd id R L vd id Inversor II Inversor IV Rectificador I Rectificador III CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.28 4.1.1)Rectificador monofásico de media onda. Fig.4.2.: Rectificador monofásico no controlado con carga resistiva. Fig.4.3.: Rectificador monofásico no controlado con carga inductiva. vdR id vAK vs 0 v̂ vs vAK 0 ωt v̂ vs vd,id ωt CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.31 4.1.2)Rectificador estrella monofásico. vd id R is T1 iT2 v1 v2 vT1 v T2 vT2 iT1 v N1 N2 N is is = iT1 N1 N2· is is = iT2 N1 N2· 0 0 0 0 ω t ω t ω t ω t v̂ vd v1 v2 α is iT2 iT1 0 ω t 0 ω t ig2 ig1 Fig.4.6.: Rectificador estrella monofásico con carga resistiva. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.32 Fig.4.7.: Efecto de la constante de tiempo de la carga sobre la corriente. 4.1.3)Rectificador puente monofásico. Fig.4.8.: Rectificador puente monofásico: a) no controlado; b) totalmente controlado. a) b) P vd id R D1 D2 D3 D4 vs N is + P vd id Carga T1 T2 T3 T4 vs N is + ig1 CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.33 ωt vd is iT1 ,iT2 ig1 ,ig2 ig3 ,ig4 iT3 ,iT4 ωt ωt ωt ωt ωt 0 v̂ 0 0 0 0 0 α Fig.4.9.: Formas de onda del rectificador puente monofásico totalmente controlado con carga resistiva. (Ver Fig.4.8-b). α ωt is iT1 ig1 ,ig2 ig3 ,ig4 iT2 ωt ωt ωt ωt ωt 0 v̂ 0 0 0 ωt 0 0 id Id 0 Fig.4.10.: Formas de onda del rectificador puente monofásico totalmente controlado con carga inductiva (L→∞). CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.36 R L i2 i3 dv i1 T1 v 1v 2v 3v id ig2 ig1 ig3 Fig.4.15.: Rectificador estrella trifásico controlado. 30º 150º 270º 390º 510º 630º 750º 0 ← v 1 ← v 2 ← v 3 ↓ ω t v d i g1 ω t i g2 ω t i g3 ω t i d ω t i 1 ω t i 2 ω t i 3 ω t v T1 ω t V̂3 ⋅− V̂− V̂ α Fig.4.16.: Formas de onda del rectificador estrella de la figura 4.15. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.37 vd α=90º ωt vd α=135º ωt vd α=30º ωt Fig.4.17.: Tensión en la carga de un rectificador estrella trifásico con carga resistiva pura. vd α=90º ωt vd α=30º ωt vd α=135º ωt Fig.4.18.: Tensión en la carga de un rectificador estrella trifásico con carga R-L (Ld→∞). CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.38 4.1.5)Rectificador trifásico puente. (Puente de Graetz). R L vd v1 v2 v3 0 D1 D3 D5 D4 D6 D2 iD1 iD3 iD5 iD4 iD6 iD2 VD1 i2' i1' iy P N i1 i3 id i2 Fig.4.19.: Rectificador puente trifásico no controlado. R L vd D1 D3 D5 D4 D6 D2 VD1 iD1 iD3 iD5 iD4 iD6 iD2 i1 i2 i3 v1 v2 v3 0 P N id Fig.4.20.: Otra forma de ver el rectificador de la figura 4.19. R L v1 v2 v3 0 T1 T3 T5 T4 T6 T2 ig1 iT3 iT5 iT4 iT6 iT2 VD1 P i1 i3 id i2 iT1 N vd Fig.4.21.: Rectificador puente trifásico controlado. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.41 R L v1 v2 v3 0 T1 T3 T5 D4 D6 D2 ig1 iT3 iT5 iD4 iD6 iD2 P i1 i3 id i2 iT1 N vd Fig.4.24.: Rectificador puente trifásico semicontrolado. iT v̂ vNO v1 vPO vd iD ωt α=45º v2 v3 v̂3 ⋅ i1 T5 T1 ωt ωt ωt ωt T3 T5 T1 T3 D6 D2 D4 D6 D2 D4 id id id id Fig.4.25.: Formas de onda del rectificador de la figura 4.24 con α = 45º. iT v̂ vNO v1 vPO vd iD ωt α=105º v2 v3 v̂3 ⋅ i1 T5 T1 ωt ωt ωt ωt T3 T5 T1 T3 D6 D2 D4 D6 D2 D4 id id id id Fig.4.26.: Formas de onda del rectificador de la figura 4.24 con α = 105º. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.42 4.1.6)Rectificador hexafásico. v1 v2 v3 v4 v5 v6 T1 T3 T5 T6 T2 T4 R L id vd i1 i2 Fig.4.27.: Rectificador hexafásico. v̂ vd i2 ωt i1 ωt ωt α v1 v2 v3 v6v4 v5 0 Fig.4.28.: Formas de onda del rectificador hexafásico. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.43 4.2)RECTIFICADORES CON DIODO VOLANTE. Fig.4.29.: Rectificador monofásico con diodo volante. R L v1 v2 v3 0 T1 T3 T5 T4 T6 T2 ig1 iT3 iT5 iT4 iT6 iT2 P i1 i3 id i2 iT1 N vd iD DV Fig.4.30.: Rectificador trifásico puente con diodo volante. id R is v L iD DV vR vL vd T1 vd id v̂ is ωt α iD ωt ωt ωt Conduce T1 Conduce DV CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.46 4.5)OPERACIÓN DE RECTIFICADORES CON CARGA ACTIVA Fig.4.34.: Rectificadores con carga activa: a) batería; b) motor de corriente continua. Fig.4.35.: Rectificador con carga activa-resistiva: a) VB > 0; b) VB < 0. VB R L Vrot R L a) b) vd id R T1 v1 v2 vAK v T2 N2 N VB v1 ωt V B ωt v2 αmaxαmin vd α=60º V̂ id Rango de control vd id R T1 v1 v2 vAK v T2 N2 N VB v1 ωt VB v2 vd α=60º Rango de control a) b) CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.47 c) Fig.4.36.: Rectificador monofásico con carga activa-inductiva: a) circuito; b) circuito equivalente; c) formas de onda. Fig.4.37: Rectificador monofásico con carga activa-inductiva (VB < 0). vLvs + Ls Vd D1 D3 D4 D2 A B - id + - iS id + - Ls Vd + - vs a) b) vd id L T1 v1 v2 vAK v T2 N2 N VB ωt VB ωt vdV̂ id 0 0 α=120º v 1 v2 A B CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.48 4.6)OPERACIÓN CON CARGA CAPACITIVA vd R1 C Rd vAK id ic vs + - i a) 0 0 t t vs V̂ i = ic+ id vd id ic T b) Fig.4.38.: Rectificador monofásico de media onda con carga capacitiva: a) circuito; b) formas de onda. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.51 4.8)EL PROCESO DE CONMUTACIÓN. vd R v1 Lk T1Rk +- i1 i2 i3 Lk Lk Rk Rk Ld id v2 +- v3 +- T2 T3 dI=di a) 0 v̂ vd v̂3 ⋅ ωt v1 v2 v3 v21=v2-v1 ωt ωt ωt ωt i1 i2 i3 id Id µ0 b) Fig.4.42.: Proceso de conmutación con α = 0; a) circuito; b) formas de onda. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.52 0 0 i v1 i2 µ0 v 2 i1 ωt ωt ωt I d 2 21 vv + v1 v d v2 vd v 0 0 i i2i1 ωt Id ωt ωt v1 α v 2 2 21 vv + v 1 vd v 2 vd v µ a) b) Fig.4.43.: Efecto del ángulo de disparo α sobre el ángulo de conmutación µ: a) α = 0; b) α = 45º. 0 ωt=x v1 α v2 2 21 vv + µ v3 vdv̂ 2 v̂ x=0 Fig.4.44.: Formas de onda para calcular la tensión en la carga considerando la conmutación. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.53 vd R Ld id v1 Lk +- i1 i2 i3 Lk Lk v2 +- v3 +- T1 T2 T3 vAK a) 0 0 v1 α = 150º v2 2 21 vv + µ v3 vd ωt ωt γ β vAK v12v13 b) Fig.4.45.: Ángulo de disparo máximo; a) circuito; b) formas de onda. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.56 4.9)CONEXIONES MULTIPLES DE RECTIFICADORES. 4.9.1)Rectificadores en serie. R L C.A C.A vd R L v1 v2 v3 v6v4 v5 vd vR1 vR2 id v1,v4 v3,v6 v2,v5 v1 v3 v2 v6 v4 v5 Fig.4.49.: Rectificadores en serie. ωt ωt vd v1,v4 vR1 vR2 V̂2 Vmed v6 v4 v5v1 v2 v3 vR2 vR1 v2,v5v3,v6 vd Vmed CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.57 vAB v1 v2 v3 v6v4 v5 A B D v9v7 v8 EvDE Primario(∆) Secundario(∆) Secundario( )Y v 1 v 2 v 3 v DE vAB ωt ωt Fig.4.50.: Transformador de tres devanados. 30º VDE VAB IM RE CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.58 (Y) (∆) Secundarios R L vR1 vR2 Primario ( ∆) 1 2 vd p=12 vd d vv vR1 vR2 ωt Fig.4.51.: Rectificador de doce pulsos. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.61 M.G 1 1' 2 2' 3 3' vd1 vs1 vs2 vs3 vd2 vkr id ikr Fig.4.56.: Camino de la corriente circulante. Fig.4.57.:Formas de onda del convertidor dual con corriente circulante de la figura 4.53. CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.62 LKR A B 1 2 3 1 2 3 IKR' IKR'' LKR A B IKR LKR A B IKRTr1 Tr2 LKR A B 1 2 IKR' IKR'' 1 2 LKR A B 1 2 3 1 2 3 LD Fig.4.58.: Algunos convertidores duales: a) y c) moonofásicos; b) y c) trifásicos con corriente circulante y e) trifásico sin corriente circulante. a) b) c) d) e) CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 63 CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES 5.1)PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. RL vd Carga I II id Fig.5.1.: Esquema de un cicloconversor. 0 vd, id ϕ II I I A Inv Rectificador B C Inv Rectificador Inv II II D E vd id ωt Fig.5.2.: Formas de onda de un cicloconversor. CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 66 Fase 1 Fase 2 Fase 3 NN Fig.5.5.: Cicloconversor de 3 pulsos con carga trifásica. CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 67 5.3)CICLOCONVERSORES DE 6 PULSOS vd R Ld id I II va vb vc Fig.5.6.: Cicloconversor de 6 pulsos con carga monofásica. CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 68 Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fig.5.7.: Cicloconversor de 6 pulsos trifásico. CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DE FRECUENCIA FIJA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 71 CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA (AC-AC) 6.1)INTERRUPTOR BIDIRECCIONAL DE ESTADO SÓLIDO Circuito de disparo iG2 iG1 iS id L R vdvs Circuito de disparo iG iS i d L R vdvs a) b) Fig.6.1.: Interruptor estático de corriente alterna con: a) tiristores; b) triacs. CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 72 6.1.1)Convertidor AC-AC monofásico con control de fase.- α = 40º v vs vd iG1 iG2 ωt ωt ωt α = 100º v vd vs iG1 iG2 ωt ωt ωt a) iG1 iG2 ωt v vd vs id α=90ºα=110ºα=120ºα=150º ωt ωt ωt b) N Fig.6.2.: Convertidor AC-AC monofásico con control de fase: a) carga resistiva; b) carga inductiva; c) característica de tensión en la carga. CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 73 6.1.2)Convertidor AC-AC monofásico con control integral de ciclos. iG1 iG2 ωt v vd vs T2T1 T ωt ωt Fig.6.3.: Formas de onda del convertidor AC-AC monofásico de la figura 6.1 con control integral de ciclos.- 6.2)CONVERTIDOR AC-AC TRIFÁSICO. n N va vb vc A B C L R L R L R + + + T1 T2 T3 T4 T5 T6 ia ib ic Fig.6.4.: Circuito de potencia de un convertidor AC-AC trifásico completamente controlado. CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 76 Fig.6.7.: Corriente ia en un convertidor AC-AC trifásico con carga resistiva y diferentes ángulos de disparo α. CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 77 Fig.6.8.: Oscilogramas de la corriente en el convertidor AC-AC trifásico de la figura 6.4 con carga inductiva-resistiva. CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 78 CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA 7.1)PULSADORES.- Se los conoce también como: * Convertidores CC-CC. * Choppers. 7.1.1)Principio de funcionamiento.- ie VB T iD L R id vd + D Fig.7.1.: Chopper reductor (Buck). CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 81 VB vdR L vL iT T iC D iD id + iL vd > VB a) VB LiL iT + vdR id VB L iD vdR idiL + b) ton c) toff ton toff T vd iL iT iD t t t t d) Fig.7.4.: Convertidor CC-CC elevador (Boost): a), b) y c) circuitos de potencia y equivalentes; d) formas de onda. CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 82 vd id I VB T1 T2 D1 D2 vd id iT1 iD2 L R V C + + iT1 iD2 VB vd id toffton t t t a) VB T1 T2 D1 D2 vd i d iT2 iD1 L R V C + + vd id II vd id iT2 iD1 VB toffton t t t t b) Fig.7.5.: Chopper de dos cuadrantes. CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 83 VB vd id T3 T4 R L D1 D2 iT1 iD2 T1 T2 D3 D4 + iT4 iD3 I id vd VB -VB 0 iT1 iT4 iD2 iD3 vd id t t t Fig.7.6.: Chopper de 4 cuadrantes (figura 7.3-d), en cuadrante I. id vd II VB vd id T3 T4 R L D1 D2 iT1 iD2 T1 T2 D3 D4 + iT4 iD3 + 0 VB -VB vd id t Fig.7.7.: Chopper de 4 cuadrantes (figura 7.3-d), en cuadrante II. CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 86 Inversor puente monofásico VB vd id T3 T4 R L D1 D2 iT1 iD2 T1 T2 D3 D4 iD1 iD3 iD4 iBT1 + iT2 iT3 iT4 T T/2 id vd VB -VB iT1,T4 iT2,T3 iD1,D4 iD2,D3 iBT2,BT3 iBT1,BT4 t t t t t t t Fig.7.11.: Inversor puente monofásico: a) circuito; b) formas de onda. CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 87 7.2.2)Inversor trifásico fuente de voltaje.- Motor a b c N + Vd Fig.7.12.: Circuito de potencia de un inversor trifásico fuente de voltaje. Motor a b c N VdvS iS Fig.7.13.: Inversor trifásico conectado a una red monofásica. Motor a b c is Vd + - 60-Hz Entrada ac N Fig.7.14.: Inversor trifásico conectado a una red trifásica. CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 88 T1 T4 i T1 iT4 2 V d 2 Vd T2 T5 i T2 iT5 D2 D5 D1 D4 T3 T6 i T3 iT6 D3 D6 Carga R S T vR vS vT dV N + - o + + T1 T2 T3 T4 T5 T6 60 º0 º 120 º 180 º 240 º 300 º 360 º Conduce No conduce Vd Vd Vd dV3 2 3 dV ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωt ωt vRS vST vTR vR vS vT vNO Vd/6 Fig.7.15.: Formas de onda de voltajes en un inversor trifásico: a) estados de conducción; b) tensiones entre líneas; c) tensiones fase-neutro en la carga; d) tensión del neutro. a) b) c) d) CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 91 Generador de diente de sierra Tensión de sincronismo Comparador vds vc Multivibrador monoestable K Al Gate Fig. 8.2.: Diagrama en bloques de un circuito de disparo elemental. I +Vcc vsinc - + +Vcc -VB R0 - + II v1 C1 v2 vC - + III v3 v6 +Vcc Multivibrador monoestable Pulso de disparo +Vcc Tr1 0 0 0 0 0 α=0º α ∆ vC Vm vsinc:kvs v1 v2 v3 v6 ωt ωt ωt ωt ωt Fig. 8.3.: Circuito de disparo con amplificadores operacionales: a) circuito; b) formas de onda. a) b) CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 92 8.2)CIRCUITOS DE DISPARO CON TRANSISTORES MONOJUNTURA. R2 C +Vcc R1 R vG B2 B1 VBB E vC t t vC vP vG τ1 τ2 Τ1 Τ2 Fig. 8.4.: Oscilador de relajación con transistor monojuntura. R2 C R vG Tr1 Carga vS + VZ R3 D1 α vp=ηVBB vG vS vS vZ Fig. 8.5.: Circuito de control con transistor monojuntura. a) b) CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 93 8.3)CIRCUITOS DE DISPARO AISLADOS PARA SCR. 15 V RG D1 G A K TG D2 Señal de pulso Fig. 8.6.: Uso de transformador de pulso para aislar SCR. Fuente de poder para el circuito de disparo del Gate Retardo del ángulo Amplificador de pulsos Detección de cruce por cero vcontrol Tierra del control Línea 1 2 3 4 Trafos de pulsos Fig. 8.7.: Diagrama general del circuito de disparo para un rectificador monofásico.