Electronica_Industrial

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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.
Indice.
ii
Indice.
CAPÍTULO 1CAPÍTULO 1 ........................................................................................................................................................ 1
INTRODUCCIÓN................................................................................................................................................. 1
1.1) ESQUEMA DE ACCIÓN DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA...................................................... 1
1.2) FAMILIA DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS...................................................................................... 2
1.2.1) Clasificación según la forma de la energía. ...............................................................................................2
1.2.2) Convertidores mixtos. ..............................................................................................................................3
1.3) EL INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR................................................................................................ 3
1.4) CARACTERISTICAS DEL INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR IDEAL............................................ 4
1.5) UN CONVERTIDOR BÁSICO. ................................................................................................................. 4
1.6) ALGUNOS CONVERTIDORES TÍPICOS. .............................................................................................. 5
1.7) APLICACIONES........................................................................................................................................ 5
1.8) NATURALEZA INTERDISCIPLINARIA DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA.............................. 7
CAPÍTULO 2CAPÍTULO 2 ........................................................................................................................................................ 8
DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA............................................................................... 8
2.1) EL DIODO DE POTENCIA. ..................................................................................................................... 8
2.2) EL TIRISTOR. ............................................................................................................................................ 9
2.2.1) Ejemplo de funcionamiento de un tiristor................................................................................................ 10
2.3) EL TRIAC. ................................................................................................................................................11
2.4) EL TRANSISTOR BIPOLAR....................................................................................................................11
2.5) EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO........................................................................................12
2.6) EL TIRISTOR APAGADO POR EL GATE.............................................................................................13
2.7) EL TRANSISTOR IGBT. ..........................................................................................................................13
2.8) COMPARACIÓN DE SEMICONDUCTORES CON CAPACIDAD DE CORTE................................14
2.9) CLASIFICACIÓN DE SEMICONDUCTORES SEGÚN SU CONTROLABILIDAD...........................14
CAPÍTULO 3CAPÍTULO 3 ......................................................................................................................................................17
CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA....................17
3.1) COMPORTAMIENTO DINÁMICO........................................................................................................17
3.1.1) Encendido de un tiristor.......................................................................................................................... 17
3.1.2) Encendido falso por efectos capacitivos:................................................................................................. 18
3.1.3) Efecto de punto caliente en un tiristor:.................................................................................................... 19
3.1.4) Corte del estado de conducción............................................................................................................... 21
3.2) PÉRDIDAS, CALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN. ......................................................................22
3.2.1) Pérdidas:................................................................................................................................................ 22
Pérdidas de conducción:............................................................................................................................... 22
Pérdidas de conmutación. ............................................................................................................................ 22
3.2.2) Calentamiento y refrigeración:................................................................................................................ 23
Modelo térmico estacionario:....................................................................................................................... 23
Modelo térmico dinámico:........................................................................................................................... 24
Disipadores:................................................................................................................................................ 25
CAPÍTULO 4CAPÍTULO 4 ......................................................................................................................................................27
CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL (RECTIFICADORES) .........................................27
4.1) TIPOS BÁSICOS DE RECTIFICADORES. ...........................................................................................27
4.1.1) Rectificador monofásico de media onda.................................................................................................. 28
4.1.2) Rectificador estrella monofásico. ............................................................................................................ 31
4.1.3) Rectificador puente monofásico. ............................................................................................................. 32
4.1.4) Rectificador estrella trifásico. ................................................................................................................. 35
4.1.5) Rectificador trifásico puente. (Puente de Graetz)..................................................................................... 38
4.1.6) Rectificador hexafásico. ......................................................................................................................... 42
4.2) RECTIFICADORES CON DIODO VOLANTE......................................................................................43
4.3) OPERACIÓN DE UN RECTIFICADOR COMO INVERSOR. .............................................................45
Indice.
iii
4.4) EL NÚMERO DE PULSOS DE UN RECTIFICADOR.........................................................................454.5) OPERACIÓN DE RECTIFICADORES CON CARGA ACTIVA...........................................................46
4.6) OPERACIÓN CON CARGA CAPACITIVA ...........................................................................................48
4.7) TRANSFORMADORES PARA RECTIFICADORES.............................................................................50
4.8) EL PROCESO DE CONMUTACIÓN.....................................................................................................51
4.9) CONEXIONES MULTIPLES DE RECTIFICADORES.........................................................................56
4.9.1) Rectificadores en serie. .......................................................................................................................... 56
4.9.2) Rectificadores en paralelo....................................................................................................................... 59
4.9.3) Rectificadores en antiparalelo: el convertidor dual................................................................................... 60
CAPÍTULO 5CAPÍTULO 5 ......................................................................................................................................................63
CICLOCONVERSORES....................................................................................................................................63
5.1) PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO...................................................................................................63
5.2) CICLOCONVERSORES DE TRES PULSOS.........................................................................................64
5.3) CICLOCONVERSORES DE 6 PULSOS ................................................................................................67
5.4) CICLOCONVERSORES DE 12 PULSOS..............................................................................................69
CAPÍTULO 6CAPÍTULO 6 ......................................................................................................................................................71
CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA (AC-AC) ..........................................................71
6.1) INTERRUPTOR BIDIRECCIONAL DE ESTADO SÓLIDO ................................................................71
6.1.1) Convertidor AC-AC monofásico con control de fase.-............................................................................. 72
6.1.2) Convertidor AC-AC monofásico con control integral de ciclos. ............................................................... 73
6.2) CONVERTIDOR AC-AC TRIFÁSICO....................................................................................................73
CAPÍTULO 7CAPÍTULO 7 ......................................................................................................................................................78
CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA................................................................................78
7.1) PULSADORES.- ......................................................................................................................................78
7.1.1) Principio de funcionamiento.-................................................................................................................. 78
7.2) INVERSORES.- ........................................................................................................................................85
7.2.1) Inversores monofásicos.-........................................................................................................................ 85
Inversor semipuente monofásico.................................................................................................................. 85
Inversor puente monofásico ......................................................................................................................... 86
7.2.2) Inversor trifásico fuente de voltaje.-........................................................................................................ 87
CAPÍTULO 8CAPÍTULO 8 ......................................................................................................................................................90
CIRCUITOS DE DISPARO PARA SEMICONDUCTORES .........................................................................90
8.1) ELEMENTOS BÁSICOS DE UN CIRCUITO DE DISPARO.- .............................................................90
8.2) CIRCUITOS DE DISPARO CON TRANSISTORES MONOJUNTURA...............................................92
8.3) CIRCUITOS DE DISPARO AISLADOS PARA SCR. ............................................................................93
8.4) CIRCUITOS DE DISPARO INTEGRADOS PARA TIRISTORES........................................................94
8.5) CIRCUITOS DE DISPARO PARA TRANSISTORES DE POTENCIA.................................................98
CAPÍTULO 9CAPÍTULO 9 ....................................................................................................................................................102
APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS....................................................102
9.1) CONTROL DE RECTIFICADORES.- ..................................................................................................102
9.2) CONTROL DE CHOPPERS. ................................................................................................................107
9.2.1) El control de corriente de dos posiciones (histéresis). ............................................................................ 107
9.2.2) Modulación del ancho de los pulsos (Pulse Width Modulation = PWM)................................................. 110
9.3) CONTROL DE INVERSORES. .............................................................................................................113
9.3.1) Inversor monofásico controlado por histéresis....................................................................................... 113
9.3.2) Inversor monofásico con modulación PWM. ......................................................................................... 114
9.3.3) Inversor trifásico con control de corriente. ............................................................................................ 117
9.3.4) Inversor trifásico con modulación PWM. .............................................................................................. 118
CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.1
CAPÍTULO 1CAPÍTULO 1 
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN
1.1)1.1)ESQUEMA DE ACCIÓN DE LAESQUEMA DE ACCIÓN DE LA
ELECTRÓNICA DE POTENCIA.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)1.2)FAMILIA DE CONVERTIDORESFAMILIA DE CONVERTIDORES
ESTÁTICOS.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)1.3)EL INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR.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.4
1.4)1.4)CARACTERISTICAS DEL INTERRUPTORCARACTERISTICAS DEL INTERRUPTOR
SEMICONDUCTOR IDEAL.SEMICONDUCTOR IDEAL.
è Puede bloquear voltajes de cualquier polaridad.
è Conduce corrientes en ambas direcciones sin caída de voltaje.
è Puede pasar a corte y conducción instantáneamente obedeciendo a una señal de
control.
è La señal de control demanda potencia despreciable.
1.5)1.5)UN CONVERTIDOR BÁSICO.UN CONVERTIDOR BÁSICO.
Fig.1.6.: Fuente de alimentación: a) circuito de potencia; b) funcionamiento lineal; c)
funcionamiento en conmutación.
V
0
(t)
V0
V
d
t
ton toff
s
s f
1
T ==
V0(t)
a)
b)
c)
V0(t)
V0
Vd
t
CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.5
1.6)1.6)ALGUNOS CONVERTIDORES TÍPICOS.ALGUNOS CONVERTIDORES TÍPICOS.
R
L
Vc
Vd
+
+
+
-
-
-
n
a
b
c
Fig.1.7.: Rectificador puente trifásico.
Carga
VB
Fig.1.8.: Inversor trifásico.
1.7)1.7)APLICACIONES.APLICACIONES.
è Transporte:
Trenes, funiculares, trolebuses, automóviles, camiones, metros, barcos, ascensores,
...
è Comercio:
Refrigeración, aire acondicionado, iluminación, computadores, fuentes de
alimentación ininterrumpibles (UPS), escalas mecánicas, ...
è Energía:
Transmisión de corriente continua, enlaces de frecuencia, control de potencia
reactiva, compensación de armónicas, ...
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)1.8)NATURALEZA INTERDISCIPLINARIA DENATURALEZA INTERDISCIPLINARIA DE
LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA.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 2CAPÍTULO 2 
DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORESDISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES
DE POTENCIADE POTENCIA
2.1)2.1)EL DIODO DE POTENCIA.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.9
2.2)2.2)EL TIRISTOR.EL TIRISTOR.
Silicon Controlled Rectifier (SCR)
Fig.2.2.: Tiristor: a) estructura; b) característica v-i; c) símbolo; d) característica v-i ideal.
Fig.2.3.: Tiristor con corriente en el gate.
K
+++
---
P
N
A
+++
---
P
N
G
a)
b)
c) d)
A
K
v
iG
i
IH
ILiG1 iG2 iG3
iG1 > iG2 > iG3
iG = 0
v
i
CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.10
2.2.1)Ejemplo de funcionamiento de un tiristor.
Fig.2.4.: Funcionamiento de un tiristor.
vd
id
vAK
iG
id
vS vdR
CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.11
2.3)2.3)EL TRIAC.EL TRIAC.
Triode Alternating Current Switch
Fig.2.5.: Triac: a) símbolo; b) característica v-i; c) característica v-i ideal.
2.4)2.4)EL TRANSISTOR BIPOLAR.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)2.5)EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO.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)2.6)EL TIRISTOR APAGADO POR EL GATE.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)2.7)EL TRANSISTOR IGBT.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.14
2.8)2.8)COMPARACIÓN DE SEMICONDUCTORESCOMPARACIÓN DE SEMICONDUCTORES
CON CAPACIDAD DE CORTE.CON CAPACIDAD DE CORTE.
Elemento Potencia Rapidez de conmutación
MOSFET Baja Alta
BIPOLAR Media Media
IGBT Media Media
GTO Alta Baja
Fig.2.11.: Capacidad de semiconductores de potencia. Estado al año 1995 (aprox.).
2.9)2.9)CLASIFICACIÓN DE SEMICONDUCTORESCLASIFICACIÓN DE SEMICONDUCTORES
SEGÚN SU CONTROLABILIDAD.SEGÚN SU CONTROLABILIDAD.
DIODOS: Paso al estado de coucción (ON) y al estado de corte (OFF) controlado por el
circuito de potencia.
TIRISTORES: Paso a conducción (ON) mediante pulso de control. Paso al estado de corte
(OFF) controlado por el circuito de potencia.
INTERRUPTORES CONTROLADOS: Paso a conducción (ON) y a corte(OFF)
mediante pulsos de control
CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.15
Fig.2.12.: Diferentes tipos de semiconductores.
Fig.2.13.: Diferentes tipos de semiconductores.
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 3CAPÍTULO 3 
CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓNCARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
DE LOS SEMICONDUCTORES DEDE LOS SEMICONDUCTORES DE
POTENCIAPOTENCIA
3.1)3.1)COMPORTAMIENTO DINÁMICO.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.19
3.1.3)Efecto de punto caliente en un tiristor:
Fig.3.4.: Aspectos estructurales de un tiristor: a) corte vertical; b) arreglos de gate; c)
símbolo.
a)
b)
CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓNDE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.20
Fig.3.5.: Crecimiento del área de conducción en un tiristor; a) Inyección de portadores a la
región p2 por la corriente de gate; b) crecimiento del área de conducción.
a)
b)
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)3.2)PÉRDIDAS, CALENTAMIENTO YPÉRDIDAS, CALENTAMIENTO Y
REFRIGERACIÓN.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
RqqJC
RqqCD
RqqDA
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.24
Modelo térmico dinámico:
RqqCD RqqDA
TA
TC TDTJ
CJ CC CDP(t)
RqqJC
Fig.3.13.: Modelo térmico dinámico.
Fig.3.14.: a) Modelo dinámico simplificado; b) análogo eléctrico; c) temperatura.
Fig.3.15.: Comportamiento dinámico de la temperatura.
CI R
iC iR
v
a) b) c)
TJ TA
RP
tt th
t
TA
J
CP(t) R TJ TA
A
CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.25
Disipadores:
Fig.3.16.: Diversos disipadores para semiconductores de potencia.
Fig.3.17.: Disipador para rectificador puente trifásico.
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 4CAPÍTULO 4 
CONVERTIDORES DECONVERTIDORES DE
CONMUTACIÓN NATURALCONMUTACIÓN NATURAL
(RECTIFICADORES)(RECTIFICADORES)
4.1)4.1)TIPOS BÁSICOS DE RECTIFICADORES.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
vˆ vs
vAK
0 wt
vˆ
vs
vd,id
wt
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.29
Fig.4.4.: Rectificador monofásico no controlado con carga inductiva-activa.
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.30
Fig.4.5.: Rectificador monofásico controlado.
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
w t
w t
w t
w t
vˆ
vd
v1
v2
a
is
iT2
iT1
0 w t
0 w 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
wt
vd
is
iT1 ,iT2
ig1 ,ig2
ig3 ,ig4
iT3 ,iT4
wt
wt
wt
wt
wt
0
vˆ
0
0
0
0
0
a
Fig.4.9.: Formas de onda del rectificador puente monofásico totalmente controlado con
carga resistiva. (Ver Fig.4.8-b).
a
wt
is
iT1
ig1 ,ig2
ig3 ,ig4
iT2
wt
wt
wt
wt
wt
0
vˆ
0
0
0
wt
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.34
Rd
is
iT1 iT2
v
P
vd
id
T1
D2
T2
D1
+
ig1
v1
v2
v
iD1 iD2
Ld
vd
N
Fig.4.11.: Rectificador puente monofásico semicontrolado: a) simétrico; b) asimétrico.
iT1
iD1
wt
vˆ
vNO
v2
2
vˆ v1
vPO
vd
aig1
ig2
iT2
iD2
is
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
Fig.4.12.: Formas de onda del rectificador semicontrolado simétrico de la fig.4.11-a), con
carga Ld®¥.
P
vd
id
v
N
+
Rd
Ld
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.35
4.1.4)Rectificador estrella trifásico.
R
L
i1
i2
i3
1v 2
v
3v
D1
v
dv
Fig.4.13.: Rectificador estrella trifásico no controlado.
w t
w t
w t
i
3
i
2
i
d
i
1
w t
30º 150º 270º 390º 510º 630º 750º
0
¬ ¬ ¬
¯
w tVˆ--
Vˆ
 v
1
 v
2
 v
3
v
d
w tv
D1
Vˆ3 ×-
Id
Id
Fig.4.14.: Formas de onda del rectificador estrella de la figura 4.13.
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
¯
w t
v
d
i
g1 w t
i
g2 w t
i
g3 w t
i
d
w t
i
1
w t
i
2
w t
i
3
w t
v
T1
w t
Vˆ3 ×-
Vˆ--
Vˆ
a
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
a=90º
wt
vd
a=135º
wt
vd
a=30º
wt
Fig.4.17.: Tensión en la carga de un rectificador estrella trifásico con carga resistiva pura.
vd
a=90º
wt
vd
a=30º
wt
vd
a=135º
wt
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
v2v3
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.39
vˆ
vNO
v1
vPO
wt
v2 v3
v
D1
iD1
iD2
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
iD3
iD4
iD5
iD6
i1
wt
i2
i3
iy
id wt
wt
wt
vd
Fig.4.22.: Formas de onda del rectificador puente controlado de las figuras 4.19 y 4.20.
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.40
iT1
vˆ
vNO
v1
vPO
vd
ig1
ig2
iT2
60º
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
ig5
ig6
ig3
ig4
id
wt
Id
a=45º
v2 v3
vˆ3 ×
wt
wt
wt
wt
iT3
iT4
iT5
iT6
i1 T1
T4
T1
T4
Fig.4.23.: Formas de onda del rectificador puente 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
vˆ
vNO
v1 vPO
vd
iD
wt
a=45º
v2 v3
vˆ3 ×
i1
T5 T1
wt
wt
wt
wt
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 a = 45º.
iT
vˆ
vNO
v1 vPO
vd
iD
wt
a=105º v2 v3
vˆ3 ×
i1
T5 T1
wt
wt
wt
wt
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 a = 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.
vˆ
vd
i2
wt
i1
wt
wt
a 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)4.2)RECTIFICADORES CON DIODORECTIFICADORES CON DIODO
VOLANTE.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
vˆ
is
wt
a
iD
wt
wt
wt
Conduce T1 Conduce DV
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.44
0
0
0
0
0
0
0
vPO
i1
wt
i2
wt
i3
wt
wt
iD
wt
wt
vNO
wt
v
d
Fig.4.31.: Formas de onda del rectificador trifásico puente con diodo volante.
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.45
4.3)4.3)OPERACIÓN DE UN RECTIFICADOROPERACIÓN DE UN RECTIFICADOR
COMO INVERSOR.COMO INVERSOR.
Ld
i2
i3
i1
T1
v
id
ig2
ig1
ig3
v1
v2
v3
T1
T3
T2
vd-
+
-+
a=30º a=60º a=90º a=120º a=150º
wt
v
2
v
1
wt
Rectificador Inversor
v
3
Id
vˆ
vd
Fig.4.32.: Operación de un rectificador con ángulo de disparo variable.
4.4)4.4)EL NÚMERO DE PULSOS DE UNEL NÚMERO DE PULSOS DE UN
RECTIFICADORRECTIFICADOR
T
T
T
vˆ
vd
0
vˆ3 ×
wt
wt
wt
vˆ
vd
vd
vred
Pulso
Fig.4.33.: Sobre la definición del número de pulsos de un rectificador.
p=2
p=3
p=6
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.46
4.5)4.5)OPERACIÓN DE RECTIFICADORES CONOPERACIÓN DE RECTIFICADORES CON
CARGA ACTIVACARGA 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
wt
V
B
wt
v2
amaxamin
vd
a=60º
Vˆ
id
Rango de control
vd
id
R
T1
v1
v2
vAK
v
T2
N2
N
VB v1
wt
VB
v2
vd
a=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
wt
VB
wt
vdVˆ
id
0
0
a=120º
v
1
v2
A
B
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.48
4.6)4.6)OPERACIÓN CON CARGA CAPACITIVAOPERACIÓN CON CARGA CAPACITIVA
vd
R1
C
Rd
vAK id
ic
vs
+
-
i
a)
0
0
t
t
vs
Vˆ
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.49
is(t)
vs
+
D1 D3
D4 D2
A
B
-
Rdc
R
iD
ic
Ldc
vdC
a)
0 t
vs
vd
is
b)
c)
Fig.4.39.: Rectificador puente monofásico con carga capacitiva: a) circuito; b) formas de
onda; c) armónicas de la corriente is(t).
[ ]%
i
i
s
sn
1
100
50
Frecuencia (KHz)
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.50
4.7)4.7)TRANSFORMADORES PARATRANSFORMADORES PARA
RECTIFICADORES.RECTIFICADORES.
vd
R
D1vS
Ld
idD2
D3
i
s
vR
vT
vp
ip
a)
0 wt = x
0 wt = x
0 wt = x
vd
Vˆ
Id
is
v
S vR vT
b1
ip
Id/3
b)
Fig.4.40.: Transformador delta-estrella alimentando a un rectificador estrella trifásico: a)
circuito; b) formas de onda.
3
2 p
v
i
wt
3
2p
Id
Fig.4.41.: Corriente en el primario y en el secundario de un transformador estrella-estrella
alimentando a un rectificador puente trifásico.
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.51
4.8)4.8)EL PROCESO DE CONMUTACIÓN.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
vˆ
vd
vˆ3 ×
wt
v1 v2 v3
v21=v2-v1
wt
wt
wt
wt
i1
i2
i3
id
Id
m0
b)
Fig.4.42.: Proceso de conmutación con a = 0; a) circuito; b) formas de onda.
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.52
0
0
i
v1
i2
m0
v
2
i1
wt
wt
wt
I
d
2
21 vv +
v1
v
d
v2
vd
v
0
0
i i2i1
wt
Id
wt
wt
v1
a
v
2
2
21 vv +
v
1
vd
v
2
vd
v
m
a) b)
Fig.4.43.: Efecto del ángulo de disparo a sobre el ángulo de conmutación m: a) a = 0; 
b) a = 45º.
0 wt=x
v1
a
v2
2
21 vv +
m v3 vdvˆ
2
vˆ
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
a = 150º
v2
2
21
vv +
m
v3
vd
wt
wt
g
b
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.54
0v1
a = 150º
v2
2
21 vv +v3
vd
wt
0
0 wt
wt
a = 165º
v12
v13
vAK
vAK(T1)
i1 i2
id
i3 i1
i1
Fig.4.46.: Falla en la conmutación de un rectificador.
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.55
Fig.4.47.: Rectificador puente trifásico con ángulo de disparo variable: a) tensiones de
grupos positivo y negativo; b) tensión en la carga; c) tensión ánodo-cátodo de un tiristor.
Conmutación ideal.
Fig.4.48.: Rectificador puente trifásico con ángulo de disparo variable: a) tensiones de
grupos positivo y negativo; b) corriente de entrada; c) tensión en la carga. Conmutación
real.
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.56
4.9)4.9)CONEXIONES MULTIPLES DECONEXIONES MULTIPLES DE
RECTIFICADORES.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.
wt
wt
vd
v1,v4
vR1 vR2
Vˆ2
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(D)
Secundario(D)
Secundario( )Y
v
1
v
2
v
3
v
DE
vAB
wt
wt
Fig.4.50.: Transformador de tres devanados.
30º
VDE
VAB
IM
RE
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.58
(Y)
(D(D ))
Secundarios R
L
vR1
vR2
Primario ( DD )
1
2
vd
p=12
vd d
vv
vR1 vR2
wt
Fig.4.51.: Rectificador de doce pulsos.
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.59
4.9.2)Rectificadores en paralelo
vd1
v1 v2 v3
vd2
v4 v5 v6R
L
vdi1 i2 i3 i4 i5 i6
id1 id2
Reactor de
interfase
Rectificador 1 Rectificador 2
2
riv
2
riv
Id
i1 i2 i3 i1 i2 i3
i6 i4 i5 i6 i4
v1 v6 v2 v5v4 v3
id2
v1-5
vd
vri
v1-6
id1
wt
wt
wt
wt
vd vd2 vd1a = 0º
2
dI
2
dI
Fig.4.52.: Rectificador doble estrella con reactancia de interfase.
CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág.60
4.9.3)Rectificadores en antiparalelo: el convertidor
dual.
Rect I Rect II
id
Rect I
vd
id
III
0
Rect II
vd
id
0
IVIII
Fig.4.53.: Convertidor dual: a) esquema básico; b) cuadrantes de operación.
b)
Fig.4.54.: Convertidor dual de 3 pulsos: a) circuito; b) formas de onda.
a)
b)
L1 L2 L3
M.G
1
1'
2
2'
3
3'Rect 2
Rect 1
vd2
vd1
a)
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 5CAPÍTULO 5 
CICLOCONVERSORESCICLOCONVERSORES
5.1)5.1)PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.
RL
vd
Carga
I
II
id
Fig.5.1.: Esquema de un cicloconversor.
0
vd, id
j
II I I
A
Inv Rectificador
B C
Inv Rectificador Inv
II II
D E
vd
id
wt
Fig.5.2.: Formas de onda de un cicloconversor.
CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 64
5.2)5.2)CICLOCONVERSORES DE TRES PULSOSCICLOCONVERSORES DE TRES PULSOS
va
vb
vc
ia
ib
ic vd
id
iap
ian
P
N
va
vb
vc
ia
ib
ic vd
id
N
Fig.5.3.: Formas de onda de un cicloconversor de punto medio con carga resistiva.
CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 65
Fig.5.4.: Formas de onda de un cicloconversor de tres pulsos con carga inductiva.
5
1»
input
output
f
f
Hzfoutput 10»
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)5.3)CICLOCONVERSORES DE 6 PULSOSCICLOCONVERSORES 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 5 CICLOCONVERSORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 69
5.4)5.4)CICLOCONVERSORES DE 12 PULSOSCICLOCONVERSORES DE 12 PULSOS
Fuente de
Poder
Exitación
Lazo de
Control
iL1,L2,L3
vL1,L2,L3
Variable de Referencia Variable de actuación
M
3 -
vL2 vL3vL1
iL1 iL2 iL3
iL1 a iL3 Corrientes del Motor vL1 a vL3 Voltajes del Motor
Motor
trifásico
Ciclo-
Conversor
Transformador
de Potencia
Interruptor
de
Alto Voltaje
Fig.5.8.: Cicloconversor de 12 pulsos alimentando un motor sincrónico.
CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 70
Fig.5.9.: Formas de onda del voltaje generado por el cicloconversor de 12 pulsos.
CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DE FRECUENCIA FIJA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 71
CAPÍTULO 6CAPÍTULO 6 
CONVERTIDORES DIRECTOS DECONVERTIDORES DIRECTOS DE
FRECUENCIA FIJA (AC-AC)FRECUENCIA FIJA (AC-AC)
6.1)6.1)INTERRUPTOR BIDIRECCIONAL DEINTERRUPTOR BIDIRECCIONAL DE
ESTADO SÓLIDOESTADO 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.-
a = 40º
v
vs
vd
iG1
iG2
wt
wt
wt
a = 100º
v vd vs
iG1
iG2
wt
wt
wt
a)
iG1
iG2
wt
v
vd
vs
id
a=90ºa=110ºa=120ºa=150º
wt
wt
wt
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
wt
v vd vs
T2T1
T
wt
wt
Fig.6.3.: Formas de onda del convertidor AC-AC monofásico de la figura 6.1 con control
integral de ciclos.-
6.2)6.2)CONVERTIDOR AC-AC TRIFÁSICO.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. 74
n N
va
vb
vc
A
B
C
L R
L R
L R
+
+
+
T1
T2
T3
T4
T5
T6
ia
ib
ic
0 wt
v
a
v
b
v
c
ig1 wt
ig2 wt
ig3 wt
ig4 wt
ig5 wt
wt
ig6
0 wt
ia
0 wt
vab
T1
T4
T5
Fase a
Fase b
Fase c
T1
T4
T6
T1
T3
T6
T2
T3
T6
T2
T4
T5
T1
T4
T5
T1
T4
T6T1
T3
T6
T2
T3
T6
T2
T3
T5
Fig.6.5.: Convertidor AC-AC trifásico completamente controlado con carga resistiva y
a = 0º.
CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 75
n N
va
vb
vc
A
B
C
L R
L R
L R
+
+
+
T1
T2
T3
T4
T5
T6
ia
ib
ic
0 wt
a=30º
va vb vc
ig1 wt
ig2 wt
ig3 wt
wt
ig4
ig5 wt
wt
ig6
0 wt
ia
0 wt
vab
Fase a
Fase b
Fase c
T4
T 5
T1
T4
T5
T1
T4
T1
T4
T6
T1
T6
T1
T3
T6
T3
T6
T2
T3
T6
T2
T3
T2
T3
T5
T2
T5
T2
T4
T5
T4
T5
T1
T4
T5
T 1
T 4
T 1
T 4
T 6
T1
T6
T 1
T 3
T 6
T3
T6
T 2
T 3
T 6
Fig.6.6.: Formas de onda de un convertidor AC-AC trifásico completamente controlado
(a = 30º).
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 a.
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 7CAPÍTULO 7 
CONVERTIDORES DECONVERTIDORES DE
CONMUTACIÓN FORZADACONMUTACIÓN FORZADA
7.1)7.1)PULSADORES.-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. 79
ie
VB
L
R
id
vd
+ iD
L
R
id
vd
 a) ton b) toff
vd
id
toffton
VB
0
iT1
iD1
t
t
t
T
c)
VB
Vd
0 1
D
ò=
T
dt
T 0
1
ddV v
T
ton=D
d)
Fig.7.2.: Chopper reductor: a) y b) circuitos equivalentes; c) formas de onda;d) tensión
versus ciclo de trabajo D.
CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 80
VB
+
VB
+
vd
+
a) b)
T1
T2
VB
D1
D2
vd
id
+
+ vd
id
c)
vd
id
V
vd
id
T1
T2
R L
T3
T4
+
d)
Fig.7.3.: Estructuras básicas de convertidores CC-CC: a) reductor (Buck); b) elevador
(Boost); c) de dos cuadrantes; d) de 4 cuadrantes (puente).
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. 84
id
vd
IIIVB
vd
id
T3
T4
R L
D1
D2
iT1
iD2
T1
T2
D3
D4
+
iT4
iD3
0
VB
-VB
vd id
t
Fig.7.8.: Chopper de 4 cuadrantes (figura 7.3-d), en cuadrante III.
VB
vd
id
T3
T4
R L
D1
D2
iT1
iD2
T1
T2
D3
D4
+
iT4
iD3
+
id
vd
IV
0
VB
-VB
id
vd
t
Fig.7.9.: Chopper de 4 cuadrantes (figura 7.3-d), en cuadrante IV.
CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 85
7.2)7.2)INVERSORES.-INVERSORES.-
7.2.1)Inversores monofásicos.-
Inversor semipuente monofásico
vd
id
T1
T2
R L
iT1
iT2
D1
D2
iD1
iD2
2
VB
2
VB
+
+
 a)
 b) c)
Fig.7.10.: Inversor semipuente monofásico: a) circuito; b) formas de onda con carga
resistiva; c) formas de onda con carga resistiva-inductiva.
iBT2
iBT1
iD1
iD2
T
T/2
id
vd
VB/2
-VB/2
iT1
iT2
t
t
t
t
t
t
t
T
T/2
id
vd
iT1
iT2
iD1
iD2
iBT2
iBT1
t
t
t
t
t
t
t
VB/2
-VB/2
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
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
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 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 89
T1
T4
iT1
iT4
2
Vd
2
Vd
T2
T5
D2
D5
D1
D4
T3
T6
D3
D6
Carga
R S T
vR vS vT
dV
N
+
-
o
+
+
iT2
iT5
iT3
iT6
iD1
iD4
Conduce No Conduce
T1
T2
vRS
iRvR ,
vRiR
iT1
iT4
iD1
iD4
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
wt
Fig.7.16.: Formas de onda de voltajes y corrientes en un inversor trifásico sin modulación
CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROSPARA SEMICONDUCTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 90
CAPÍTULO 8CAPÍTULO 8 
CIRCUITOS DE DISPARO PARACIRCUITOS DE DISPARO PARA
SEMICONDUCTORESSEMICONDUCTORES
8.1)8.1)ELEMENTOS BÁSICOS DE UN CIRCUITOELEMENTOS BÁSICOS DE UN CIRCUITO
DE DISPARO.-DE DISPARO.-
T1
vc
220 Vref
Ld
R
i
G
vd
Circuito de
disparo
Vcc
+
vs
vs vsinc
iG
Tr
Fig. 8.1.: Esquema básico de un circuito de disparo.
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
a=0º
a
D
vC
Vm
vsinc:kvs
v1
v2
v3
v6
wt
wt
wt
wt
wt
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)8.2)CIRCUITOS DE DISPARO CONCIRCUITOS DE DISPARO CON
TRANSISTORES MONOJUNTURA.TRANSISTORES MONOJUNTURA.
R2
C
+Vcc
R1
R
vG
B2
B1
VBB
E
vC
 
t
t
vC
vP
vG
t1 t2
T1 T2
Fig. 8.4.: Oscilador de relajación con transistor monojuntura.
R2
C
R
vG
Tr1
Carga
vS
+
VZ
R3 D1
a
vp=hVBB
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)8.3)CIRCUITOS DE DISPARO AISLADOSCIRCUITOS DE DISPARO AISLADOS
PARA SCR.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.
CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 94
8.4)8.4)CIRCUITOS DE DISPARO INTEGRADOSCIRCUITOS DE DISPARO INTEGRADOS
PARA TIRISTORES.PARA TIRISTORES.
10
Registro de
sincronismo
Detector de
cruce por
cero
C 10 monitor de
descarga
Transistor de
descarga
Control del
comparador
+
-
+
-
+
-
Iconst
acV.13» Lógica
14
15
4
2
3
7
6 13 121198
1
16
5Sincronización
Usyn
Fuente
Us
+
Tierra
1Q
2Q
1Q
2Q
QU
QZ
Uref U10
C8 R9 C10
[RR] [CR]
U
11
S6 S13 C12 [C
i
]
+
+
+
+
R7
R3
R2
R4
Resistencia de la
rampa
Condensador de la
rampa
Voltaje de control
Inhibidor del pulso
Selección del largo del
pulso para
1Q 2Qy
Selección del largo del
pulso para y1Q 2Q
Fig. 8.8.: Circuito de disparo integrado TCA 785: a) diagrama de bloques; b) formas de
onda.
a)
b)
CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 95
Fig. 8.9.: Control de un tiristor en el circuito TCA 785.
Fig. 8.10.: Circuito de control de fase de un convertidor AC-AC monofásico.
CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 96
Fig. 8.11.: Circuito de disparo para un rectificador trifásico semicontrolado.
CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 97
Fig. 8.12.: Circuito de disparo con doble pulso para un rectificador trifásico puente
totalmente controlado.
CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 98
8.5)8.5)CIRCUITOS DE DISPARO PARACIRCUITOS DE DISPARO PARA
TRANSISTORES DE POTENCIA.TRANSISTORES DE POTENCIA.
Del circuito
de control
+
-
Comparador
VGG
G
E
RGDel circuito
de control
IC
DS0026
o
UC1706/07
VGG
Fig. 8.13.: Amplificación de la corriente por el gate.
RG
+15 V
3 kW
100pF
mF
IXLD4425
Del circuito
de control
Optoacoplador
(HPL-4503)
Fig. 8.14.: Circuito de disparo con aislación galvánica mediante acoplador óptico.
CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 99
Aislación
auxiliar de poder
para circuitos de
control base
Entradas
de control
Tierra de
seguridad
Lógica y
electrónica
de control
Aislación
de señal
Circuito
de control
base
Aislación
de señal
Circuito
de control
base
Diodos
antisaturación y/o
conexiones de
protección de
sobrecorriente
+
-
vS Vd
+
-
Df+
Df-
T+
T-
Vcc
Fig. 8.15.: Sobre la necesidad de la aislación de los pulsos de disparo.
R
L
Circuito de
disparo
iL
vL
Módulo
300 V
+
-
Fig.8.16.: Chopper de un cuadrante.
CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 100
Fig.8.17: Encendido del transistor; a) VGE: 5V/div; b) VCE: 50V/div, tiempo: 500ns/div.
Fig.8.18: Corte del transistor, VCE: 50V/div, tiempo: 100ns/div.
CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 101
Fig.8.19: Operación a 100 kHz, VCE: 50 V/div, IC: 10 A/div, Tiempo: 2 ms/div.
Fig.8.20: Operación a 100 kHz, IC: 10 A/div, Tiempo: 2 ms/div.
Fig.8.21: Cortocircuito en la carga, IC: 20 A/div, Tiempo: 2 ms/div.
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 102
CAPÍTULO 9CAPÍTULO 9 
APLICACIONES Y CONTROL DEAPLICACIONES Y CONTROL DE
CONVERTIDORES ESTÁTICOSCONVERTIDORES ESTÁTICOS
9.1)9.1)CONTROL DE RECTIFICADORES.-CONTROL DE RECTIFICADORES.-
M,G G
SincronismoControlador
Corriente
Controlador
Velocidad
iARef
iAn
n
Ref a
iA
Fig. 9.1.: Esquema de control básico de un motor de corriente continua
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 103
Fig. 9.2.: Control de una máquina de corriente continua alimentada por un rectificador
puente.
n
ref
ia
iref
n
n=0
t
t
Fig. 9.3.: Comportamiento de las variables en el sistema de la figura 9.2.
Red
Red
G1 G1 R1 R2
CRbRb
R2R1
C
i'S
i'S
i''S i''S
vSvS
vi vi
Fig. 9.4.: Transductores de corriente alterna para medir la corriente de salida del
rectificador.
iaRefnRef a
ia
vc
ia
n
n
Carga
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 104
Fig. 9.5.: Control de velocidad en 4 cuadrantes con un convertidor dual con corriente
circulante.
t
t
t
t
iaia
id1
id2
icirculante
icirculante
wref w
w
Fig. 9.6.: Inversión de marcha del motor de la figura 9.5.
wref
w
MG
G
iaref
icirc
icirc
id1
id1
id2
id2
ia
-1
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 105
L1 L2 L3
Circuito de
comando
1³&
M.G
G
ia
ia
iref
n i
n
nref
vd
Fig. 9.7.: Control en 4 cuadrantes con un conversor dual sin corriente circulante.
Fig. 9.8.: Comportamiento temporal de variables de la figura 9.7 en una inversión de giro.
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 106
Comando1³&
M.G
G
ia
ia
iref
Conmut.
L1 L2 L3
n
nref
Medición
de ia
ia
UB
n i
Fig. 9.9.: Accionamiento de 4 cuadrantes con inversión del rotor.
Comando1³&
M.G
G
ia
iref
Conmut.
L1 L2 L3
n
nref
Medición
de ia
U
B
L1 L2
n i
Fig. 9.10.: Accionamiento de 4 cuadrantes con inversión del campo.
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 107
Control de velocidad
Control de corriente
nW
KR1 TR1
iW
KR2 TR2 Kt Tt
UR Ud
eM
Kd Td
id
mL
TM
nM
Control de velocidad
Control de corriente
nW KR1(1+pTR1) iW Kte
-pT
Tt
UR Ud
eM
id
mL
TM
nM
pTR1
KR2(1+pTR2)
pTR2
t
Kd
1+pTd
1
pTM
Fig. 9.11.: Diagramas de bloques de un motor de corriente continua controlado.
9.2)9.2)CONTROL DE CHOPPERS.CONTROL DE CHOPPERS.
9.2.1)El control de corriente de dos posiciones
(histéresis).
V
vL
iL
T1
T2
R L
T3
T4
X T1, T4
T2, T3
X
2
d
e
1
Comparador
eiLref
+
iL
X
Fig. 9.12.: Control de corriente de 2 posiciones (Bang-Bang).
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 108
Estrategia de control:
Si iLref > iL Þ iL debe aumentar
Si e = iLref - iL > d/2, x= “1”.
Þ T1 y T4 conducen y vL = V Þ iL aumenta.
 Si iLref < iL Þ iL debe disminuir
Si e = iLref - iL < - d/2, x= “0”.
Þ T2 y T3 conducen y vL = - V Þ iL disminuye.
t
t
t
t
t
t
iL
iLref
iL
d/2
d
diL
iLref
iL
vL vL
V
-V-V
V
0
 1
X
0
 1
X
Fig. 9.13.: Formas de onda del control de corriente de 2 posiciones: a) histéresis ancha; b)
histéresis angosta.
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 109
V
ia
T1
T2
T3
T4
X T1, T4
T2, T3
Comparador
iaref
+
X
2
d
e
1
PI Velocidad
wref
+
w
w
ia
a)
b)
Fig. 9.14.: Máquina de C.C. alimentado por un chopper de 4 cuadrantes. Control de
corriente con histéresis: a) diagrama de bloques; b) formas de onda durante inversión de
marcha.
Fig. 9.15.: Motor de C.C alimentado por un chopper de 1 cuadrante. Control de corriente
con histéresis.
00
w, w ref
ia, ia ref
w
wref
t
t
ia
ia ref
0
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 110
Fig. 9.16.: Arranque del motor de la figura 9.15.
9.2.2)Modulación del ancho de los pulsos (Pulse
Width Modulation = PWM).
V
vL
iL
T1
T2
R L
T3
T4
X T1, T4
T2, T3
Comparador
evCont
+
v
d
'1'
'0'
Fig. 9.17.: Chopper con control PWM.
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 111
Principio de funcionamiento:
Si vcont > vd Þ x= “1”.
Þ T1 y T4 conducen y vL = V.
Si vcont < vd Þ x= “0”.
Þ T2 y T3 conducen y vL = - V.
a) b)
Fig. 9.18.: Chopper con control PWM: a) Vcont1 > 0;b) Vcont2 > Vcont1.
Vdm Vdm
vd , vcont Vcont 2Vcont 1 vd
X
'1'
'0'
X
'1'
'0'
t
t
tt
t
t
V
-V
vL vL
iL
iL
V
-V
vd , vcont vd
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 112
a) b)
Fig. 9.19.: Chopper con control PWM: a) Vcont3 < 0; b) Mayor frecuencia de
conmutación.
a) b)
Fig. 9.20.: Respuesta a escalón de referencia del modulador PWM con frecuencia de
conmutación: a) baja; b) más alta.
Vdm
vd , vcont
Vcont 3
vd
X
'1'
'0'
t
t
t
V
-V
i L
vL
0
0
t
t
t
Vcont 3
vd
Vdm
vd , vcont
X
'1'
'0'
vL
V
-V
i L
Vdm
VL
iL
Vdm
VL
iL
t
t
t
t
t
t
L=0.01[H]
R= 20[W]
iL =15[A]
D=0.75
400
-400
0
10.5 1.5 2 [ms]
0
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 113
Comparador
eVCont
+
vd
V
vL
iL
T1
T2
T3
T4w
wref
+
w
PI Velocidad
'1'
'0'
iaref
+
w
ia
Fig. 9.21.: Control de velocidad de un motor C.C alimentado por un chopper con control
PWM.
9.3)9.3)CONTROL DE INVERSORES.CONTROL DE INVERSORES.
9.3.1)Inversor monofásico controlado por histéresis.
V
vL
iL
T1
T2
R
L
T3
T4
X T1, T4
T2, T3
X
2
d
e
1
Comparador
eiLref
+
iL
a)
b)
Fig. 9.22.: Inversor monfásico con control por histéresis: a) diagrama funcional; b) formas
de onda.
i*L
0
i L
t
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 114
9.3.2)Inversor monofásico con modulación PWM.
V
vL
iL
T1
T2
R L
T3
T4
X T1, T4
T2, T3
Comparador
evCont
+
vd
'1'
'0'
Fig. 9.23.: Inversor monofásico con modulación PWM.
(1/fs)
0
0
vcont vd
vL
vL1
Fig. 9.24.: Formas de onda del inversor monofásico con modulación PWM de la figura
9.23.
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 115
Fig. 9.25.: Variación de frecuencia con modulación PWM: a) 120 V- 60 Hz; 120 V- 30 Hz.
Fig. 9.26.: Variación de amplitud con modulación PWM: a) 120 V – 60 Hz; 60 V – 60 Hz.
a)
b)
a)
b)
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 116
Fig. 9.27.: Variación de voltaje y frecuencia en un inversor monofásico con modulación
PWM: a) 60 Hz – 120 V; b) 30 Hz – 60 V; c) 20 Hz – 40 V.
a)
b)
c)
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 117
9.3.3)Inversor trifásico con control de corriente.
V
C.D
C.D
dia
*
+
ia
Xa
N
n
ia ib ic
va vb vc
vab vbc
a b c
Xa
T1
T2
T3
T4
T5
T6
Nota: Las fases b y c tienen un control similar.
0
0
0
vab
va
ia
wt
wt
wt
ia
*
b)
Fig. 9.28.: Inversor trifásico con control de corriente por histéresis: a) circuito; b) formas
de onda.
a)
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 118
9.3.4)Inversor trifásico con modulación PWM.
T1
T2
T3
T4
T5
T6
V
C.D
C.D
Xa
Xa
N
n
iA iB iC
vA vB
vAB
vC
A B C
vBC
vA
*
+
vd
vB
*
+
vd
vC
*
+
vd
Xb
Xc
vd
t
Nota: Las fases b y c tienen un control similar.
Fig. 9.29.: Inversor trifásico con modulación PWM: a) circuito; b) formas de onda.
a)
b)
CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 119
0
0
0
0
vAC
vA
iA
wt
wt
wt
wt
vA
*
vB
* vC
* vd
Fig. 9.30.: Inversor trifásico con modulación PWM, comportamiento de la corriente de
carga.