trabajo 2 transistores y rectificadores

5/14/2018 TRABAJO 2 Transistores y Rectificadores - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-2-transistores-y-rectificadores 1/63

Haga clic en elicono paraagregar una

imagen

3/13/12

ALUMNOS:

Arellanes Vega Hedtson

Oswaldo. Rosas López Ricardo.

ING. ELECTROMECÁNICA.

MATERIA:

Aplicaciones Industriales

TRANSISTORES Y

RECTIFICADORES

INSTITUTO TECNOLOGICO DE LOS MOCHIS



3/13/12

...debido a las aplicaciones cada

vez más frecuentes de la llamadaelectrónica de potencia

que esencialmente es aprovechar las ventajas que enmateria de control y regulación ofrecen los dispositivoselectrónicos, que por las magnitudes de corriente, voltaje ypotencia que manejan, se les conoce en un área de laelectrónica que se denomina como “LA ELECTRÓNICA

DE POTENCIA”.

En los sistemas eléctricos de potenciaha habido una transformación

importante en los últimos 25 años...

Introducción



3/13/12

Dentro de las aplicaciones máscomunes se encuentran la de losSistemas Eléctricos de Potencia enla Transmisión de Energía y en elControl de Máquinas Eléctricas.

En este trabajo, se hace unarevisión de los principales aspectosque en las aplicaciones tiene la

electrónica de potencia y el impactoque tiene en el desarrollotecnológico de la ingeniería eléctricaconvencional.



3/13/12

Los amplificadores lineales

Puentes rectificadores

Inversores

Dispositivos optoelectrónicos.

En la industria actual es difícil aislar la tecnología de la

electrónica de potencia de las máquinas eléctricas yesto requiere necesariamente de un conocimientorelativamente superficial de algunos dispositivos deestado sólido, como son por ejemplo: los diodos, lostiristores, triacs, los transistores bipolares, los

transistores MOSFET, los transistores IGBTy dealgunas otras componentes electrónicas, como son:

Transistores



3/13/12

Controladores de voltaje de corrientealterna (C.A.), es decir, C.A. a C.A

Rectificadores controlados (C.A. a C.D.)

Chopper (C.D. a C.D.) para convertir unvoltaje fijo en C.D. a un voltaje variableen C.D.

Inversores (C.D. a C.A.)

Ciclo convertidores (C.A. a C.A.), esdecir, con aplicaciones en su mayoría asistemas de control.

…Que son aplicados a su vez en elementos



3/13/12

Tipos de transistores

BJTPNP

NPN

FET

CANAL P

MESFET

MOSFET

JFET CANAL N

CANAL N

ACUMULADOR

DEPLEXIÓN

CANAL P

CANAL N

CANAL PCANAL N

•BJT: Transistores bipolares de unión.•FET: Transistores de efecto de campo.•JFET: Transistores de efecto de campo de unión.•MESFET: Transistores de efecto de campo de metal semiconductor.•MOSFET: Transistores de efecto de campo de metal-oxido-semiconductor.•IGBT: Transistores de puerta aislada.


http://slidepdf.com/reader/full/trabajo-2-transistores-y-rectificadores 7/633/13/12

Los transistores son dispositivos dotados de 3terminales

Dos de los terminales actúan como terminalesde entrada (control)

Dos actúan como terminales de salida

Un terminal es común a entrada y salida

La potencia consumida en la entrada es menor que la controlada en la salida

La tensión entre terminales de entrada determinala salida: puede funcionar como fuente decorriente (zona activa), cortocircuito (saturación)o circuito abierto (corte). en los accionamientos

Características comunes



FUNCIÓN CONTROLADORES FACTS Y EQUIPO CONVENCIONAL

Control de

voltaje

qPlantas generadoras. Cambiadores de Taps en transformadores

de tipo convencional.qBancos de capacitores convencionales.qCompensador estático de Vars (SVC).qCompensador estático síncrono (STATCOM).qControlador unificado de flujo de potencia (UPFC).qSuperconductor de energía (SMES).q

Sistema de almacenamiento de energía en batería (BESS).Compensador estático convertible.

Control deflujo depotencia

qPlantas generadoras.qCompensación serie convencional.qCapacitor serie controlado por tiristores (TCSC).q

Reactor en serie controlado por tiristores (TCSR).qCambiador de fase controlado por tiristores (TCPST).qControlador unificado de flujo de potencia (UPFC).Compensador serie estático síncrono (SSSC).

Tablas de funciones



Transistor bipolar deunion BJT

Transistor de efecto decamp, de unión (JFET)

Transistor de efecto decampo, de metal-oxido-

semiconductor (MOSFET)Fototransistor

Terminales



Características de los tipos de transistores

BJT: Bipolar Junction Transistor. Transistor bipolar constituido por la unión de dos materiales concapacidades opuestas para polarizarse (uniones NP OPN). Los transistores bipolares pueden ser PNP o NPNFET: Field Effect Transistor. Transistor de efecto decampo. Está formado por una barra de materialsemiconductor de silicio tipo P o N en cuyos extremosse establece un contacto óhmico. También se les

conoce como transistores unipolares. FET: Field Effect Transistor. Transistor de efecto de campo. Estáformado por una barra de material semiconductor desilicio tipo P o N en cuyos extremos se establece uncontacto óhmico. También se les conoce como

transistores unipolares.IGBT : Isolated Gate Bipolar Transistor. Transistor bipolar de puerta aislada. Presenta la ventaja de que lapuerta se comporta como la de un transistor MOSFET

lo que facilita su gobierno. Es más robusto que el

En los de canal N la conducción la producen e- en losde canal P huecos. Hay 3 tipos:qJFET.- Junction Field Effect Transistor q

MESFET.- Metal Semiconductor Transistor qMOSFET.- Metal Oxide Semiconductor Transistor



Transistor BJT

El BJT (“Bipolar Junction Transistor”), fueintroducido a principios de los años 80, en el

BJT la señal de control se debe mantener sise quiere que el dispositivo conduzca. Al igual que el tiristor tiene tres terminales:colector C, emisor E y base (B). Una señalaplicada al terminal de control (base) hace

que el transistor sea conductor en un gradomás o menos importante, amplificándose elvalor de dicha señal de control, a la salidaentre el emisor y el colector. Es decir adiferencia de los tiristores, la intensidad que

va a circular entre el colector y el emisor esproporcional a la señal aplicada a la base. Laflecha del emisor indica la dirección de lacirculación de la corriente cuando la uniónemisor-base se encuentra polarizada en

sentido directo (transistor en estado de

Un transistor de potencia se caracteriza en estado de bloqueopor la tensión en sus bornes colector-emisor VCE y su corrientede fugas IF. En estado de conducción, se caracteriza por la

corriente que lo atraviesa IC y por la caída de tensión que esta



MOSFET

El MOSFET (“Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor”), es un transistor

de conmutación muy rápidaque nació con un futuroprometedor en aplicaciones dealta frecuencia (hasta 1 MHz) ybaja potencia (hasta unospocos kW).

El dispositivo tiene poca capacidad para soportar la tensióninversa y siempre lleva un diodo inversor. A diferencia de untransistor bipolar, el MOSFET se controla por tensión de talmanera, que si se aplica a la puerta una tensión positiva (esdecir VGS positiva) mayor que un valor umbral, el transistor conduce permitiendo el flujo de intensidad entre el drenador y lafuente. La puerta está aislada por una capa de oxido de silicio(SO2), y entonces la impedancia de entrada del circuito depuerta es extremadamente elevada en estado estacionario. Lapuerta precisará de un pulso de corriente durante el paso deconducción a bloqueo.



IGBT

El IGBT (“Isolated Gate Bypolar Transistor”)es un dispositivo que tiene algunas de lasventajas de los MOSFET, BJT y GTOcombinadas, ha sustituido a los transistores de

potencia en las aplicaciones de baja tensión ymedia potencia y con módulos asociados, estánsustituyendo también a los SCR y GTOs enpequeña y media potencia, pudiéndose alcanzar hasta 1,5 MW.

Este dispositivo tiene una impedancia depuerta elevada, por lo que precisa pequeñascorrientes para manejar grandes potencias,de esta manera se reducen los retrasosasociados a elevadas corrientes de control yse consigue una respuesta rápida, (menor de

1 microsegundo)

Los IGBTs tienen tiempos de encendido yapagado del orden de 1 microsegundo, larapidez de conmutación permite lograr, conlas técnicas PWM, formas de onda de grancalidad, con un mínimo nivel de armónicos,

lo que permite hacer desaparecer el ruidoelectromagnético audible característico delos armónicos de bajo rango.

Las tensiones son del orden de los 2000 V y lasintensidades de cientos de amperios yfrecuencias de maniobra del orden de los 20kHz.Su rápido desarrollo persigue, entre otrosaspectos, aumentar la tensión colector-emisor ytambién la intensidad de colector (que puedellegar hasta 2.700 A, la cual se consigue

mediante la asociación en paralelo de variosmódulos individuales), así como mejorar latransmisión de calor entre la uniónsemiconductora y el exterior.

Los IGBTs que se fabrican actualmente,tienen una capacidad de manipulación depotencia comparable con la del BJT pero

pueden operar a más altas frecuencias. Lasimplicidad de la puerta, facilidad deprotección, capacidad de protección encircuitos de potencia, operación sinsnubbers, y alta velocidad de maniobrahacen que los convertidores de IGBTs seanmás atractivos que los convertidores de

BJTs.



Encapsulados más frecuentes



TIPO DETRANSISTOR

DIFICULTAD DEGOBIERNO(ENCENDIDO -

APAGADO).

FRECUENCIAMÁXIMA DECONMUTACIÓN

ROBUSTEZ PROPIEDADESESPECIALES

TRANSISTORESBIPOLARES

MEDIA: CIERTOCONSUMO DECORRIENTEPORPUERTA

B AJA: DEL ORDENDE 20kHz

ALTA MANEJO DE ALTASPOTENCIAS YTENSIONES

TRANSISTORES

MOSFET

BAJA: CONSUMO

POR PUERTA MUYREDUCIDA

ELEVADA: DEL

ORDEN DE 1Hz

MEDIA RESISTIVO EN

CONDUCCIÓN:RESISTENCIASMUY BAJAS

IGBTS BAJA: CONSUMOPOR PUERTA MUYREDUCIDO

MEDIA: ENTREBIPOLARES YMOSFET

ALTA MANEJO ALTASPOTENCIAS YTENSIONESMENORES

PERDIDAS QUEMOSFET

GTOS ALTA: DIFICULTADPARA EL APAGADO

MUY BAJA DELORDEN DE 1kHZ

MUY ALTA MUY ROBUSTO

Cuadro comparativo de las propiedades de los transistores



3/13/12

Comparación de potencia y frecuencias de conmutación



3/13/12

Evaluación de la potencia con el desarrollo de los dispositivos

Ti d Ti i t



3/13/12 T

I R I S T O R E S

Tipos de Tiristores

SCR (Silicon ControlledRectifier)

DIAC

TRIAC

GTO

A este dispositivo se le suele llamar Tiristor

SCR (Sili C t ll d R tifi )



3/13/12 T

I R I S T O R E S

SCR (Silicon Controlled Rectifier)

Es uno de los semiconductores másantiguos

1957 General Electric ResearchLaboratoriesTiene una enorme capacidad de manejar potencia

Son muy robustos

Seguirá teniendo aplicaciones debido a que es de lossemiconductores con mayor capacidad de manejar potencia

SCR

Á



3/13/12 T

I R I S T O R E S

SCR

VA

K

IA

Característica V-I

Ánodo

Cátodo

A

KVAK

IA

Con polarización inversa se comporta como un diodo:no conduce

Polarización directa: sino se ha disparado, noconduce

Polarización directa: una vezdisparado, conduce como undiodo

Zona de transición

El SCR se apaga de forma natural cuando la corriente

Puerta

Encapsulados de SCR



3/13/12

Encapsulados de SCR

T

I R I S T O R E S

ADD APACK

MAGN APACK

PACE PACK TO-200



3/13/12

Parámetros fundamentales para seleccionar un SCR

• Tensión de ruptura• Corriente máxima•

Velocidad deconmutación

Tensiones de ruptura de dispositivoscomerciales

Altatensión

400 V

800 V

1000V T

I R I S T O R E S

Soportan tensión directa(VDRM) e inversa

(VRRM)

Características de disparo



3/13/12 T

I R I S T O R E S


Para disparar el SCR hay que introducir corriente por la puerta

Para que el disparo sea efectivo, se deben de cumplir doscondiciones:1. La corriente de puerta debe ser superior a uncierto valor

VGK

IG

Ningún SCR sedispara

Zona de disparoseguro

No se garantiza eldisparo




3/13/12 T

I R I S T O R E S


VG

K

IG

Zona de disparoseguro

El circuito de disparo debe tener una recta de cargatal que el punto de corte esté en la zona de disparoseguro

Z1

V1

V1

V1 / Z1




3/13/12 T

I R I S T O R E S


2. Hay que mantener el disparo hasta que la corrienteánodo-cátodo sobrepase un cierto valor que se llama

Corriente de Enclavamiento (Latching Current)IA

IG

ILATCHIN

GSeapaga

Sigueconduciendo

Una vez disparado, el SCR sigueconduciendo aunque no tenga corrienteen puerta




3/13/12 T

I R I S T O R E S


Podríamos disparar el SCR con un pulso de corriente

Esto funciona con carga resistiva ya que la corriente

crece rápidamente y se alcanza fácilmente la corriente deenclavamiento

Z1V1

Z1 =R

Z1 =LsSe apaga

Para evitar esto, se suele disparar los SCR con trenesde pulsos

I

G

I A

I A

I

G

IG




3/13/12 T

I R I S T O R E S


El SCR se puede llegar a disparar por derivada detensión

Si la tensión ánodo-cátodo cambia muybruscamente, puede inducirse corriente en la puertay entrar en conducción

VAKdt

dVAK grande

i

Apagado del SCR



3/13/12 T

I R I S T O R E S

Apagado del SCR

Idealmente, cuando la corriente que circula entre ánodoy cátodo llega a cero, el SCR se apaga de forma natural

En realidad, se apaga cuando la corriente baja hasta uncierto valor llamado Corriente de mantenimiento (holding current)

IA

Corriente demantenimiento

Corrientede

enclavamiento

(p.ej 600mA)(p.ej 1 A)

Apagado del SCR



3/13/12 T

I R I S T O R E S

Apagado del SCR

• Apagado estático• Apagadodinámico

Hay dos tipos de apagado:

El apagado estático se utiliza enaplicaciones de red (50 Hz)

El tiristor se apaga de formanatural

El apagado dinámico se utilizaen aplicaciones de frecuenciamás elevada (1 - 20 kHz)

Se requiere un circuito externopara apagar el SCR de formaforzada

IMANTENIMIENTO

IA

IA

V

AK

V AK

s

Ejemplo de funcionamiento



3/13/12 T

I R I S T O R E S

Ejemplo de funcionamiento

R1

V1

V1

VR

VT VR

VT

Disparo

TRIAC



3/13/12 T

I R I S T O R E S

TRIAC

Funciona como un tiristor

Al dispararlo, conduce hasta que la corriente pasa por ceroEs bidireccional. Conduce en ambos sentidos

Se puede disparar con corrientes entrantes y salientes

Su uso es común en aplicaciones de “baja” potencia (perorelativamente alta comparada con la potencia de muchossistemas de alimentación)

Especificaciones

típicas

200, 400, 600, 800, 1000 V

1- 50 A

T1 T2G

TRIAC



3/13/12 T

I R I S T O R E S

TRIAC

Hay 4 posibilidades defuncionamiento

No todas son igual de favorablesT2

T1IG

+

-

T2

T1IG

+

-

T2

T1IG

+

- T2

T1IG

-

+

IG

>IH<IL<

IH Corriente de IL Corriente de

35

mA

35

mA

35

mA30mA

30mA

30mA

30mA40

mA60mA

60mA

40mA

70

mA

TRIAC Ejemplo

Nivel de comparación



3/13/12 T

I R I S T O R E S

TRIAC Ejemplo

C

R

RL(Carga)

Comp. conHistéresis

p

VRL

VCo

mp

VG

VG

: ángulo de disparo

Controlando el ángulo

de disparo se controlala potencia que se leda a RL A este tipo decontrol se le llama

control de fase

DIAC



3/13/12 T

I R I S T O R E S

DIACNo es un interruptor

Una vez disparado se comporta como un diodo

Cuando su corriente pasa por cero, se apagaPara dispararlo hay que sobrepasar una tensióncaracterística VDIAC que suele ser de 30 V.

Es totalmente simétrico

Aplicaciones: se suele usar para disparar TRIACs

30V- 30V

T1

T2 VT

12

IT12

GTO Gate Turn-Off Thirystor



3/13/12 T

I R I S T O R E S

GTO Gate Turn Off Thirystor

A

KG

• En muchas aplicaciones, el hecho de no

poder apagar el SCR es un graveproblema• El GTO solventa ese inconveniente• Con corriente entrante por puerta, se

dispara• Con corriente saliente por puerta, seapaga

• Se utiliza en aplicaciones de muchapotencia• Es muy robusto

GTO



3/13/12 T

I R I S T O R E S

GTO

• Soporta altas tensiones•

Puede manejar corrientes elevadas• La caída de tensión en conducción esrelativamente baja

• El GTO es básicamente igual que un SCR•

Se han modificado algunos parámetrosconstructivos para poder apagarlo por puerta• Se pierden algunas características (solución decompromiso). Por ejemplo, la corriente de disparo esmayor.• Caída de tensión en conducción ligeramentesuperior al SCR• Algo más rápido que un SCR

Introducción



3/13/12 C

O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

Introducción

La fuente de distribución de energía eléctrica máshabitual es la red eléctrica

La energía se distribuye en forma de tensión alternaSin embargo, los equipos electrónicos generalmentenecesitan una tensión continua para funcionar

Por esta razón, la primera etapa de conversión suele

ser en la mayoría de los casos una transformaciónCA/CC

Si la tensión obtenida de esta forma no es adecuadapara la aplicación, se pueden conectar en cascada

otros convertidores

CA/CC CC/CC

CA/CC CC/CA

Introducción



3/13/12 C

O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

Los convertidores CA/CC los podemos clasificar de lasiguiente forma:

NoControlados

Controlado

s

• Monofásicos• Trifásicos

En un rectificador controlado, un circuito de control puedemodificar los parámetros de funcionamiento del convertidor y regular en cierta medida la tensión de salida

En el caso de un rectificador no controlado, no hay ningunaposibilidad de control y la tensión de salida dependeexclusivamente de la cargaEn la actualidad, el esquema más usado se basa en utilizar un convertidor CA/CC no controlado. A continuación seconecta otro convertidor en cascada que es el que se

encarga de controlar la tensión de salida

• Monofásicos• Trifásicos

Introducción



3/13/12 C

O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

Especificaciones típicas de la tensiónalterna

Europa 220 V, 50Hz230 V, 50Hz240 V, 50Hz

EE.UU 110 V, 60Hz

Japón100 V, 60

Hz100 V, 50Hz

Red de bajatensión

Red de mediatensión

380 V, 50Hz

Trifásica

3, 6, 10, 15, 20 kV, 50Hz

400 V, 50Hz Rango de

tensión de

entrada universal85 V – 265V

En Asturias, la red de distribución de media tensión es

de 22 kV

Los equipos funcionan en un rango: 190-250V

Convertidores monofásicos



3/13/12 C

O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

El esquema más habitual es el rectificador en puentecompleto

VCVin: 230 V, 50Hz

Iin

VCV3252230 =

Formas deonda

La tensión de salida escontinua

Tiene un rizado que dependede la carga

El valor medio no escontrolable

La corriente de entrada es

Muysencillo

Muyrobusto

Barato




3/13/12 C

O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

Funcionamiento del circuito

VC

Vin: 230 V, 50

Hz

Semiciclopositivo

Semiciclonegativo

VC =Vin

VC =Vin

Vin VinVC VC

El condensador se carga al valor de pico de la tensión de




3/13/12 C

O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

VC

iIN Formas de onda obtenidas por simulación

VC

(Rizado)

El condensador se carga

durante el tiempo en el que haycirculación de corriente. El restodel tiempo esta descargando laenergía sobre la carga

0.5 – 1ms

10ms




3/13/12 C

O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

Cálculo aproximado de la corriente depicoSuponemos que tiene una forma de onda

cuadrada

t1

Ipα

α

α

α

θππ ∫ 2

2

pp

2

2

pp )cos·(V·I1

d·)(sen·V·I·1

P

απ sen

I·V

2P

pp

Suponiendo una duración del pulso de aprox. 1 ms,= 18ºVp = 230· 2 = 325

P = 1000 W Ip = 15.6 A

Si la corriente fuesesenoidal:

ef ef I·VP = Ief =4.34 A

Ip = 6.14 A

El valor de pico es 2.5 veces

menor !!

Rizado en el condensador



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

El rizado de tensión en la salida es uno de los datosfundamentales que deben ser calculados por el diseñador Este dato se puede calcular de

diversos modos1. BalanceenergéticoSabiendo la energía que sale del condensador y los

valores de tensión máximo y mínimo podemos hacer unbalance energético:vC VMA

XVMIN

)VV(C2

1t·P 2

MIN

2

MAX −

P: potencia que maneja el convertidor t: tiempo que dura la descarga. Se puedeaproximar a T/2=10ms

2. Corriente de descargaconstanteSuponemos que el condensador se descarga con unacorriente constante

I0

_

C

_

0

V

PI =

Des0

t

0

0C t·IC

1dtI

C

1v

Des

=∫tDes: tiempo dedescarga

Si hacemos la aproximación: tDes = T/2, cometemos unerror del orden del 2%

Restando el tiempo de conducción, la solución es casiexacta

Vi

n

V

C

Rizado en el



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

ado e econdensador Uno de los criterios para dimensionar el condensador suele ser el Hold-up time

CC/CC V0VC230 V, 50 Hz

VC

Fallo deRed Vuelve lared

10 ms

V0

Se mantiene la tensión de salida gracias a la energía del

Vin

Doblador de tensión



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

En la actualidad hay muchos equipos portátiles quedeben poder funcionar con la tensión nominal decualquier país

Es el denominado “rango de tensión universal”: 90-265 V Al haber tanta diferencia de tensión entre la mínima y lamáxima, los equipos pueden tener problemas parafuncionar

Un posible circuito para solucionarlo es el doblador detensión

230 V

110 V

Con 230 V de entrada, elinterruptor está abierto

El funcionamiento es igual queel de un rectificador de dobleonda normal

El condensador equivalenteque verá la red será C/2

C

C

Doblador de tensión



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

110 V

C

C

Cuando la tensión de entrada es de 110 V, se cierra elinterruptor

110V

D3

D4

D3 y D4 quedan cortados

porque están en paralelo conlos condensadores

Semiciclopositivo

Semiciclonegativo

VC1 =Vin

VC2 =VinEn total, la tensión en la carga es la suma de la tensión en

los dos condensadores: V0 = 2·Vin (2·110 V = 220 V)

V0 V0

Rectificador con bobina



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

Para suavizar la forma de onda de la corriente de entradaes posible utilizar una bobina

Suponiendo que el condensador esgrande y que, por tanto, el rizado detensión es nulo, la forma de onda dela corriente será:

0

100

20

0

300

400

Vin

VC

VL

VL = Vin -

VC

i

f

-i

Vi

n

V

C

L

V

L

VL = Vin -VC

∫ dt)t(vL

1i LL

Análisis de la corriente de entrada



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

Como hemos podido comprobar, la corriente de entradano es senoidal pero es mucho más suave que sin bobina

Para analizar la “calidad” de la forma de onda recurrimosal desarrollo en serie de Fourier

∑∞

=

+2n

n1e iii i1: armónico fundamental

in: armónico de orden n

Suponiendo una tensión de entrada senoidal, el únicoarmónico que contribuye al flujo de potencia media es elfundamental ya que las frecuencias deben ser iguales

∫π

θπ

=0

1in

_

d·i·v1

P 1ef 1ef

_

·cosI·VP ϕ

La potencia aparente es: S =Vef · Ief El factor de potenciaserá:

ef ef

1ef 1ef

_

I·V

·cosI·V

S

P.P.F

ϕ= 1

ef

ef 1

_

·cosI

I

S

P.P.F ϕ

Si hay mucha distorsión I1ef << Ief por lo que el

F.P. será bajo




3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

Distorsión armónica total (DAT) Total Harmonic Distortion (THD)Da una idea de lo cercana que está una forma de onda auna senoide

THD = 0% SenoidalTHD = 100% No Senoidal

THD = 200% No Senoidal

Definición:1

dis

I

ITHD =

∑∞

=

=2n

2

n

2

1

2

edis IIII

1er armónico

Resto de armónicos

∑∞

=

+2n

2

n

2

1e III

Factor deCresta: ef

pico

II

Factor de

Forma:

medio

ef

I

I




3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

0.9

0.750.60.5

cos

FP

ef

_

V

IL

0.180.02

ef

_

V

IL

0.180.02

F.

CrestaF.Forma

ef

C

V

V

3.5

2.5

1.5

2.25

1.75

Rectificadores trifásicos



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

En entornos industriales se suele usar la red trifásica• Las formas de onda tienen menos rizado de formanatural• Tiene mayor capacidad de manejar potenciaLos circuitos son básicamente iguales a los monofásicos

R

S

T

R S T

V0

Suponiendo una RL muygrande

RL

La tensión V0 será laenvolvente de esta forma

de onda




3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

Si queremos disminuir aún más el rizado, podemos utilizar un filtro por condensador. Con un condensador infinitotendríamos una tensión de salida igual al valor de pico de

la tensión de entrada: 2·VLL=1.41·VLL

R

S

TV

0

RL

D1

D4

D2

D5

D3

D6

LLV·2

iin

La corriente de entrada tiene una forma de onda similar alcaso de tensión monofásica

El tiempo de conducción es muy corto y el valor de pico eselevado

Es una forma de onda poco interesante




3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C N

O C

O N T R O L A D O S

También es posible implementar una bobina parasuavizar la corriente de entrada

60º

LLV·2

Durante ciertos instantes de tiempo, la corriente es nula

VC

RLC VC

VLC

VC

VLCCuando iL=0, VLC=VC

Cuando VLC>VC, la corriente crece

Cuando VLC<VC, la corriente decrece

Introducción



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C C

O N T R O L A D O

S

CA/CC CC/CC

Los rectificadores no controlados se utilizan habitualmentecon una segunda etapa conectada en cascada

En algunos equipos de alta potencia puede resultar

interesante utilizar rectificadores controladosEspecialmente en sistemas donde sea importante controlar el flujo de potencia bidireccionalmente:• Transporte de energía en continua (alta tensión)• Algunos motores de continua y de alterna con capacidadregenerativa

CA/CC

Potencia

Introducción



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C

C O N T R O L A D O S

Los rectificadores no controlados son en el fondo uncaso particular de los convertidores controlados

De todas formas, su gran utilidad práctica recomienda suestudio por separado

Sin embargo, los rectificadores controlados suelentrabajar en modo de conducción continuo

Por otra parte, los rectificadores no controladossuelen trabajar en modo discontinuo

Se usan fundamentalmente en aplicaciones de mucha

potencia ,con lo que la tensión de entrada suele ser trifásica

Rectificadores controlados trifásicos

en MCC

Control de rectificadores controlados



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C

C O N T R O L A D O S

RV1

V1

VR

VR

Disparo

Cargaresistiva

Cuando el tiristor recibe un pulso de corriente en la puertacomienza a conducir, siempre y cuando tenga polarizacióndirecta entre ánodo y cátodoControlando el ángulo de disparo controlamos la

energía que pasa

Rectificador trifásico controlado



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C C

O N T R O L A D O

S

El esquema genérico es similar al visto para rectificadores nocontrolados

En el análisis de funcionamiento vamos a suponer que elrectificador trabaja en modo de conducción continuo y queLd es muy rande

LS: inductancia debida a la líneaLd: inductancia colocada por eldiseñador

LdLSLSL

S

iLd

iLd

Rectificador trifásico controlado



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C C

O N T R O L A D O

S

Análisis con LS= 0Idea básica: es posible controlar el valor medio de la

tensión de salida en función del momento en el que sedisparen los interruptoresFormas deonda

R S T

R =R

S

T

T1

T5 T6T4

T2 T3

T3T5 T1T5 T1T6

Punto en el que comenzaría la

conducción de D1

Punto en el que comienza laconducción de T1

VRL

VRL

Control de la tensión de salida



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C C

O N T R O L A D O

S

απ

=α ·cosV·23

V LLRL

Al cambiar el ángulo , cambia el valor de la tensión

de salidaCon = 0º,

obtenemos la mismatensión que en el casode un rectificador no

controladocos 0º = 1LLRL V·2

3V

π=

R S T

VR

S

VR

T

VR

L

Control de la tensión de salida



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C C

O N T R O L A D O

S

Formas de onda según el ángulo dedisparo

=45ºR S T

= 45º

VRL

Funcionamiento como inversor no autónomo



3/13/12 C O N V E R T I D O

R E S

C A / C C C

O N T R O L A D O

S 0·cosV·23

VLLRL

<π

Para ángulos mayores de 90º, el coseno esnegativo

Esto implicaría que la tensión VRL seríanegativaEsto no quiere decir que el rectificador sea capaz deobtener tensiones negativas

L =

VL

IL

VRL

Debemos tener en cuenta el

sentido de circulación decorrienteVRL

I

LEsta fuente está SUMINISTRANDOpotencia

Por tanto, el flujo de potencia no es de izqda-dcha sino alcontrario, SE ESTA DEVOLVIENDO POTENCIA A LARED

Funcionamiento como inversor no autónomo



O N V E R T I D O

R E S

C A / C C C

O N T R O L A D O

S

Por tanto, para que funcione de este modo es necesarioque haya una fuente de energía que proporcione lapotencia

No puede ser una carga pasivaL =

VL VINV

IL

POTENCIA

0·cosV·23

V LLRL <π

Con 90º < <180º

Funcionamiento comoinversor

Este modo de funcionamiento se puede dar cuando lacarga es un motor con capacidad regenerativa

trabajo 2 transistores y rectificadores

Documents