Electrónica de Potencia

Nombres: michael gallardo C. Christian gonzález g.

Profesor: Cristian astudillo v.Curso: 4MB

Índice

Portada………………………………………………………………………. Pág 1Índice…………………………………………………………………………. Pág 2Índice…………………………………………………………………………. Pág 3Introducción……………………………………………………………… Pág 4Resumen de contenidos de electrónica:-Conductores, Aislantes y Semiconductores…….. Pág 5-Impurificación o dopaje, Barrera de potencial.. Pág 6 -Tipos de semiconductores……………………………………. Pág 7Tipos de diodos: -Diodo de Unión, Diodo Ideal………………………………… Pág 8-Diodo de vacío…………………………………………………………. Pág 9- Diodo Señal Pequeña, rectificador de poder…… Pág 10-Diodo Zener, LED, Fotodiodo………………………………. Pág 11

Transistores………………………………………………………………… Pág 12Transistores………………………………………………………………… Pág 13Características de los Terminales…………………………… Pág 14Ley de Kirchhoff………………………………………………………... Pág 15Rectificación de Media Onda……………………………………. Pág 16Rectificación de Onda Completa………………………………. Pág 17EL Osciloscopio…………………………………………………………….. Pág 18Tiristores………………………………………………………………………. Pág 19Mosfet………………………………………………………………………….. Pág 20IGBT………………………………………………………………………..…….. Pág 22Dimmer…………………………………………………………………………… Pág 24

Practico dimmer…………………………………………………………… Pág 25Diodo SCR…………………………………………………………………….. Pág 26Diac……………………………………………………………………………….. Pág 28Triac………………………………………………………………………………. Pág 29Sistema Por Unidad (P.U)………………………………………….. Pág 30Partidor Suave…………………………………………………………….. Pág 33Variador De Frecuencia…………………………………………….. Pág 35Conclusion…………………………………………………………………….. Pág 36

Introducción

En esta revista técnica, aprenderemos los diferentes contenidos para saber todo lo relacionado con electrónica de potencias; sus funciones, componentes, mantención de estos, sus circuitos, su utilización laboral y cotidiano entre mucho más. La finalidad de esta revista, es que luego de haberla estudiado el lector tenga un dominio de la materia y del ramo a estudiar, de lo más mínimo a lo más complejo, con tal conocimiento que el estudiante sea capaz de desenvolverse técnicamente en el ámbito que implique el conocimiento de esta materia, tanto teórico como práctico y laboral.

Repaso de contenidos de electrónicaConductores, aislantes y semiconductores

1.- Conductores: Los electrones transitan libremente de un punto a otro. Tales como el cobre, plata, oro, etc.

2.- Aislantes: Es muy difícil producir el movimiento de electrónes, se necesitaría un gran gasto de energía, llegando a un voltaje de potencial = a 0 impidiendo así el paso de la corriente eléctrica.

3.- Semiconductores: Acá se produce un caso intermedio entre los dos anteriores, es posible el paso de los electrónes pero con mayor dificultad puesto que requieren una ayuda extra.

Repaso de contenidos de electrónicaImpurificación o dopaje & barrera de potencial

4.- Impurificación o dopaje en los semiconductores: La impurificación es cuando se le agregan impurezas de

otros átomos al cristal, en este caso se dice que el material es extrínseco. En cambio un semiconductor intrínseco es cuando el cristal de silicio puro contiene

todos sus átomos son de silicio.

5.- Barrera de potencial: Es el efecto que produce el campo eléctrico en la unión o juntura. Los huecos cruzan de P hacia N se recombinan con los electrones en el lado N y analógicamente los electrones del lado N se desplazan para recombinarse con los huecos en P. Dependiendo de la barrera de potencial se generara una corriente de difusión la cual hará el traspaso de electrones. Si esta inversamente polarizada se generara un autobloqueo de la barrera para la desconducción.

Repaso de contenidos de electrónicaTipos de semiconductores

6.- Semiconductor tipo N: Se le agregan impurezas donadas (extrínseco). Las impurezas suelen tener 5 electrones, 4 forman la unión con los átomos vecinos y 1 queda libre (hace los saltos de valencia). De esta manera contiene una mayor cantidad de electrones libres. El gran número de electrones hace que sea Negativo.

7.- Semiconductor tipo P: Son los semiconductores que están contaminados con impurezas aceptoras (agregan un hueco en el material). Contiene tres electrones en su órbita de valencia, al tener 3 electrones queda una unión incompleta dejando un hueco. Debido a su gran cantidad de huecos tiene polaridad positiva.

Tipos de diodosDiodo de Unión & Diodo Ideal

7.- Diodo de Unión: La union P/N puede ser considerada como la frontera entre una capa tipo N y otra tipo P que se han llevado a un contacto ultimo. Dependiendo del dopaje sabremos si tenemos un material extrinseco o intrinseco. El traspaso de electrones es debido a la gran conscentracion de huecos que existen entre ambos cristales.

Polarización: En este caso, la batería disminuye la barrera de potencial de la zona de carga espacial, permitiendo el paso de la corriente de electrones a través de la unión; es decir, el diodo polarizado directamente conduce la electricidad.Se produce cuando se conecta el polo positivo de una batería a la parte P de la unión P - N y el negativo a la N.

8.- Diodo ideal: Es el modelo del diodo semiconductor que tiene una resistencia directa de 0.* No tiene problemas de saturacion con su funcionamiento.* No disipa potencia electrica

Tipos de diodosDiodo de vacío

9.- Diodo de vacio:

Toma harta temperatura debido al filamento y se le agrega un voltaje determinado y los electrones son atraidos por la placa por una corriente Ip realizando una excitacion en la placa realizando la circulacion de la corriente (la placa tiene que estar conectada al positivo directamente).

Tipos de diodosDiodo señal pequeña, rectificador de poder

10.- Diodo señal pequeña: Este tipo de diodo, no disipa altos niveles de potencia; protege el circuito. Y transforma de corriente alterna a corriente continua (baja corriente).11.- Rectificador de Poder: Este tipo de diodo, absorve el exceso de calor, y también, permite trabajar con suministros de energías mayores.

Diodo Señal Pequeña Rectificador de Poder

Tipos de diodosDiodo Zener, LED, Fotodiodo

12.- Diodo Zener: Este tipo de diodo trabaja con la interrupción sensible del voltaje, está diseñado para que tenga un voltaje de rutura inverso de 2 a 20 Volt.13.- LED: Este tipo de diodo, al ser directamente polarizados, emiten cierta radiación electromagnética. 14.- Fotodiodo: Este tipo de diodo al detectar luz, entrega la señal para activar o desactivar un circuito. Está hecho por materiales semiconductores).

Análisis comportamiento diodoSe define un circuito equivalente como una combinación de elementos elegidos de forma apropiada para representar de la mejor manera las características terminales reales de un dispositivo, sistema o similar, para una región de operación particular.La idea es sustituir por un circuito equivalente que no afecte de forma importante el comportamiento real del sistema. Para poder conseguir una red que pueda resolverse con las técnicas tradicionales de análisis de circuitos.

Corriente alterna

Se denomina corriente alterna a la corriente eléctrica en la que la magnitud y el sentido varían cíclicamente.

La forma de oscilación de la corriente alterna más comúnmente utilizada es la oscilación senoidal con la que se consigue una transmisión más eficiente de la energía, a tal punto que al hablar de corriente alterna se sobrentiende que se refiere a lacorriente alterna senoidal.

Sin embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.

Transistores-En 1950, se utilizaban las válvulas de vacío, cuyo principio de funcionamiento en la actualidad es el mismo que el del transistor, su consumo era excesivo y su tamaño desventajoso, entre otras cosas. En 1951 se crea el transistor de unión (se trabajaron con semiconductores encapsulados) y se fueron acoplando a la electrónica. Con el tiempo, los transistores han ido mejorando cada vez más, teniendo una vida más útil para el ámbito práctico laboral y para la tecnología en general.

Válvula de vacío utilizado en 1950 Primer transistor utilizado en 1951

Transistores-Fue un cambio muy abrupto para la industria. Han sido el precursos de los circuitos integrados, y han traido en sí muchas ventajas como su poca disipación de potencia, valores minúsculos en lo que son funciones especializadas en diferencia a los sistemas de valvulas de vacío.-Un transistor puede considerarse formado por diodos semiconductores con una zona común. La zona común se denomina base, las dos zonas exteriores en contacto con ésta, son el emisor y el colector.

-Para que un transistor funcione directamente debe ser polarizado entre emisor-base e inversamente su colector-base.

Características de los terminales

1.- El emisor es el material más dopado del transistor y su área es mediana, su función principal es emitir electrones hacia el colector.2.- La base es el material menos dopado y de área más pequeña. Su función es de servir como Base o referencia para los otros terminales.3.- El colector es el material de mayor área y medianamente dopado. Su función es de Colectar o recibir los electrones provenientes del Emisor.

Transistor bipolarEl transistor de unión bipolar es un dispositivo electrónico de estado sólido consistente en dos uniones PN muy cercanas entre sí, que permite controlar el paso de la corriente a través de sus terminales. La denominación de bipolar se debe a que la conducción tiene lugar gracias al desplazamiento de portadores de dos polaridades, y son de gran utilidad en gran número de aplicaciones; pero tienen ciertos inconvenientes, entre ellos su impedancia de entrada bastante baja.Funcionamiento: En una configuración normal, la unión base-emisor se polariza en directa y la unión base-colector en inversa.1 Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los portadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector.

Leyes de kirchhoff1.- Primera Ley de Kirchhoff de Corrientes: En esta primera ley de LKC se establece que las corrientes entrantes a un nodo son iguales en valor que las corrientes salientes del mismo nodo. Podríamos decir que un nodo es un punto del circuito en el cual llega más de una corriente entrante o saliente.2.- Segunda Ley de kirchhoff de voltajes: En esta segunda ley de LKV se dice que en un circuito cerrado la sumatoria de los voltajes en una malla de este circuito, son iguales a cero o a la sumatoria de las diferencias de voltajes que hay sobre los elementos resistivos.

Ejercicio de la Primera Ley de Kirchhoff

Rectificación de media onda

-El rectificador de media onda genera una corriente continua a partir de una señal de corriente alterna igualando a cero todos los semiciclos de una señal ya sea positiva o negativa dejando igual a los semiciclos de la polaridad contraria.

Rectificador de onda completa

-Genera una señal de corriente continua a partir de un señal de corriente alterna con todos los semiciclos de la señal invirtiendo todos los semiciclos de una polaridad para igualarla a la otra.

-Se plantean 2 esquemas circuitales básicos:1.- Circuito rectificador de onda completa con transformador de toma central.

2.- Circuito rectificador de onda completa con puente de diodos.

Rectificador con puente de diodos Rectificador con trafo. Toma central

EL Osciloscopio

El Osciloscopio es un artefacto eléctrico que permite visualizar gráficamente y medir las ondas de señales de corrientes continuas o alternas y se puede utilizar además para detectar fallas en un circuito determinar período frecuencia y voltaje de una señal como tambien ver como varia esta en el tiempo, etc. Existen dos tipos de osciloscopios: Digital y Análogo.El osciloscopio básicamente está constituido por una pantalla o monitor, tubo de rayos catódicos, base de tiempos, amplificador horizontal, amplificador vertical y sistema de sincronismo.

Osciloscopio Digital Osciloscopio Análogo

TiristorEl tiristor  es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Los materiales de los que se compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido. Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.El dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, donde las uniones son de tipo PNPN entre los mismos. Por tanto se puede modelar como 2 transistores típicos PNP y NPN, por eso se dice también que el tiristor funciona con tensión realimentada.

Símbolo general del tiristor

Mosfet de PotenciaEl nombre hace mención a la estructura interna: Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET).Es un dispositivo unipolar: la conducción sólo es debida a un tipo de portador. Los más usados son los MOSFET de canal N La conducción es debida a los electrones y, por tanto, con mayor movilidad Þ menores resistencias de canal en conducción Ideas generales sobre el transistor de Efecto de Campo de Metal-Óxido-Semiconductor. Símbolos de Mosfet JFET, MOSFET enriq., MOSFET enriq. Sin sustrato, Mosfet empob.

Canal P

FuncionamientoExisten dos tipos de transistores MOSFET, ambos basados en la estructura MOS:Los MOSFET de enriquecimiento se basan en la creación de un canal entre el drenador y el surtidor, al aplicar una tensión en la compuerta. La tensión de la compuerta atrae portadores minoritarios hacia el canal, de manera que se forma una región de inversión, es decir, una región con dopado opuesto al que tenía el sustrato originalmente. El término enriquecimiento hace referencia al incremento de la conductividad eléctrica debido a un aumento de la cantidad de portadores de carga en la región correspondiente al canal. El canal puede formarse con un incremento en la concentración de electrones o huecos. De este modo un transistor NMOS se construye con un sustrato tipo p y tiene un canal de tipo n, mientras que un transistor PMOS se construye con un sustrato tipo n y tiene un canal de tipo p.

Transistor IGBTEl IGBT es un dispositivo electrónico que generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. Se usan en los Variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en maquinas eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes, sin que seamos particularmente conscientes de uso en Sistemas de Alimentación Ininterrumpida o SAI, etc.Los IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) constituyen, desde el punto de vista de su empleo, un híbrido entre los transistores bipolares y los MOSFET para aprovechar tanto la sencillez de ataque de los últimos, como la capacidad para conducir altas corrientes y baja resistencia en conducción de los primeros.

Funcionamiento del IGBTCuando se le es aplicado un voltaje VGE a la puerta , el IGBT enciende inmediatamente, la corriente de colector IC es conducida y el voltaje VCE se va desde el valor de bloqueo hasta cero. La corriente IC persiste para el tiempo de encendido en que la señal en la puerta es aplicada. Para encender el IGBT, el terminal C debe ser polarizado positivamente con respecto a la terminal E. La señal de encendido es un voltaje positivo VG que es aplicado a la puerta G.El IGBT se apaga simplemente removiendo la señal de voltaje VG de la terminal G. La transición del estado de conducción al estado de bloqueo puede tomar apenas 2 microsegundos, por lo que la frecuencia de conmutación puede estar en el rango de los 50 kHz.

Símbolo más extendido del IGBT

El DIMMEREl Dimmer o reguladores de intensidad, son pequeños dispositivos que permite manipular la intensidad de luz que emite las luminarias o focos. Éste pequeño dispositivo ayuda a dar un uso alternativo a cualquier bombilla que permita regulación de intensidad; lo que favorecerá a la vista de quien visualice la iluminación implementada, ya sea en proyectos arquitectónicos o en el uso diario (hogar u oficina) sin tener una pérdida estética.Los reguladores de intensidad son utilizados principalmente en luminarias LED, ya que éstos son más sensibles a las variaciones de voltaje, por lo que al no tener regulada la energía con la que funcionan, podrían llegar a dañarse. Es por eso que el dimmer es fundamental , si es que queremos tener una variante en la utilización de esta tecnología.

Práctico del DIMMER- Lista de materiales utilizados para el circuito:

1 Triac BT136.1 Diac DB3. 1 resistencia de 1k ohm 1/4 watt. 1 potenciometro de 250k ohm.1 capacitor de poliester de 100n / 400V. 1 Dado Tomacorriente.1 Interruptor Three Way. 1 Plafonera. 1 Foco Incandescente. El Dimmer nos proporciona ahorro de energía eléctrica y aumento de la vida útil del Foco o lampara.

Diodo SCREs un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la disposición pnpn Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.

El SCR se asemeja a un diodo rectificador pero si el ánodo es positivo en relación al cátodo no circulará la corriente hasta que una corriente positiva se inyecte

en la puerta. Luego el diodo se enciende y no se apagará hasta que no se remueva la tensión en el

ánodo-cátodo, de allí el nombre rectificador controlado.

Símbolo general Diodo SCR

Funcionamiento Diodo SCREl siguiente gráfico muestra un circuito equivalente del SCR para comprender su funcionamiento.

Al aplicarse una corriente IG al terminal G (base de Q2 y colector de Q1), se producen dos corrientes: IC2 = IB1.IB1 es la corriente base del transistor Q1 y causa que exista una corriente de colector de Q1 (IC1) que a su vez alimenta la base del transistor Q2 (IB2), este a su vez causa más corriente en IC2, que es lo mismos que IB1 en la base de Q1.

Este proceso regenerativo se repite hasta saturar Q1 y Q2 causando el encendido del SCR.

DIACEs un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensión de cebado o de disparo. El comportamiento es fundamentalmente el mismo para ambas direcciones de la corriente. La mayoría de los DIAC tienen una tensión de disparo de alrededor de 30V. En este sentido, su comportamiento es similar a un neón. Los diac son una clase de tiristor, y se usan normalmente para disparar los TRIAC, otra clase de tiristor. Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, llamados ánodo y cátodo. Actúa como un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje entre sus terminales alcanza el voltaje de ruptura, dicho voltaje puede estar entre 20 y 36 volts según la referencia.

Símbolo del diac Estructura interna de un diac

TRIACEl TRIAC es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento.

Cuando el TRIAC conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la dirección de flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es más positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2. En ambos casos el TRIAC se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el TRIAC deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto actúa como un interruptor abierto.

Sistemas Por Unidad (P.U)  En los sistemas de potencia, se tiene un problema  considerable al momento de trabajar con las unidades de medida. Se tienen en algunas zonas solo algunos cientos de voltios, mientras que en otras son cientos de miles. El rango de voltajes y de corrientes que hay en los sistemas de generación, transmisión y distribución son considerablemente grandes.El sistema por unidad consiste en una normalización de todas las cantidades eléctricas de una red.En esencia, consiste en elegirarbitrariamente un valor de referencia y comparar todos los otros valorescon dicha referencia

Valor p.u= Cantidad de algo / Cantidad de la misma especie elegida como base

Ejercicios Sistema Por Unidad

Ejercicios Sistema Por Unidad

Partidor SuaveLos arrancadores estáticos son dispositivos que permiten poner en marcha los motores asincrónicos

trifásicos estándar, de manera suave y progresiva. Es posible imponer al motor rampas de aceleración y desaceleración limitando la corriente de absorción al valor mínimo necesario, evitando inútiles sobrecargas de la línea de alimentación y protegiendo las partes mecánicas aplicadas al motor, pudiéndose arrancar motores de doble polaridad gracias a la doble regulación de la corriente nominal y de las rampas de aceleración.

Principales Beneficios

Protección electrónica integral del motor ·Relé térmico electrónico incorporado Interface Hombre - Maquina incorporado

Partidor Suave- Principales aplicaciones:

Bombas centrifugas/alternativas Ventiladores / Extractores /Sopladores

Comprensores de Aire /Refrigeración Mezcladoras /Aireadoras Centrifugas

Variador de FrecuenciaUn variador de frecuencia es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna(AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de frecuencia es un caso especial de un variador de velocidad. Los variadores de frecuencia son también conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers de CA, microdrivers o

inversores. Dado que el voltaje es variado a la vez que la frecuencia, a veces son llamados drivers VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia).

Funcionamiento VDFLos dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad síncrona de un motor de corriente alterna (CA) está determinada por la frecuencia de AC suministrada y el número de polos en el estator, de acuerdo con la relación:

Las cantidades de polos más frecuentemente utilizadas en motores síncronos o en Motor asíncrono son 2, 4, 6 y 8 polos que, siguiendo la ecuación citada, resultarían en 3000 RPM, 1500 RPM, 1000 RPM y 750 RPM respectivamente para motores sincrónicos únicamente y a la frecuencia de 50 Hz. Dependiendo de la ubicación geográfica funciona en 50Hz o 60Hz.

Conclusión

Al haber leido lo que en esta revista se ha presentado esperamos que los lectores puedan tener un optimo desarrollo y puedan desenvolverse de buena forma en las actividades que quieran proponerse y en lo que la materia tecnica que aquí se les ofrece, pudiendo asi tener un conocimiento avanzado antes de tener acceso estudios superiores para asi poder especializarse más en los temas que se nos planteen a futuro.