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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.
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