TRABAJO Nº 3 ELECTRONICA INDUSTRIAL

5/8/2018 TRABAJO Nº 3 ELECTRONICA INDUSTRIAL - slidepdf.com

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INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGIA

“CORONEL AGUSTIN CODAZZI”

BARINAS ESTADO BARINAS

ALUMNO:

OSWALDO BANDERELAC. I. 16.978.815

CARRERA Nº 22

V SEMESTRE

CONDICIONAL

PROFESOR: ING. JOSE CARPIO

BARINAS, JUNIO 2011



CONVERTIDOR DE VOLTAJE

Es un aparato electrónico que se conecta a la red eléctrica de 220/240Vrms para hacer funcionar ciertos artefactos (no cualquiera) de 110/120 Vrms, y que hace que el

artefacto disipe una potencia similar en la red de 220/240Vrms, a la que disipaconectado directamente en la red de 110/120Vrms.

El convertidor de voltaje es un aparato cuyo circuito es muy simple. Además de loscomponentes electrónicos típicos (como resistencias, bobinas y condensadores) estácompuesto por dos componentes de estado sólido: un dispositivo de disparo en ACdenominado DIAC, y un dispositivo de conmutación en AC denominado TRIAC.

Los circuitos de los convertidores de voltaje para 120 y 1200W por ejemplo, tienen untriac de respectivamente menor y mayor capacidad de conducción y disipación, y esto,en general, cambia muy poco el peso y el volumen del convertidor.

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO(EN INGLÉS SCR: SILICON CONTROLLED RECTIFIER)

Es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructuraPNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor.

Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargadade controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente comoun diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido.Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conduccióny en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir.Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo.Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o bieninterrumpir el circuito.

El pulso de disparo ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo si se estátrabajando en corriente alterna. En este último caso, según se atrase o adelante el pulsode disparo, se controla el punto (o la fase) en el que la corriente pasa a la carga. Una vezarrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendohasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento

(en la práctica, cuando la onda senoidal cruza por cero)

Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor,éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de puerta. Por ello se dacomo característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener

bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito existenteentre la puerta y el ánodo.

Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control,especialmente control de motores, debido a que puede ser usado como interruptor detipo electrónico.



TIPOS DE CIRCUITOS ELECTRONICOS DE POTENCIA

RECTIFICADORES

Un circuito rectificador por diodo convierte el voltaje de ca en un voltaje fijo de cd. Elvoltaje de entrada al rectificador puede ser monofásico o trifásico

CONVERTIDORES CA – CD / CD – CA

Los convertidores de cd a ca se conocen como inversores. La función de un inversor escambiar un voltaje de entrada en cd a un voltaje simétrico de salida en ca, con lamagnitud y frecuencia deseadas.En los inversores ideales, las formas de onda del voltaje de salida deberían ser senoidales.Sin embargo, en los inversores reales no son senoidales y contienen ciertas armónicas.

El uso de los inversores es muy común en aplicaciones industriales tales (como la propulsión de motores de ca de velocidad variable, la calefacción por inducción, lasfuentes de respaldo y las de poder, alimentaciones ininterrumpible de potencia). Laentrada puede ser una batería, una celda de combustible, una celda solar u otra fuente decd. Las salidas monofásicas típicas son (1) 120V a 60 Hz, (2) 220V a 50 Hz y (3) 115Va 400Hz. Para sistemas trifásicos de alta potencia, las salidas típicas son (1) 220/380 V a50 Hz, (2) 120/208 V a 60 Hz y (3) 115/200 V a 400 Hz.Los inversores se pueden clasificar básicamente en dos tipos: (1) inversoresmonofásicos y (2) inversores trifásicos. Cada tipo puede utilizar dispositivos deactivación y desactivación controlada (es decir BJT, MOSFET, IGBT, MCT, SIT,GTO) o tiristores de conmutación forzada.

CONVERTIDORES CA – CA

Un convertidor de alterna es un convertidor CA/CA que controla la tensión, corriente yla potencia media que entrega una fuente de alterna a una carga de alterna. La mayoríade los aparatos electrónicos simples (radios, reproductores de CDs, etc.) y complejos(computadoras, televisiones, variadores de frecuencia, etc.) no podrán tener lascapacidades que tienen sin la electrónica de potencia.Una de las principales tareas de la electrónica de potencia es el control de la energía

eléctrica para usos tan variados como el control de velocidad de un motor eléctrico,control de calefacción, iluminación, fuentes de alimentación, sistemas decomunicaciones, sistemas de tracción de vehículos eléctricos y en general aplicacionesque demanden potencia eléctrica para su manejo.“La electrónica de potencia se puede definir como la aplicación de la electrónica de suestado sólido para el control y la conversión de la energía eléctrica”.Los convertidores que a partir de una tensión de entrada alterna, produce en la salidauna tensión también alterna pero de características distintas, sea en valor eficaz, sea enfrecuencia, o en ambas.Cuando únicamente se altera el valor de la tensión alterna (CA), tenemos los llamadosreguladores de tensión alterna (o reguladores de potencia alterna) y los que permiten



obtener una salida con frecuencia distinta a la presente en la entrada, son loscicloconvertidores.

CONVERTIDORES CD – CD

Un convertidor cd-cd convierte en forma directa de cd a cd y se llama simplementeconvertidor cd. Un convertidor cd es equivalente en cd de un transformador ca, con unarelación de vueltas que varia en forma continua. Al igual que un transformador, se

puede usar para subir o bajar el voltaje de una fuente.Los convertidores cd se usan mucho para el control de motores de tracción deautomóviles eléctricos, tranvías, grúas marinas, montacargas y elevadores de mina.Proporciona un control uniforme de aceleración, gran eficiencia y rápida respuestadinámica. Se puede usar en el frenado regenerativo de motores de cd para regresar laenergía a la fuente. Los convertidores cd se usan en los reguladores de voltaje de cd, ytambién se usan en conjunto con un inductor para generar una corriente de cd.

INTERRUPTORES ESTATICOS

Un interruptor estático consta de uno o más elementos semiconductores queconstituyen el “contacto”, y un circuito de mando que determina la posición delcontacto: - abierto (los semiconductores ofrecerán una alta impedancia de entrada) -cerrado (impedancia prácticamente nula).Las características generales viene dadas por su elemento básico: el semiconductor de

potencia.Las ventajas de la inserción de una impedancia alta y no de un corte real del circuitoeléctrico son:1. No hay arco eléctrico, lo cual implica no ruido eléctrico ni desgaste.2. Son muy rápidos pudiéndose realizar la conexión o desconexión del circuito encualquier punto de la onda de tensión o corriente.3. Su vida media, a diferencia de los convencionales, no depende del número demaniobras, logrando frecuencias de actuación muy elevadas (1kHz).4. Menor consumo propio para realizar sus accionamientos.5. Permiten una conexión gradual haciendo un control de fase en los primeros ciclos

para evitar las puntas de conexión cuando en la carga hay elementos magnéticos. Deigual forma la apertura puede realizarse en un paso por cero de la intensidad parasuprimir sobretensiones causadas por los di/dt en las inductancias.

Sin embargo también tienen sus inconvenientes:1. La caída de tensión en los estáticos es apreciable (del orden de 1V). Esto da lugar apotencias apreciables de pérdidas que deben ser disipadas. Así mismo, laresistencia del estado de bloqueo no es infinita y existe una pequeña corrientecirculante.2. Los voltajes que pueden bloquear son más pequeños que los convencionales.3. Son sensibles a sobrecargas, debiéndose diseñar unas redes de protección.4. Son de mayor coste que los electromecánicos.

DIAC

(DIODO PARA CORRIENTE ALTERNA)



Es un dispositivo semiconductor de dos conexiones. Es un diodo bidireccionaldisparable que conduce la corriente sólo tras haberse superado su tensión de disparo, ymientras la corriente circulante no sea inferior al valor característico para ese

dispositivo. El comportamiento es fundamentalmente el mismo para ambas direccionesde la corriente. La mayoría de los DIAC tienen una tensión de disparo de alrededor de30 V. En este sentido, su comportamiento es similar a una lámpara de neón.

Los DIAC son una clase de tiristor, y se usan normalmente para disparar los triac, otraclase de tiristor. Es un dispositivo semiconductor de dos terminales, llamados ánodo ycátodo. Actúa como un interruptor bidireccional el cual se activa cuando el voltaje entresus terminales alcanza el voltaje de ruptura, dicho voltaje puede estar entre 20 y 36 voltssegún la referencia.

Existen dos tipos de DIAC:

DIAC de tres capas: Es similar a un transistor bipolar sin conexión de base y con lasregiones de colector y emisor iguales y muy dopadas. El dispositivo permanece

bloqueado hasta que se alcanza la tensión de avalancha en la unión del colector. Estoinyecta corriente en la base que vuelve el transistor conductor, produciéndose un efectoregenerativo. Al ser un dispositivo simétrico, funciona igual en ambas polaridades,intercambiando el emisor y colector sus funciones.

DIAC de cuatro capas. Consiste en dos diodos Shockley conectados en antiparalelo, loque le da la característica bidireccional.

TRIAC O TRIODO PARA CORRIENTE ALTERNA

Es un dispositivo semiconductor, de la familia de los transistores. La diferencia con untiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. Deforma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar lacorriente alterna.

Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en antiparalelo. Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación deánodo y cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al

electrodo puerta.

TIPOS DE TIRISTORES

Por costumbre se ha asociado la palabra “tiristor” al SCR por ser éste uno de losdispositivos mas populares dentro de los dispositivos tiristor

TIRISTOR GTO O SIMPLEMENTE GTO(DEL INGLÉS GATE TURN-OFF THYRISTOR)



Es un dispositivo de electrónica de potencia que puede ser encendido por un solo pulsode corriente positiva en la terminal puerta o gate (G), al igual que el tiristor normal; peroen cambio puede ser apagado al aplicar un pulso de corriente negativa en el mismoterminal. Ambos estados, tanto el estado de encendido como el estado de apagado, son

controlados por la corriente en la puerta (G).

El proceso de encendido es similar al del tiristor. Las características de apagado son un poco diferentes. Cuando un voltaje negativo es aplicado a través de las terminales puerta(G) y cátodo (C o K), la corriente en la puerta (ig), crece. Cuando la corriente en la

puerta (G) alcanza su máximo valor, IGR, la corriente de ánodo comienza a caer y elvoltaje a través del dispositivo (VAK), comienza a crecer. El tiempo de caída de lacorriente de ánodo (IA) es abrupta, típicamente menor a 1 us. Después de esto, lacorriente de ánodo varía lentamente y ésta porción de la corriente de ánodo es conocidocomo corriente de cola.

La razón (IA/IGR) de la corriente de ánodo IA a la máxima corriente negativa en la puerta (IGR) requerida para el voltaje es baja, comúnmente entre 3 y 5. Por ejemplo, para un voltaje de 2500 V y una corriente de 1000 A, un GTO normalmente requiereuna corriente negativa de pico en la puerta de 250 A para el apagado.

TIRISTOR DE CONTROL DE FASE O DE CONMUTACIÓN RÁPIDA (SCR)

El miembro más importante de la familia de los tiristores es el tiristor de tres terminales,conocido también como el rectificador controlado de silicio o SCR. Este dispositivo lodesarrolló la General Electric en 1958 y lo denominó SCR. El nombre de tiristor loadoptó posteriormente la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI). En la figurasiguiente se muestra el símbolo de un tiristor de tres terminales o SCR.Tal como su nombre lo sugiere, el SCR es un rectificador controlado o diodo. Sucaracterística voltaje-corriente, con la compuerta de entrada en circuito abierto, es lamisma que la del diodo PNPN.

Lo que hace al SCR especialmente útil para el control de motores en sus aplicaciones esque el voltaje de ruptura o de encendido puede ajustarse por medio de una corriente quefluye hacia su compuerta de entrada. Cuanto mayor sea la corriente de la compuerta,tanto menor se vuelve VBO. Si se escoge un SCR de tal manera que su voltaje deruptura, sin señal de compuerta, sea mayor que el mayor voltaje en el circuito, entonces,

solamente puede activarse mediante la aplicación de una corriente a la compuerta. Unavez activado, el dispositivo permanece así hasta que su corriente caiga por debajo de IH.Además, una vez que se dispare el SCR, su corriente de compuerta puede retirarse, sinque afecte su estado activo. En este estado, la caída de voltaje directo a través del SCR es cerca de 1.2 a 1.5 veces mayor que la caída de voltaje a través de un diodo directo-oblicuo común.

TIRISTOR DE TRIODO BIDIRECCIONAL (TRIAC)

Es un dispositivo que se comporta como dos SCR conectados en contraposición, conuna compuerta de paso común; puede ir en cualquier dirección desde el momento en

que el voltaje de ruptura se sobrepasa. El símbolo del TRIAC se ilustra en la figura



siguiente y su característica corriente-voltaje en la figura contigua. El voltaje de rupturaen un TRIAC disminuye si se aumenta la corriente de compuerta, en la misma formaque lo hace en un SCR, con la diferencia que un TRIAC responde tanto a los impulsos

positivos como a los negativos de su compuerta. Una vez encendido, un TRIAC

permanece así hasta que su corriente cae por debajo de IH.

TIRISTORES DE CONDUCCIÓN INVERSA (RTC)

En muchos circuitos pulsadores e inversores, se conecta un diodo antiparalelo a travésde un SCR, con la finalidad de permitir un flujo de corriente inversa debido a una cargainductiva, y para mejorar el requisito de desactivación de un circuito de conmutación. Eldiodo fija el voltaje de bloqueo inverso del SCR a 1 ó 2v por debajo de las condicionesde régimen permanente. Sin embargo, bajo condiciones transitorias, el voltaje inverso

puede elevarse hasta 30v debido al voltaje inducido en la inductancia dispersa delcircuito dentro del dispositivo.

Un RCT es un intercambio entre características del dispositivo y requisitos del circuito; puede considerarse como un tiristor con un diodo antiparalelo incorporado, tal y comose muestra en la figura siguiente. Un RCT se conoce también como tiristor asimétrico(ASCR). El voltaje de bloqueo directo varía de 400 a 2000v y la especificación decorriente llega hasta 500 A. El voltaje de bloqueo inverso es típicamente 30 a 40v. Dadoque para un dispositivo determinado está preestablecida la relación entre la corrientedirecta a través de un tiristor y la corriente inversa del diodo, sus aplicaciones selimitarán a diseños de circuitos específicos.

TIRISTOR DE INDUCCIÓN ESTÁTICA (SITH)

Por lo general, un SITH es activado al aplicársele un voltaje positivo de compuerta,como los tiristores normales, y desactivado al aplicársele un voltaje negativo a sucompuerta. Un SITH es un dispositivo de portadores minoritarios. Como consecuencia,el SITH tiene una baja resistencia en estado activo así como una baja caída de potencial,y se puede fabricar con especificaciones de voltaje y corriente más altas.

Un SITH tiene velocidades de conmutación muy rápidas y capacidades altas de dv/dt ydi/dt. El tiempo de conmutación es del orden de 1 a 6m s. La especificación de voltaje

puede alcanzar hasta 2500v y la de corriente está limitada a 500 A. Este dispositivo es

extremadamente sensible a su proceso de fabricación, por lo que pequeñas variacionesen el proceso de manufactura pueden producir cambios de importancia en suscaracterísticas.

TIRISTOR DE INDUCCIÓN ESTÁTICA (SITH)

Por lo general, un SITH es activado al aplicársele un voltaje positivo de compuerta,como los tiristores normales, y desactivado al aplicársele un voltaje negativo a sucompuerta. Un SITH es un dispositivo de portadores minoritarios. Como consecuencia,el SITH tiene una baja resistencia en estado activo así como una baja caída de potencial,y se puede fabricar con especificaciones de voltaje y corriente más altas.



Un SITH tiene velocidades de conmutación muy rápidas y capacidades altas de dv/dt ydi/dt. El tiempo de conmutación es del orden de 1 a 6m s. La especificación de voltaje

puede alcanzar hasta 2500v y la de corriente está limitada a 500 A. Este dispositivo esextremadamente sensible a su proceso de fabricación, por lo que pequeñas variaciones

en el proceso de manufactura pueden producir cambios de importancia en suscaracterísticas.

TIRISTOR CONTROLADOS POR MOS (MCT)

Un tiristor controlado por MOS (MCT) combina las características de un tiristor regenerativo de cuatro capas y una estructura de compuerta MOS.

El MCT se puede operar como dispositivo controlado por compuerta, si su corriente esmenor que la corriente controlable pico. Intentar desactivar el MCT a corrientesmayores que su corriente controlable pico de especificación, puede provocar la

destrucción del dispositivo. Para valores más altos de corriente, el MCT debe ser conmutado como un SCR estándar. Los anchos de pulso de la compuerta no son críticos

para dispositivos de corrientes pequeñas. Para corrientes mayores, el ancho del pulso dedesactivación debe ser mayor. Además, durante la desactivación, la compuerta utilizauna corriente pico. En muchas aplicaciones, incluyendo inversores y pulsadores, serequiere, de un pulso continuo de compuerta sobre la totalidad del período deencendido/apagado a fin de evitar ambigüedad en el estado.

TIPOS DE CIRCUITOS RECTIFICADORES DE POTENCIA

Circuitos rectificadores de onda completa

Un rectificador de onda completa convierte la totalidad de la forma de onda de entradaen una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, mediante la inversión delas porciones (semiciclos) negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las

porciones positivas (o negativas) se combinan con las inversas de las negativas(positivas) para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa).

El transformador convierte la tensión alterna de entrada en otra tensión alterna del valor deseado, esta tensión es rectificada durante el primer semiciclo por el diodo D1 ydurante el segundo semiciclo por el diodo D2, de forma que a la carga R le llega unatensión continua pulsante muy impura ya que no está filtrada ni estabilizada.

En este circuito tomamos el valor de potencial 0 en la toma intermedia del

transformador.

http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_de_onda_completa

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Fullwave.rectifier.en.png

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Fullwave.rectifier.en.png

http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_de_onda_completa



Rectificador de onda completa tipo puente doble de Gratz

Se trata de un rectificador de onda completa en el que, a diferencia del anterior, sólo esnecesario utilizar transformador si la tensión de salida debe tener un valor distinto de la

tensión de entrada.

A fin de facilitar la explicación del funcionamiento de este circuito vamos a denominar D-1 al diodo situado más arriba y D-2, D-3 y D-4 a los siguientes en orden descendente.

• Durante el semiciclo en que el punto superior del secundario del transformador es positivo con respecto al inferior de dicho secundario, la corriente circula através del camino siguiente:

Punto superior del secundario --> Diodo D-1 --> (+) Resistencia de carga R (-) -->Diodo D-4 --> punto inferior del secundario.

• En el semiciclo siguiente, cuando el punto superior del secundario es negativo yel inferior positivo lo hará por:

Punto inferior del secundario --> Diodo D-2 --> (+) Resistencia de carga R (-) -->Diodo D-3 --> punto superior del secundario.

En este caso, vemos como circula corriente por la carga, en el mismo sentido, en los dossemiciclos, con lo que se aprovechan ambos y se obtiene una corriente rectificada másuniforme que en el caso del rectificador de media onda, donde durante un semiciclo seinterrumpe la circulación de corriente por la carga.

En ambos tipos de rectificadores de onda completa, la forma de onda de la corrienterectificada de salida, será la de una corriente continua pulsatoria, pero con unafrecuencia de pulso doble de la corriente alterna de alimentación.

Filtrado

Como se puede apreciar en las Figuras 2 y 3 la corriente obtenida en la salida de losrectificadores no es propiamente continua y dista mucho de ser aceptablementeconstante, lo que la inutilizaría para la mayoría de las aplicaciones electrónicas.

Para evitar este inconveniente se procede a un filtrado para eliminar el rizado de la señal

pulsante rectificada. Esto se realiza mediante filtros RC (resistencia-capacitancia) o LC

http://es.wikipedia.org/wiki/Rizado

http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_de_condensador

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Capacitancia

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Gratz.rectifier.en.png

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Gratz.rectifier.en.png

http://es.wikipedia.org/wiki/Rizado

http://es.wikipedia.org/wiki/Filtro_de_condensador

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctrica




(inductancia-capacitancia), obteniéndose finalmente a la salida una corriente continuacon un rizado que depende del filtro y la carga, de modo que sin carga alguna, no existerizado. Debe notarse que este filtro no es lineal, por la existencia de los diodos quecargan rápidamente los condensadores, los cuales a su vez, se descargan lentamente a

través de la carga.

La tensión de rizado (Vr) será mucho menor que V si la constante de tiempo delcondensador R·C es mucho mayor que el período de la señal. Entonces consideraremosla pendiente de descarga lineal y, por tanto, Vr = Vpico·T / (R·C) Siendo R·C la cte detiempo del condensador, T el período de la señal y Vpico la tensión de pico de la señal..

Rectificador Síncrono (o sincrónico)

Hay aplicaciones en las que la caída de tensión directa en los diodos (V F) causa quetengan una baja eficiencia, como el caso de algunos convertidores DC-DC. Unrectificador síncrono sustituye los diodos por transistores MOSFET, gobernados por un circuito de control que los corta cuando la tensión entra en su ciclo negativo. Estatécnica tiene tres ventajas frente a los diodos:

• No existe VF en un MOSFET. Éste se comporta como una resistencia (R ON) demodo que conduce con cualquier valor de tensión (V>0), mientras que un diodonecesita V>VF, lo que es de suma importancia en circuitos alimentados a muy

baja tensión.

http://es.wikipedia.org/wiki/Inductancia


http://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_DC_a_DC

http://es.wikipedia.org/wiki/MOSFET

http://es.wikipedia.org/wiki/Inductancia


http://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_DC_a_DC

http://es.wikipedia.org/wiki/MOSFET

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TRABAJO Nº 3 ELECTRONICA INDUSTRIAL