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  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    UNIDAD I

    CONCEPTOS BASICOS DE

    ELECTRONICA DEPOTENCIA

    1 NATURALEZA Y APLICACIONES DE LA ELECTRNICADE POTENCIA

    La electrnica de potencia esun saber de la ingeniera! "ueutili#a los conceptos! $%todos& teoras de la electrnica'analgica & digital(! la teorade control & la electrotecnia'circuitos el%ctricos! $edidas!& $)"uinas el%ctricas!siste$as de distribucin &trans$isin(! para con*ertir &controlar la energa el%ctricadisponible! general$ente

    ++

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    Siste$as

    ,Control

    TeoradeControl

    Potencia

    ,

    Energa

    -uentes./

    )"uinas

    ElectrnicaDe

    Potencia

    CircuitosSe$iconductores

    Co$ponentesElectrnica

    ,Dispositi*os

    -lu0o dePotencia

    Energa el%ctrica $odi1cada & controlada

    Fig. 1.02 Diagrama de bl!"e# de "$ SEP %&'

    alterna tri2)sica o $ono2)sicacon di2erentes ni*eles de*olta0e! en la clase de energare"uerida por la carga3

    La electrnica de potencia $oderna se origina con la in*encin del SCR

    en 4567! por 8eneral Electric3 En a9os sucesi*os aparecen el TRIAC &otros tiristores! & se desarrollan los transistores de potencia 'B:T!/OS-ET! I8BT(3 -inali#ando la d%cada de los 7;

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    LINEASDEDISTRIBUCION

    CONTADOR

    DUCTODEACO/ETIDAPRO-UNDIDAD/AI/ADE;346/

    CASCO

    >/INI/ADE+

    .=

    Actuadores de los DSP Adecuar en potencia las se9ales decontrol! a los re"ueri$ientos de losDSP3

    Trans2or$ador de pulsoOptoacopladores

    Transistores

    Circuito de control I$ple$entar la estrategia de controldel con*ertidor

    /icrocontroladoresElectrnica discreta

    Transductores Trans2or$ar las *ariables $ec)nicas!el%ctricas! t%r$icas! etc! de la carga!

    en se9ales el%ctricas3

    Trans2or$adores de instru$entosTer$istores

    Tac$etrosEncoders

    Carga Trans2or$ar la energa el%ctrica enenerga $ec)nica! "u$ica! lu$nica!t%r$ica3

    /otores! >ornos! L)$paras!Procesos electro"u$icos! etc3

    1., FUENTES DE ENER)-A PRI(ARIA 10

    1.,.1 RED DE SU(INISTRO DE OLTA/E ALTERNO

    Se dispone de una red de *olta0ealterno de 2 @; =#! en los pasesa$ericanos! con di2erentes ni*elesde *olta0e En ba0a tensin senor$ali#an los siguientes *olta0es4F;! 4F;GF?;! F;7G4F;!??;GF6?*oltios3

    La ali$entacin en ba0a tensin sereali#a $ediante aco$etida a%rea osubterr)nea3 Los conductores a%reosde la aco$etida! *an desde un poste=asta el contador el%ctrico

    En la aco$etida subterr)nea! seconectan los conductores a las lneas)reas de distribucin! & se ba0an poruna tubera =asta tierra! & se lle*anen 2or$a subterr)nea =asta elcontador de energa3

    En las instalaciones industriales sedispone a tra*%s de una subestacinde 4+!F o +?!6H*! de *olta0es en$edia tensin de ??;GF6? o ?7;GF

    *3 El *alor l$ite de perturbacin del*olta0e es J4;K del *alor no$inal! elde la 2recuencia es J4># & eldese"uilibrio ad$itido es FK3

    1.,.2 *ATER-AS

    +6

    a Ameida#"berr3$ea %10'

    Fig. 1.0, Ameida# e$ba4a e$#i5$

    b' Ameida a6rea %10'

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    BORNE POSITIOBORNE NE8ATIO

    DISOLUCIMN ELECTROLITICA

    REESTI/IENTO PROTECTOR

    SEPARADOR DE LAS CELULAS

    TAPAS DE SALIDA

    CONECTOR DE CELULAS

    ELECTRODO POSITIO'Diido de

    Plo$o(

    ELECTRODO NE8ATIO'Plo$o(

    Rin

    R

    Rd

    intCint

    iB

    Rd

    nt

    iB

    +@ rp$ 47; rp$

    CT 8enerador8A

    Son 2uentes de energa recargables3Las $)s co$unes son las de plo$o )cido & la de n"uel.cad$io porconsideraciones econ$icas! la $)sutili#ada es la de plo$o.)cido!

    con2or$ada por un )nodo de biidode plo$o! c)todo de plo$o &electrolito de )cido sul2Qrico diluido enagua3

    El circuito e"ui*alente para $odopasi*o lo con2or$an int potencialelectro"u$ico interno depende de late$peratura & la concentracin delelectrolito Rd! $odela el proceso dedescarga interna Rint! $odela la

    resistencia del electrolito & laestructura interna 'celdas(! dependede la te$peratura & concentracin delelectrolito3 Cint$odela la capacitanciade las placas R & L! son laresistencia & la inductancia de loscables eternos3

    En el circuito e"ui*alente en $odoacti*o! int representa la 2uer#aelectro$otri# interna de la batera! denaturale#a! electro"u$ica dependede la te$peratura & de laconcentracin del electrolito3 Un *alortpico de Rint ;!4! para la batera de4F *oltios3 L tiene un *alor de6;;n>G$! cuando la relacin DGr 4; D distancia entre cables! r radio de cable3

    1.,., )ENERADOR ELICO2

    Se utili#a la energa del *iento! para

    generar energa el%ctrica3 Espa9a &>olanda son lderes en esta energaalternati*a3 Los ele$entos de unaerogenerador son

    Palas del rotor 'PR( El dise9o! essi$ilar al ala de un a*in! su longitud

    +@

    b' Cir"i e!"i7ale$e 8ara

    el md 8a#i7 %arga' %'

    a' E#r""ra 9:#ia

    ' Cir"i e!"i7ale$e 8ara

    el md ai7 %9"e$e'%'

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    CACD

    CACD

    RED ELECTRICA

    Dri*er/icro controlador

    sensor

    8enerador elico

    A3 P3

    83 A3

    83 -3Carga C3 A3

    Carga3 C3 D3

    RedC3 A3

    depende de la potencia 'F; $etrospara @;;(3

    Ca0a de trans$isin 'CT( o tren deengrana0es! $ultiplica por casi 6; la

    *elocidad de las palas3 La tendenciaes a eli$inarlas para reducir peso &$e0orar e1ciencia3

    El generador asncrono '8A( ogenerador de induccin las potenciasactuales est)n en el orden de =astaF;/3

    La conein del aerogenerador a lared '1g343;@(! se reali#a recti1cando el

    *olta0e tri2)sico del generador elico! &acoplando el *olta0e CD $ediante uncon*ertidor CDGCA 'in*ersor(! a la redalterna de su$inistro el%ctrico3

    El control del proceso de acopla$ientose =ace $ediante un $icroprocesador3

    1.,.; )ENERADOR FOTOOLTAICO

    Utili#a la energa solar para generarenerga el%ctrica 'CD(! $ediante$uc=as celdas solares asociadas enserie & en paralelo3 Esta energaalternati*a tiene un gran 2uturo3

    La tecnologa actual de las celdas esen base a se$iconductores! & lae1ciencia es del 4? al F;K3 Sein*estiga la utili#acin de $aterialesorg)nicos3

    Una li$itacin del siste$a es su costosuperior! con respecto a otrasalternati*as de generacin3

    Un ele$ento esencial del siste$a degeneracin 2oto*oltaico '1g3 43;7( esel acondicionador de potencia 'A3P3(cu&as 2unciones son la con*ersin

    +

    Fig. 1.0& Eleme$# de "$

    aerge$eradr %2'

    Fig. 1.0 C$e

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    Aisla$iento

    Placa

    d

    CDGCA & la regulacin de carga de labatera3

    El generador auiliar '8A(! es ungrupo electrgeno! en la $a&ora de

    los casos! "ue sir*e de respaldo algenerador 2oto*oltaico '8-( & lasbateras tienen co$o 2uncin! regularla produccin de energa de acuerdo ala de$anda3

    1.; (ODELA(IENTO DE CO(PONENTES EL>CTRICOSY (A)N>TICOS

    1.;.1 EL CAPACITOR

    1.;.1.1 )ENERALIDADES

    El capacitor est) con2or$ado por Fplacas conductoras! separadas por un$aterial diel%ctrico! en donde seestablece una polari#acin diel%ctrica3 El*alor de la capacitancia ideal es

    C=A

    d =

    Q

    V(1.01)

    per$iti*idad el%ctrica delaisla$iento3

    A )rea de las placas paralelas3d distancia entre placas3 carga el%ctrica de cada placa3 *olta0e aplicado a las placas3V resisti*idad del diel%ctricoLa corriente "ue un capacitorinterca$bia con un circuito es

    ic=dq

    dt=

    d (Cv)dt

    =Cdv

    dt(1.02)

    Se conocen tres clases de capacitores de

    diel%ctrico nor$al! electrolticos & dedoble capa3El capacitor real di1ere del ideal en ?aspectosa( Eiste i para dc3b( Eiste una L "ue puede generarresonancia.

    +7

    Fig.1.0? Si#ema de

    ge$erai5$ 97lai %2'

    a )emer:a del

    a8airde 8laa# 8aralela#

    Fig. 1.0@ El a8air

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    R

    C

    ESR

    ESLC

    c( Se descarga natural$ente! aldesconectarlo de la 2uented( Presenta p%rdidas de potencia3

    1.; (ODELA(IENTO DE CO(PONENTES ELECTRICOSY (A)NETICOS

    1.;.1.2 (ODELO CIRCUITAL DEL CAPACITOR %'

    Las caractersticas reales del capacitorse representan! en el circuitoe"ui*alente general '1g3434; a(3R & L $odelan la resistencia einductancia! de los ala$bresconductores de conein3R2 $odela la resistencia de 2uga!

    responsable de la descarga delcapacitor & C es la capacitancia3/ediante asociaciones serie & paralelodel circuito e"ui*alente general! sepuede reducir al circuito e"ui*alenteserie nor$ali#ado '1g3 434; b(

    ESR=Rw+ 1

    w2R fC

    2

    tan

    wC (1.03 )

    ESRResistencia e"ui*alente serie

    ESL=Lw

    ; Rf

    =d

    A(1.04)

    ESLInductancia e"ui*alente serie

    tan( factor dedispersin )=

    ESR

    X =

    1

    w(1.05)

    )ngulo de p%rdidasDi2erenciaentre el des2ase ideal de la corriente

    '5;W( & el des2ase real3Para w

    1

    LW C el capacitor se

    co$porta co$o un inductor3

    1.; (ODELA(IENTO DE CO(PONENTES EL>CTRICOSY (A)N>TICOS

    +5

    a' Cir"ie!"i7ale$e ge$eralde "$ a8air

    b' Cir"i #erie$rmaliad

    Fig. 1.10 (del ir"ial

    del a8air

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    X

    Y

    l$

    i4't(

    *4't( N4

    iF't(

    *F't(NFX

    Y

    Z$

    ZdF

    Zd4

    NQcleo

    1.;.1., CLASES DE CAPACITORES

    Los capacitores se caracteri#an por lossiguientes *alores no$inales Cn! tolerancia de Cn! n! p! In! I2uga! & 2actor dep%rdidas 'tan [(3Los capacitores electrolticos tienen co$odiel%ctrico ido de alu$inio '1g 434;a( ode t)ntalo3 Tienen *alores ba0os deresistencia de 2uga! & su *olta0e no$inal es=asta de 6;;! con capacitancias decientos de \-3 Son de ba0a con1abilidad &se aplican en 1ltros CD de entrada &salida! & en procesos "ue re"uierantie$pos cortos de al$acena$iento deenerga3 Los de pl)stico tienen alta

    resistencia de aisla$iento 'pe"ue9ascorrientes de 2uga( & alta te$peratura3Dependiendo de la ar$adura! pueden sertipo / '$etal( o /T '$etal*apori#ado(3Los $etali#ados de poli%ster'1g3 434; b( presentan ba0os *alores decapacitancia '=asta 4;\-( & *alores altosde n '?;*(3 Se aplican en 1ltros DC! parasupri$ir los transitorios de con$utacin3 El/T se utili#a en aplicaciones =asta de@;;3Los $etali#ados de polipropileno

    tienen *alores altos de ne In& se aplicanen con*ertidores resonantes3 Loscer)$icos '1g3434;c( tienen un rango decapacitancia entre 4p & 4\-! pero *aranconsiderable$ente con la te$peratura! el*olta0e & el tie$po3

    1.;.2 EL TRANSFOR(ADOR

    1.;.2.1 ASPECTOS CONSTRUCTIOS YOPERACIONALES

    Se 2or$a con F circuitos el%ctricos!acoplados con un circuito de$aterial 2erro.$agn%tico deper$eabilidad \3

    El ]u0o encadenado '^( al circuito 4de N4espiras es

    ?;

    b' Pl3#i

    Fig.1.10 Cla#e# de

    a8aire#

    ' Cer3mi

    a' Elerl:i#

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    B B

    =!1 1 ; 1= "+ d1(1.06)

    _$]u0o $utuo

    _d4

    ]u0o de dispersin delde*anado4

    Para el circuito F

    2=!222="+d2(1.06#)

    Aplicando la le& de A$pere alcircuito $agn%tico! sobre la

    tra&ectoria $edia $" ! se obtiene

    $

    % & d$=s

    ' & ds(1.07)

    (

    )$"=!1i1!2 i2=(A

    $"

    )A=

    "R "=!1 i" (1.08 )

    i" corriente de $agneti#acin

    R" Reluctancia del circuito

    $agn%tico

    A)rea seccional del circuito$agn%tico

    El circuito e"ui*alente de laecuacin 43;7 se $uestra en la 1g34344b

    1.;.2 EL TRANSFOR(ADOR

    1.;.2.1 ASPECTOS CONSTRUCTIOS Y OPERACIONALES

    ?4

    a' Cir"i

    b' (del delir"i mag$6i

    Fig. 1.11 Elra$#9rmadr

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    X

    Y

    l$

    i4't(

    *4't( N4

    iF't(

    *F't(NF

    X

    Y

    Z$

    ZdF

    Zd4

    NQcleo

    i4iFL4F

    LF4

    Se de1ne !1 d 1=Ld1 i1(1.09)

    De la# e.1.0 1.0?

    Se de1ne !1 d 1=Ld1 i1(1.09)

    De la# e.1.0 1.0?

    1=

    !1

    R"(!1i1!2 i2 )+!1 d1(1.10)

    2=d

    2

    dt (1.11)

    v1=d

    1

    dt ; v

    De la le de Farada 1.10 1.11

    v1!

    1

    d 1

    dt ; v

    2!

    2

    d 2

    dt (1.12)

    De la e. 1.0? 1.0@ 1.10 1.11

    v1=(!

    1

    2

    R"+Ld1

    )di

    1

    dt

    !1!

    2

    R"

    di2

    dt

    1= (L"+Ld1)di

    1

    dtL

    12

    di2

    dtv

    L"=!1

    2

    R"L

    12=

    !1!2

    R "

    L11=L"+Ld1

    ?F

    a( Circuito

    ' Cir"i e!"i7ale$e

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    B

    4N4

    i4

    B

    F

    iFNF

    4N4

    i4BF

    iFNF

    `F

    B

    4

    i4

    F 4 F (F( /

    Se de$e

    v1=(L11)

    di1

    dtL

    12

    di2

    dt(1.13a)

    Pr a$alg:a #e bie$e

    v2=(L21 )

    di1

    dt+L

    22

    di2

    dt(1.13#)

    1.;.2.2 EL TRANSFOR(ADOR IDEAL

    Conductor ideal rc*=0 /aterial

    $agn%tico ideal \ + 3

    Los puntos de polaridad ' ( representanlos puntos del trans2or$ador! cu&ospotenciales tienen si$ult)nea$ente la$is$a polaridad3

    Si ) ,+L" , +R" ,0 i",0

    ) ,+ -d1=-d2 ,0-1=-2

    De 43;5 a=!1

    !2= i2

    i1(1.14)

    De 434F a=!

    1

    !2=

    v1

    v2(1.15)

    El $odelo circuital del trans2or$adorideal se $uestra en la 1g3434F a(

    1.;.2., ACOPLA(IENTO DE I(PEDANCIAS

    Se anali#a el e2ecto del trans2or$ador!sobre la carga re]e0ada en la 2uente3

    De la 1g3434+ & las ec3 434? & 4346! seobtiene

    ?+

    Fig. 1.11. Elra$#9rmadr

    a=!

    1

    !2=

    V1

    V2=

    i2

    i1

    a (delir"ial

    Fig.1.12 Elra$#9rmadr

    ideal

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    B

    > 'ni(

    Bs

    XF

    Y

    t(

    iF't(

    $

    4

    i4

    B

    F

    iF

    B

    B

    F4

    i$L$

    4

    LdF

    4

    NF

    .1=

    V1

    /1=

    aV2

    /2

    a

    =a2V

    2

    /2=a2 .

    2(1.16)

    En el pri$ario se re]e0a la i$pedanciadel secundario! $ultiplicada por elcuadrado de la relacin detrans2or$acin3 El trans2or$ador le$odi1ca a la 2uente la i$pedancia de lacarga! dependiendo de la relacin detrans2or$acin3

    1.;.2.; (ATERIAL (A)N>TICO REAL

    El $aterial $agn%tico real ' 2inito( secaracteri#a por la cur*a B.> 'lnea

    $edia de la cur*a de =ist%resis(3B esproporcional al *olta0e inducido & > aI$

    )=0 (

    0 %(1.17)

    ! pendiente de la cur*a ! es *ariable3

    La cur*a se lineali#a 'lnea en ro0o( auna recta de pendiente pro$edia! &otra de pendiente nula para BBs3'1g3 434+(

    1.;.2.& TRANSFOR(ADOR DE PER(EA*ILIDAD FINITA

    Se $odela el trans2or$ador con$aterial $agn%tico real ' 2inito(! perosin p%rdidas de energa en el =ierro! 'seignoran corrientes par)sitas & el2en$eno de =ist%res( & conductorel%ctrico ideal3

    De 43;5 1=finitoR" finito2 $d 30

    i"=!

    1i1!2 i2!1

    (1.18)

    v1

    4=L"di"

    dt i"=

    1

    L" v14 dt(1.19)

    ??

    Fig.1.12 Elra$#9rmadr

    ideal

    b' Tra$#9rmai5$ deim8eda$ia#

    Fig. 1.1,. C"r7a de

    mag$eiai5$.

    Fig. 1.1; Fl"4# $ G$i.

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    X4

    Y

    Zd4

    ZdF

    4 F

    Ld4

    LdF

    N4 NF

    RF

    R4

    CFC44

    CaGF

    CaGF

    ag4CAR8A

    4FR

    RpFL$ag4

    F 4 F (F+ ( / 4 F/

    4 F

    R

    Rp4 C

    v14

    = !

    1A

    d(

    dt

    0

    (s

    d(=

    1

    !10

    5

    2

    v1

    4dt(1.19a)

    Si los *oltio.segundo ' 0

    5

    2

    v1

    dt ( "ue se

    aplican al pri$ario! durante $edio ciclosobrepasan un l$ite! B se incre$enta=asta alcan#ar la saturacin 'condicinde corto circuito(

    Si L" ,0i" , +(1.20)

    1.;.2. TRANSFOR(ADOR DE PULSOS 1

    Se utili#a para aislar el%ctrica$enteel circuito de control! del circuito depotencia de un con*ertidor de E3P38eneral$ente el nQ$ero de espirasdel pri$ario! es igual al delsecundario3La 2uncin del trans2or$ador es la

    de trans$itir el pulso de control! &con*ertirlo en un pulso de disparopara el tiristor3

    El *olta0e aplicado al trans2or$adordurante el tie$po "ue dure la se9alde control! debe satis2acer laecuacin 43F4! para "ue el nQcleo nose sature

    1

    !1A0

    t

    v1dt 6 (sat(1.21)

    Al aplicar el pulso! el trans2or$adorse co$porta de acuerdo al circuitoe"ui*alente para alta 2recuencia

    ?6

    Fig. 1.1& (delir":al $ G 9i$i.

    a' Cir"i e!"i7ale$e.

    b' Cir"i e!"i7ale$e a *F.

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    *3dt 4;;

    4; s@; s

    *3dt 4;; *3sF*

    t

    F*

    TOROIDAL EHE

    EHI

    UHU

    *L't(

    An

    Nl$

    '>-(! & pasado el perodo transitorio!la salida del trans2or$adorcorresponde al circuito e"ui*alentede ba0a 2recuencia 'B-(C4 & CF son capacitancias propias de

    cada bobinado! & Ca es lacapacitancia interde*anado3 Estospar)$etros inter*ienen en el $odelode alta 2recuencia

    1.;., EL INDUCTOR

    1.;.,.1 ASPECTOS CONSTRUCTIOS Y OPERACIONALES

    Un inductor es un circuito el%ctrico'bobina( arrollado sobre un nQcleo$agn%tico! de l)$inas de acero alsilicio 'ba0a 2recuencia(! o 2errita 'alta

    2recuencia(3 Los nQcleos pueden serde di2erente 2or$a toroidal! E.E! EI!C! etc3

    Aplicando la le& de A$pere alinductor toroidal '1g3 4347(3

    $

    "

    % & d$=s

    ' & ds

    % $"==(

    )$"(1.22)

    De1nicin

    L=

    i=

    !( An

    i =

    !2An)

    $"(1.23)

    )=f( ( ), L=f(i)

    Le& de -arada&

    vL (t)=d

    dt=!A

    d(

    dt=L

    di

    dt(1.24)

    ?@

    ' Cir"i e!"i7ale$e a F.

    Fig. 1.1 Tra$#9rmadr de 8"l##

    d' Frma# de $da

    Fig. 1.1= NJle#mag$6i#

    R

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    15/58

    *L't(

    An

    N

    l$

    *L't(

    An

    N

    l$ t

    *'t( Tt

    ^'t( T

    ^$a$in

    L se opone a los ca$bios te$poralesde corriente 'inerciaelectro$agn%tica(3

    Si ( , (s(sat),d(

    dt=0, VL=0

    La saturacin del nQcleo $agn%ticoe"ui*ale a cortocircuitar el inductor

    1.;.,.2 CO(PORTA(IENTO DEL INDUCTOR

    1.;.,.2.1 EKCITACIN SINUSOIDAL

    i (t)=/" sen (wt)

    (=(" sen ( wt)

    vL=! A nd(

    dt=w! An (" cos (wt)

    VL=4.44 f! An (" ; (" 6 (s(1.25)

    La relacinVL

    f debe

    per$anecer constante! parai$pedir saturacin

    1.;.,.2.2 EKCITACIN ALTERNA CUADRADA

    v (t)=V0

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    B

    >

    )rea

    0 =2"a9

    "a9=! An ("a9

    vL 2! A n ("a9

    5

    2

    =v (t)=V

    VL=4! An f ( "a9(1.26)

    1.;.,., P>RDIDAS DE POTENCIA EN CO(PONENTES(A)N>TICOS

    P>RDIDAS POR IST>RESISSe genera por el proceso de in*ersinno el)stico! de los dipolos $agn%ticos!al in*ertirse >3

    disipada por ciclo '*olu$en delnQcleo(')rea del la#o de =ist%resis(

    :=

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    g

    r)sita

    .

    X ..

    .

    .XX

    X

    XX

    .

    .

    .

    ...XX

    XX

    X

    XX X

    Rcu

    Rn

    i

    h

    h

    h

    h h

    conductor3 La resistencia *ara con la2recuencia 'e2ecto piel( debido a lainductancia interna de los =iloscentrales del conductor3 La corriente seconcentra en la peri2eria del conductor!

    al au$entar la 2recuencia31.;.,.; (ODELO CIRCUITAL DEL INDUCTOR

    Rcu $odela las p%rdidas en el cobre'E2ecto :oule(3Rn $odela las p%rdidas en el nQcleo$agn%tico! debido al 2en$eno de=ist%resis & corriente par)sita32 ' B$! 2recuencia(L $odela el al$acena$iento deenerga en el ca$po $agn%tico3

    L 2 'geo$etra! i(1.;.,.& CLCULO DE LA INDUCTANCIA SIN ENTREIERRO

    Wa=Lw%w=!Ac*

    )rea de la *entana

    An )rea seccional del

    nQcleo 2erro$agn%tico

    aAn )rea producto delnQcleo

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    >

    L

    An

    h

    A iA

    i

    AA

    /T4/TF

    ig

    i

    B

    B

    i

    /T4./TF

    i

    AA

    8

    La ec3 43F5 a( establece unre"ueri$iento geo$%trico & la 43F5 b(un re"ueri$iento electro$agn%tico3

    1.& DISPOSITIOS SE(ICONDUCTORES IDEALES

    1.&.1 DIODOS TIRISTORES

    DISPOHSITIOS

    S-(*OLO CARACTER-SHTICAS 7HiIDEAL

    CONDICIONESOPERATIAS CO(O

    INTERRUPTOR

    DIODOvA0i>0 Son

    vA0

    vA0i>0 i@>0 i>0Son

    i@0 Son

    vA0i>

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    hh h

    A

    8

    i

    A

    iB

    C

    E

    iC

    B

    iC

    CE

    D

    S

    iD

    8

    iD

    DS

    C

    E

    iC

    8

    iC

    CE

    /CT vA0i>

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    D

    S

    iD8

    iD

    DS

    I8I

    S

    I

    R

    s

    t

    R

    R

    RX

    .

    X

    .

    b

    be t

    t4T

    t

    R

    t4 T

    CON/UTACIMN DEL TRANSISTOR

    CON/UTACIMN DEL /OS-ET! I8BT

    gs

    t

    t4

    T

    Ot

    s

    t4 T

    SIT v>S>0i>0 Son

    v>S60 i=0Soff

    1.&., CARACTER-STICAS DE CONTROL DE LOSSE(ICONDUCTORES

    DE POTENCIA 1;

    6F

    Tabla 1.02 S:mbl Caraer:#ia 7Hi ideal dera$#i#re#

    Tabla 1.0, Caraer:#ia de $rl de di#8#ii7##emi$d"re#.

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    8

    DS

    X

    .

    soX

    .

    8

    R

    C

    E

    XC.

    XR.

    *c

    s;3@+s

    RC

    t

    i

    I$;3+@I$

    RC

    t

    1. CIRCUITOS EKCITADOS POR FUENTES CONTINUAS

    1..1 CIRCUITO RC

    E=Vs=iR+ 1C idt+VC(t=0)

    i=VsR

    et

    RC(1.31)

    VR=Vs et

    RC

    Vc=Vs (1et

    RC

    )(1.32)

    De1nicin B=RC= contante de

    tie$po

    Vc=Vs(1et

    B )

    Para t B ! *c ;3@+Fs

    i=VsR

    et

    B /"=VsR

    En t;X el capacitor se co$porta co$oun corto circuito3

    Parat=B 8 i=0,368/"

    t=5 B 8 i=7103

    /"

    Se considera t=5B ! el 1n del procesotransitorio

    6+

    a' Cir"i.

    b' Frma de $da de 7.

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    H

    X

    H

    X

    X

    H

    i R

    L

    R

    L

    sE

    t;

    S

    a' Cir"i

    i

    I$

    ;3@+FI$

    j

    t

    b' Frma de $da de i

    *L

    s;3+@7s

    j

    t

    ' Frma de $da de L

    7L

    En t=5B ! el capacitor se co$portaco$o un circuito abierto

    1..2 CIRCUITO RHL

    E=Vs=iR+Ldi

    dt+i(t=0)

    Si i (t=0 )=0

    i=VsR

    (1eR

    Lt ) '43++(

    VR=Vs(1eR

    Lt )

    VL=Vs eRL

    t

    (1.34 )

    De1nicin B=L

    R 'Constante de

    tie$po(

    Para t=B

    i=/"(1et

    B )=0,632/"

    /"=Vs

    R

    En t;X el inductor se co$porta co$o

    circuito abierto3

    VL=VS etB

    Para t=B 8 VL=0,368Vs

    6?

    ' Frma de $da de i

    Fig. 1.2 Cir"i RC.

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    a' Cir"i

    X

    H

    X

    X

    H

    i *L

    *c

    *s

    t;

    S

    ikt

    b' Frma de $da de i

    kt

    c

    Fss

    GF

    ' Frma de $da de 7

    t=5 B 8 VL=7103

    Vs

    Se considera t=5 B el 1n del procesotransitorio3 El inductor se co$portaco$o un corto circuito3

    1.., CIRCUITO LC

    E=Vs=Ldi

    dt+1

    C i dt+Vc( t=0 )

    i (t=0 )=0

    Vc (t=0 )=0

    El circuito oscila con una 2recuenciaangular de

    w0=

    1

    LC

    Se trans1ere la energa del ca$po$agn%tico del inductor a la delcapacitor & *ice*ersa

    i=Vs CLsin w0t(1.35)

    VL=Vscos w0 t(1.36)

    VC=VS (1cosw0 t)(1.37)

    66

    Fig. 1.2= Cir"iRL

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    24/58

    . L X

    S

    t;

    . C X

    *c

    i

    *L

    co

    .co

    I$

    En t=DLC

    2 ! se in*ierte el

    *olta0e en el inductor! & el *olta0e en elcapacitor el a su$a del *olta0e de la2uente! $)s el del inductor3

    1..; CIRCUITO LC DE FUNCIONA(IENTO LI*RE

    VL+Vc=0

    Ldi

    dt+1

    c idt=0

    VC(t=0 )=VC0

    0=Ls/(s)+ 1

    sC/s+

    VC0

    s

    /s= vC0

    L(s2+ 1LC)w

    0

    2= 1

    LC

    o -recuencia angular deoscilacin

    i (t)=VC0CLsin w0t(1.38)

    6@

    Fig. 1.2?Cir"i LC.

    a'Cir"i.

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    25/58

    aS

    bi

    a S bi

    aS

    bi

    a S bi

    a S bD

    TC

    /"=VC

    0 CL

    i (t)=/" sin(w0t)

    VC=VL=VC0

    cosw0t(1.39)

    Este circuito se utili#aba para elapagado 2or#ado de los SCR!cuando se utili#aban en circuitos decorriente continua3

    1.= (ODELA(IENTO DE INTERRUPTORES

    1.=.1 CARACTER-STICAS DE UN INTERRUPTOR IDEAL

    Sabierto i ; para cual"uier *ab(3

    Scerrado '*ab ; para cual"uier i(3

    El ca$bio de estado es instant)neo

    1.=.2 CARACTER-STICAS DE UN INTERRUPTOR REAL

    S abierto i $u& pe"ue9o paraVa# 6 Vno"

    S cerrado! Va# pe"ue9o para/ 6 /no"

    Los interruptores se caracteri#an por*alores no$inales de *olta0e &corriente! "ue no se puedensobrepasar3 El ca$bio de estado no esinstant)neo3 Los se$iconductores de

    potencia se co$portan en un SEPco$o interruptores reales3

    1.=., CARACTER-STICAS DE UN INTERRUPTOR EN CON(UTACIN

    El interruptor con$uta a una

    2recuencia '2c( fc=1/5c (1.40)

    6

    b' Frma de $da de i7 7L

    Fig. 1.2@ Cir"i LC#ila$e.

    Fig. 1.,0 I$err"8rideal.

    Fig. 1.,1 I$err"8rreal.

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    26/58

    *RmE

    X

    H

    Tc*R

    S

    R

    SD

    TCC

    XcY

    SDTCIC

    XcY

    cTc FTc

    Se de1ne relacin de traba0o 'D(3

    =ton

    5c(1.41)

    ton tie$po "ue dura S cerradotoff=(1 ) 5c (1.42)

    to tie$po "ue dura S abierto3

    1.? CIRCUITOS CON(UTADOS CON EKCITACIN CONSTANTE

    1.?.1 CIRCUITO RESISTIO

    vR= olt a0e $edio en el resistor

    vR=1

    5c0

    5c

    VR dt

    vR=E(1.43)

    1.?.2 CIRCUITO CAPACITIO

    Al cerrar S vc=1

    C idt= /

    Ct(1.44)

    Al abrir S! desaparece el ca$ino

    para la corriente! & el *olta0e de la2uente tiende a in1nito3

    Se debe $odi1car el circuito!adicionando un resistor en paraleloa la 2uente de corriente3

    67

    Fig. 1.,2.I$err"8r

    $m"ad

    D

    Fig. 1.,, Cir"ire#i#i7

    a' Cir"i $8erai7.

    b' Cir"imdiad

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    27/58

    SD

    TC

    LXLY

    iL

    SDTC

    L

    iL

    D

    iL

    DTc Tc FTcEl *olta0e en el capacitor no esperidico! sino "ue creceinde1nida$ente3

    1.?., CIRCUITO INDUCTIO

    Al cerrar S+

    t=0

    vL=L

    di

    dt=E

    Si

    t=0

    i

    i=E

    Lt(1.45)

    Al abrir S en t t4

    t=t

    1

    +

    t=t1

    i

    La corriente desaparece sQbita$ente

    di

    dt, + vL ,+ (1.46)

    El circuito '1g343+6a( no es operati*o'colapsa el aisla$iento(

    Se adiciona en antiparalelo con elinductor! un diodo 'diodo de rueda libre(para "ue la corriente sea una 2uncincontinua 'diGdt es de *alor 1nito(3Eldiodo pro*ee un ca$ino para lacorriente! cuando se abre el interruptor3

    65

    Fig. 1.,; Cir"ia8aii7.

    a' Cir"i $ 8erai7

    Fig. 1.,& Cir"ii$d"i7

    b' Cir"imdiad

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    28/58

    X

    d

    X

    X

    H

    R

    L

    R

    L

    IL

    E

    Tc

    D

    S

    *d

    iLm

    t

    i

    DTc Tc FTc

    iL

    La corriente en el inductor creceinde1nida$ente al au$entar el tie$po3Este co$porta$iento no ocurre en larealidad! por la resistencia del inductor3

    1.?.; CIRCUITO R L

    El diodo de rueda libre pro*eecontinuidad en la corriente al abrir S3 Enr%gi$en per$anente la con$utacinperidica del interruptor! =ace "ue las*ariables corriente & *olta0e sean

    peridicas iL (t)=iL (t+5)

    t

    t+5

    vL dt=Lt

    t+5

    d iL=5

    L vL=0(1.47)

    El *olta0e pro$edio del inductor enr%gi$en per$anente es nulo3 Aplicando irc==o para *olta0espro$edios

    vd=E=vL+vR= iLR

    iL=E

    R (1.48)

    Para 06t 6 5 c

    L

    0 iL

    0 t E iLR; 0t= 5c

    0 iLE (1 ) 5c

    L (1.49)

    @;

    ' Frma de $da

    de iLFig. 1.,& Cir"ii$d"i7

    a'Cir"i

    b' Frma# de

    $da

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    29/58

    D

    X

    .RF*c

    X

    .

    *dC

    Tc

    IR4

    S

    id

    ic

    CcDTc

    cD(Tc

    Para 5c 6 t 6 5 c

    L0 iL

    0 t iLR ; 0 t=(1)5c

    0 iL=E 5c (1)

    L (1.50)

    1.?.& CIRCUITO RC

    La con$utacin del interruptor =ace"ue las *ariables de corriente & *olta0esean peridicas! con perodo igual al de

    con$utacin vc(t)=vc (t+5)

    ic=Cd vc /dt

    t

    t+5

    ic dt=Cv

    c(t)

    vc(t+5)

    d vc=5iC =0(1.51)

    La corriente pro$edia en un

    capacitor en r%gi$en per$anente esnula3 Aplicando irc==o decorrientes! para *alores pro$edios

    id=ic+ iR2=/

    vd=vc= iR2 R2=/ R2

    Para06t 6 5 c

    C0 vc

    0 t=/

    vd

    R2

    @4

    Fig. 1., Cir"i R

    L

    a' Cir"i

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    30/58

    t

    $;

    T

    *$

    t

    0 v c=/(1 ) 5c

    C (1.52)

    5c 6 t 6 5 c ;C0 vc

    0 t=iR2

    0 vc= 5c (1 )/

    C (1.53)

    1.@ CARACTER-STICAS DE [email protected] SEALES PERIDICAS *IPOLARES

    Se de1ne por perodo de una se9alperidica! al inter*alo de tie$po en elcual la *ariable ad"uiere el $is$o *alor3

    v (t)=v (t+5)(1.54)

    T perodo

    La se9al bipolar es positi*a & negati*adentro del perodo3

    Se de1ne *alor $edio de la se9al a

    v=1

    50

    5

    vdt(1.55)

    Si la se9al es si$%trica con respecto ale0e de las abscisas! el *alor $edio es

    nulo3Se de1ne *alor e1ca# o r3$3s3 a

    Ve= 1505

    v2

    dt(1.56)

    @F

    b' Frma# de $da e$r6gime$ 8erma$e$e

    Fig. 1.,= Cir"i R C

    $m"ad

    a' Seal aler$a"adrada

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    31/58

    im

    i

    i$)

    t

    T

    A

    El *alor e1ca# se asocia a latrans2erencia de energa en elcircuito

    Para la se9al alterna cuadrada

    Ve=V(1.57)

    Para la se9al sinusoidal

    Ve=V"

    2(1.57 #)

    [email protected] SEAL PERIDICA UNIPOLAR

    i=1

    50

    5

    i ( dt) 30

    El *alor $edio se asociacontrans2erencia de carga3

    Si i=i+i4 (t)(1.58)

    iCo$ponente alterna de i sobre

    im3-actor de ri#ado

    r= /e

    4

    i(1.59)

    -actor de 2or$a

    f= /e

    i(1.60)

    La $odulacin del anc=o de pulso'P/(! se re1ere al control del *alorpro$edio local de una *ariablecon$utada3

    @+

    b' Seal#i$"#idal

    Fig. 1.,? Seal 8eri5dia

    bi8lar

    Fig. 1.,@ Seal 8eri5dia"$i8lar

    1.@., SEAL PERIDICAPQ(

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    32/58

    H

    X

    H

    X

    X

    H

    is R

    L

    R

    L

    sE

    S

    a' Cir"i

    .

    X

    s t

    $

    is

    33333

    333333333333

    I$

    b' Frma# de $dag. 1.;1 Cir"i RL $iai5$ #i$"#idal

    vA=1

    5c

    t5c

    t

    vA( B)dB(1.61)

    Duracin del pulso dTc

    Para la 1g3 43?;! d *ara de acuerdo auna le& sinusoidal

    En los con*ertidores con$utados aalta 2recuencia de E3P3 las *ariablespresentan co$ponentes de A-debido a la con$utacin! & de B-debido a los ca$bios de la carga ode la 2uente

    1.10 CIRCUITOS CON EKCITACIN SINUSOIDAL Y CAR)A LINEAL

    1.10.1 CIRCUITO RHL

    RE)I(EN TRANSITORIO

    v s=V" sin(wt)=iR+Ldi

    dt

    Si i (t=0 )=/0

    is=(/0+V". sin-)eRt

    L +V"

    . sin ( wt- )(1.62)

    .=(wL)2+R2 F -=tan1( wLR)(1.63)

    RE)I(EN PER(ANENTE

    is=/" sin(wt )

    (1cos2wt)

    p (t)=vs is=V"/"

    2cos

    @?

    Fig. 1.;0 Seal 8eri5diaPQ(

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    33/58

    EI

    ERe

    Ie

    ZEI

    ER

    L

    S

    P

    V"/"

    2sin (-)sin (2wt)(1.64)

    Se de1ne potencia acti*a o real ala potencia pro$edio consu$ida enel circuito

    p=1

    50

    5

    p (t)=Ve/ecos (1.65)

    pm se asocia al ]u0o neto deenerga! de a= su no$bre Potenciaacti*a

    1.10 CIRCUITOS CON EKCITACIN SINUSOIDALY CAR)A LINEAL

    1.10.1 CIRCUITO RHL

    La potencia reacti*a "'t( se epresa por

    q (t)=Ve/esin sin 2wt(1.66)

    q( t)> ; 'No aporta a la trans2erencia deenerga3(3

    La de$anda de "'t( se asocia a la generacinde ca$pos electro$agn%ticos

    is=/" sin(wt)

    i"a@

    {/

    "eG

    eGwt

    }

    /s=/" ( eG)( fasor )(1.67)

    La corriente atrasa al *olta0e3

    @6

    'Diagrama

    9a#rial

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    X

    H

    R

    L

    *s

    X.

    s iL ic

    IC

    S

    IS

    Z iL

    El diagra$a 2asorial del circuito '1g343?4 c($uestra la posicin relati*a de la corrienteen el circuito! en relacin con el *olta0e en unplano co$ple0oSe de1ne potencia aparente'S(

    S=:+G QL=Ve/ecos+G Ve/e sin

    S=Vs/s (1.68 )

    p=:

    S=cos (1.69)

    p 2actor de potencia

    1.10.2 CIRCUITO R H L H CRE8I/EN PER/ANENTE

    v s=V" sinwt

    iLR+Ld iL

    dt=

    1

    Cic dt

    1.70

    is=iL+ic

    is=V"

    . sin (wt)

    .=(R+' XL) XC;=tan1XLXC

    R (1.71)

    Los re"ueri$ientos de potencia reacti*adel capacitor & del inductor son opuestosen el tie$po 'contra2ase(3El inductorretorna potencia reacti*a a la 2uente!cuando el capacitor la solicita3

    @@

    d' Tri3$g"l de8e$ia#

    Fig. 1.;1 Cir"iRL e

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    Carga noLinealX*i

    Y

    ii*i

    t

    t

    ii

    tan=(QLQC)

    : (1.72)

    1.73

    cos=

    :

    :2+(QL

    2QC2 )

    Los re"ueri$ientos de potencia reacti*ade una carga R.L! asociados a lageneracin del ca$po $agn%tico 'B(! sepueden pro*eer $ediante los reacti*osde$andados por un capacitor! asociados ala generacin del ca$po el%ctrico 'E(3 EnE3P3 ocurren situaciones! en las cuales la

    de$anda de reacti*os! no est) asociada ala generacin de ca$pos el%ctricos o$agn%ticos3

    1.11 FLU/O DE POTENCIA EN REDES NO LINEALES Y EKCITACINNO SINUSOIDAL =

    v i=V0+n=1

    +

    A ncos (nwt)+(n sin(nwt)

    V0+

    n=1

    +

    Vn sin (nwt+- n )(1.74)

    -n=tan1 A n

    (n

    Vn=An2+(n

    2

    ii=/0+"=1

    +

    A"cos ("wt)+(n" sin("wt)

    /0+

    "=1

    +

    /" sin ("wt+H" )(1.75)

    @

    b' Diagrama 9a#rial

    d' Tri3$g"l de8e$ia#

    Fig. 1.;2 Cir"i R LC$ e

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

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    *s

    t

    *S

    iS

    Red no Lineal

    t

    is

    H"=tan1 A "

    ("; /"=A"

    2 +("2

    p=:i=1

    50

    5

    pdt=1

    50

    5

    vidt(1.76)

    0

    2D

    sin (n9 )sin ("9 )d9=0

    2D

    cos(n9 )cos ("9 ) d9=D "n

    0

    2D

    sin ("9 ) cos (n9 ) d9=0

    "n=

    {0"3 n

    1"=n

    :i=V0/0+V

    1/

    1

    2cos ( -1H1 )+

    V2/

    2

    2cos ( -2H2)+F(1.77)

    Sola$ente las co$ponentes de igual 2recuencia de la corriente & el*olta0e! contribu&en a la trans2erencia de energa3

    1.12 FACTOR DE POTENCIA Y DISTORSIN DE CIRCUITOS

    CON FUENTE SINUSOIDAL Y CAR)A NO LINEALEn una carga no lineal! si la ecitacin'*olta0e( es sinusoidal! la respuesta'corriente( no es sinusoidal! & si lapotencia de la carga es pe"ue9aco$parada con la 2uente! la distorsinde la corriente a2ecta $u& poco al*olta0e3v s=2Vsin (wt)

    is=n=0

    +

    2/n sin(nwt+-n)

    p=:=1

    50

    5

    vs is dt=V /1 cos-1

    @7

    Fig. 1.;, Frma# de$da de "$ ir"i $li$eal $ e

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    X*S

    Y

    iS

    -iltro deentrada-uente

    ie

    Con*ertidor

    :=p S=V /e/

    1

    /ecos-

    1=d- S(1.78)

    p=:

    s -actor de Potencia

    '437a(

    -=cos-1 -actor de des2asa$iento'437b(

    d=/

    1

    /e -actor de distorsin

    '437c(

    /e=n=1

    +

    /n2

    Corriente e1ca# de la 2uente

    '435(

    5% Distorsin de ar$nicos

    n=1 /

    n

    2

    /1

    2 (1.80)

    5%=/e

    2/12

    /12 =(

    /e

    /1)2

    1= 1

    d21(1.81)

    1.1, FILTROS1.1,.1 FILTRO DE ENTRADA

    La naturale#a de la carga & el $odode operacin del con*ertidor!distorsionan la corriente de entrada''ie( al con*ertidor T>D q ;( & asu *e# la "ue de$anda de la2uente3 Se originan ar$nicos decorriente! "ue generaninter2erencia electro$agn%tica &

    @5

    Fig. 1.;; Frma# de $da de "$ir"i $ li$eal e

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    iekt

    iskt

    Con*ertidor carga

    X

    *d YX

    cY

    -iltrode

    salida

    t

    c

    d

    ct

    N4F

    P4

    *dm

    *d

    $)

    t

    F

    una condicin de trans2erencia deenerga! indeseable para la2uente3El 1ltro de entrada ideal debeproducir una corriente en la 2uente

    'is( libre de ar$nicos 'T>D ;(!para e*itar la inter2erenciaelectro$agn%tica en los e"uiposad&acentes! & $e0orar latrans2erencia de energa!reduciendo elT>D & el 2actor de potencia

    El *olta0e de salida del con*ertidor'*d( presenta una 2or$a de ondacon un -r di2erente de cero3

    En algunos con*ertidores lacarga re"uiere un *olta0e continuo'-r;(! en otros un *olta0esinusoidal! & el 1ltro de salidaideal! debe trans2or$ar el *olta0ede salida del con*ertidor! al *olta0eideal re"uerido por la carga3 Losele$entos del 1ltro son inductores& capacitores3

    1.1; TOPOLO)-AS DE CIRCUITOS CONERTIDORES1.1;.1 CONERTIDOR CACD NO CONTROLADO CON CUATRO

    INTERRUPTORES

    Los interruptores P cierran cuando seinicia el se$iperodo positi*o! & los Ncon el se$iperodo negati*o3Los interruptores P & N sonco$ple$entarios 'DPXDN4( & 'DPDN(

    El *olta0e pro$edio en la carga es

    vd> 1

    0

    D

    V" sen ( wt) d (wt)

    D

    ;

    a' Diagrama debl!"e#

    b' Frma# de$da

    Fig. 1.;& a' Filr dee$rada

    1.1,.2 FILTRO DE SALIDA

    a' Diagrama debl!"e#

    b' Frma# de$da

    Fig. 1.;& b' Filr de #alidade "$ SEP.

    a Cir"i

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    P

    N

    N*dcd

    L

    X

    caX.*d

    nFnF

    N

    P

    a

    vd> 2V"

    D '437F(

    La serie de -ourier de d es

    vd 2V"

    D .

    4V"

    D

    n=2,4

    +1

    (n1)(n+1)cos (nwt)(1.83)

    El ar$nico do$inante es nF3Para $ini$i#ar %ste ar$nico se

    utili#a un-iltro LC3 La 2uncin de L es atraparlos ar$nicos de *olta0e & la 2uncinde C es ser*ir de deri*acin a losar$nicos de corriente! para$ini$i#ar el 2actor de ri#ado en lacargaEl c)lculo de L & C se =ar) en launidad III

    1.1; TOPOLO)-AS DE CIRCUITOS CONERTIDORES1.1;.2 CONERTIDOR CACD NO CONTROLADO CON DOS

    INTERRUPTORES Se re"uieren dos 2uentesconectadas en serie 'dosarrolla$ientos iguales delsecundario( & dos interruptores un P& un N '1g343?a(3Al iniciarse else$iperodo positi*o cierra P! & al

    iniciarse el se$iperodo negati*ocierra N3 Las 2uentes traba0analternada$ente3

    vca=V" sin(wt)

    4

    b' Frma de $da

    ' C$7eridr $ lr LC

    Fig. 1.; C$7eridr CACD$ $rlad.

    a Cir"i

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    *dm

    *d

    $)

    t

    F +

    *s

    N

    P

    Y

    X

    P

    i

    Sen 'kt(

    tFXX

    d

    vd=1

    D0

    D

    V"sin ( wt) dwt

    vd=2V"

    D

    (1.82)

    La serie de -ourier de vd es

    vd=2V"

    D

    4V"

    D

    n=2,4

    +1

    (n1)(n+1)cos(nwt)(1.83)

    Cada 2uente transporta corrientesola$ente durante un se$iperodo3 Laoperacin de este con*ertidor esid%ntica al con*ertidor "ue utili#a ?interruptores3

    En la pr)ctica las dos 2uentes en serie seobtienen con un trans2or$ador! cu&osecundario tiene una bobina conderi*acin inter$edia '1g343? a(

    1.1;., CONERTIDOR CACD CONTROLADO &

    Los interruptores P! cierran en t !despu%s de iniciado el se$iperodopositi*o! & los interruptores N cierranen t ' X 3(

    Los interruptores P & N sonco$ple$entarios 'Dp X Dn4(! &tienen id%ntica relacin de traba0o'Dp Dn(

    SiL

    R10

    D

    w, id /d

    F

    b' Frma de$da

    Fig. 1.;= C$7eridrCACD $ $rlad$ 2 i$err"8re#

    a' Cir"i

    N

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    41/58

    t

    i

    S+

    S?

    Y

    X

    S4

    SF

    i

    B

    .dc

    a

    [

    F[

    S4?SF+

    SF?+

    wt

    (wt) d ()V" sin

    vd=1

    D

    =

    D+=

    vd=2

    DV"cos=(1.84 )

    Para $enor a 5;W *des positi*o & laenerga ]u&e de CA a CD! en r%gi$enper$anente 'recti1cador(3 Para $enor a 47;W& $a&or a5;W! *des negati*o & la energa ]u&ede CD a CA en r%gi$en transitorio'In*ersor(! debido a la li$itadacapacidad de energa del inductor3La naturale#a alta$ente inducti*a dela carga ' wL>10DR ( distorsiona lacorriente de la 2uente alterna!trans2or$)ndola en una corrientealterna rectangular! lo "ue degrada el2actor de potencia de la 2uente

    Los interruptores deben tener

    capacidad para soportar *olta0ebipolar31.1;.; CONERTIDOR CDCA CON(UTACION *A/A FRECUENCIA &

    Si *a es de ba0a 2recuencia! losinterruptores con$utan a ba0a2recuencia3 Los interruptores debentener capacidad bidireccional decorriente3 '4376(

    Vac=

    22 D

    D

    Vdc2 d (wt)=Vdc

    12D

    El estado *a ; 'S4 & S+! o SF & S?cerrados( tiene una duracin de F[3

    +

    b' Frma de $da del7la4e de #alida.

    Id

    ' Frma de $da derrie$e e$ la 9"e$e.

    Fig. 1.;? C$7eridrCACD $rlad.

    a' Cir"i

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    42/58

    dc

    a4

    t

    a4

    ia44

    33333

    333333333333

    Ia4

    Frma# de $da

    S+

    S?

    Y

    X

    S4

    SF

    i

    B Si wL>10D se pueden ignorarlos ar$nicos de ia3

    ia=/a1sin ( wtH1) ; H1=tan1( wLR)

    /a1= Va1

    (wL)2+R2

    ; (1.86)

    Va1=2Vdc

    D

    D

    sin (wt) dwt(1.87)

    Va1=4Vdc

    D

    cos

    :=:=Va1/a1

    2cosH

    1 '4377(

    := 8Vd c

    2

    D2(wL)2+R2

    cos2

    cosH1

    H1 depende de la naturale#a de la

    carga3[ es la *ariable de control de la

    potencia

    1.1;.& CONERTIDOR CDCA CON (ODULACIN DEL ANCODE PULSO %PQ(' &

    Los interruptores S4& SFcon$utan aalta 2recuencia 'T( con una relacinde traba0o 'd( *ariable! segQn unale& sinusoidal3 S+ & S? con$utan aba0a 2recuencia3S4 2unciona con S?&SFcon S+

    ?

    b' la4e de#alida.

    Fig. 1.;@ C$7eridrCDCA $m"ad a ba4a

    9re"e$ia.

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    cd

    *d

    cd

    .cd

    S? onS4! SF $odulados

    S+onS4!SF $odulados

    t

    *d

    d't4(

    d'tF(

    t(t

    B

    .

    B

    t

    a

    cd

    .cd

    TF T +T F

    d (t)=

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    44/58

    H

    *T

    *st

    t

    ca

    ?cdG;

    F+

    X

    .

    L

    4

    X*sF

    4

    FX.

    sF.

    4F

    iF

    *4DTT

    t.iF

    is4t

    *4*sF

    t

    IF

    t

    b' Frma# de $da

    Fig. 1.&2 C$7eridrCDCD dire

    a' Cir"i

    F

    va=n=1,3,5

    4Vcd

    nD sin ( nwt)(1.91)

    vac=vaI( Gw )R

    Si w= 1

    LC=w

    0(resonancia),

    |Vac|Va1=4

    DVcd (1.92)

    Va1 A$plitud de la co$ponente

    2unda$ental3 El *olta0e en la carga es

    bastante sinusoidal3 ariando ! seregula la potencia entregada a la carga!pero se distorsiona el *olta0e3

    Esta topologa se utili#a con alta2recuencia de con$utacin! paraaplicacin en =ornos de induccin3

    1.1;.=.1 CONERTIDOR CDCD DIRECTO &

    D es la relacin de traba0o deS

    1

    & porser S2 co$ple$entario! su relacin de

    traba0o de es '4 D(3 Si la trans2erenciade energa es de 4 =acia F! se in1ere

    v1>0, i

    1>0 ; v

    2>0, i

    2

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    45/58

    X

    .

    4

    i4

    X

    .

    F

    *L

    *L

    L

    4

    F

    i4

    iFis4

    4

    F

    s44

    F

    isF

    CF

    *4

    *F

    tT

    Fig. 1.&, C$7eridr CDCD b"b#

    Cir"i

    V2

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    46/58

    C4

    X.

    *4

    X.

    *F

    X

    .

    X4

    Y

    CD

    CA

    N4NF

    CD

    CA

    XF

    Y

    N4NF

    *NFt

    t

    Si 'reductor(

    L atrapa los ar$nicos de *olta0e!para "ue no apare#can en el puerto

    de salida ' v2 (3

    C4 & CF 2or$an un b&pass'deri*acin( a las ar$nicas decorriente! para "ue no apare#can enel puerto de entrada3C4 contribu&e a reducir lai$pedancia del puerto 43

    El con*ertidor ca$bia de reductor aele*ador! *ariando la relacin detraba0o3

    1.1;.=., CONERTIDOR CDCD CON ENCADENA(IENTO CA

    Los con*ertidores de alta2recuencia de con$utacintienen un l$ite para el *olta0ede salida! debido al par)$etrode es2uer#os 'pico Ipico( delos se$iconductores3 Alsobrepasar estos *alores! sedestru&e el dispositi*o

    Para obtener relaciones altasentre el *olta0e de salida al deentrada! se utili#a3

    a(Un con*ertidor CDGCA3

    b(Un trans2or$ador paraca$biar el ni*el de *olta0e &aislar el%ctrica$ente la salidade la entrada3 La li$itacin del

    con*ertidor la deter$ina lacapacidad de aisla$iento deltrans2or$ador3

    c(Un con*ertidor CAGCD

    La des*enta0a es el $a&orcosto por duplicidad de

    7

    a' Diagrama de bl!"e#

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    47/58

    *d

    $

    X

    F

    SO--SON

    $

    $ sin 't(

    B

    S

    4 F

    X*d

    Y

    -p

    P

    N

    NP

    *S4 sen 4t

    F

    se$iconductores! 1ltros &siste$as de control3

    1.1;.? CONERTIDORES CACA1.1;.?.1 CONERTIDOR CACA CONTROLADOR CA 1

    El controlador CA es latopologa $)s si$ple delcon*ertidor CAGCA3 Se $odi1cael *olta0e e1ca# de C3A3 en lasalida! eli$inando peda#ossi$%tricos del se$iperodopositi*o & del negati*o del*olta0e de entrada '1g3 4366b(3

    vd=

    22D=

    D

    V"2 sin2 (wt) d (wt)

    vd=V"

    21

    D(D=+sin2 =

    2)(1.95)Para carga resisti*a

    p=:

    S=1=D+ 12Dsin 2=(1.96)

    ! el )ngulo de disparo! es un2actor operati*o3La 2recuencia del *olta0e desalida es la $is$a 2recuencia deentrada3 La potencia reacti*a"ue de$anda este siste$a! noest) asociada a la generacin deca$pos $agn%ticos3

    Las aplicaciones tpicas delcontrolador son para regular la

    lu# incandescente 'di$$er(! &para controlar la *elocidad depe"ue9os $otores uni*ersales3

    1.1;.?.2 CONERTIDOR CACA CICLOCONERTIDOR

    Utili#a una topologa id%ntica alcon*ertidor CAGCD3 Para "ue *Fsea positi*o! se cierran los

    5

    Fig. 1.&; C$7eridr CDCD$ e$ade$amie$ e$ CA.

    b' Frma# de $da

    a' Cir"i

    b' Frma de$da

    ' Far de8e$ia

    Fig. 1.&& C$rladrCA

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    48/58

    P N P N P N P N

    PN

    PN PN PN N

    *d

    *F

    *d

    ? 7

    4@

    4F

    *4

    *F

    .*4

    .*F

    N P N P N P N P N P N P N P N P

    CD

    CACD

    CAX

    4 sen 4tY

    C8

    Xcd

    Y

    X

    F sen FtY

    interruptores P cuando *4 espositi*o! & los interruptores Ncuando *4es negati*o3 El *olta0e*Fser) negati*o si se cierran losinterruptores P cuando *4 es

    negati*o & los N cuando *4 espositi*o3 Si los interruptores Pest)n sincroni#ados con el iniciodel se$iperodo positi*o! & los Ncon el inicio del se$iperodonegati*o ' ;(! la 2or$a deonda de *d se $uestra en la1g34366b3 Si se controla el)ngulo! al cual se cierran losinterruptores '( de acuerdo auna le& sinusoidal!

    vsen't(v! la 2or$a de onda de*dse $uestra en la 1g3 3436Fc3 El*alor pro$edio local resulta unasinusoidal

    Si el 1ltro cu$ple con2 D

    w2

    L

    R2D

    w1

    ! *Fes casi sinusoidal3

    1.1;.?., CONERTIDOR CACA CON ENCADENA(IENTO CD

    Utili#a un con*ertidor CAGCD & uncon*ertidor CDGCA encadenados enCD! por un capacitor o por unabatera3 Si el encadena$iento CDutili#a un capacitor F & F sondi2erentes de 4& 43

    S el con*ertidor se utili#a co$o*ariador de *elocidad de $otorespoli2)sicos de induccin! F & Fdeben ser *ariables & se debe

    7;

    b' Frma de $da $ 0

    a'ir"i

    ' Frma# de $da $ 7aria$d

    #i$"#idalme$e

    Fig. 1.& CilH$7eridr

    a' Diagrama de bl!"e#

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    49/58

    *cd

    CD

    *ent

    4

    T4GF

    *salidaF

    TFGF

    BB

    Xc Y

    XN Y N

    F

    LF

    iF4

    L4iN

    .IF

    *N4

    P'cerrado(

    P'abierto(

    *D

    iD

    ID

    D

    Y

    $antener constante la relacinFGF! para i$pedir la saturacin delcircuito $agn%tico del $otor! en elcaso "ue se utilice el control escalarpara la *ariacin de la *elocidad

    S el encadena$iento CD utili#a unabatera & si 4F! el con*ertidor sedeno$ina UPS 'siste$a de potenciano interru$pida(! & se utili#a paraali$entar las cargas crticas de unainstalacin el%ctrica! "ue re"uierende una con1abilidad de 4;;K! en lacontinuidad de la energa ')rea de"uir2anos de un =ospital! sala deco$putacin! etc(3

    1.1& I(PLE(ENTACIN DE UN INTERRUPTOR POR UNDISPOSITIO SE(ICONDUCTOR &

    El con*ertidor de electrnica depotencia se con2or$a por una $atri#de interruptores! "ue sei$ple$entan por dispositi*osse$iconductores de potencia La

    i$ple$entacin de un interruptorpor un dispositi*o se$iconductor! sereali#a de acuerdo al siguienteprocedi$iento

    a(Se de1nen para el interruptor lapolaridad del *olta0e 's( & lacorriente 'is(3

    b(Se deter$ina del circuito en dondese ubica el interruptor! el gr)1co

    c(*s is! de cada interruptor! deacuerdo al traba0o reali#ado porcada uno de ellos

    d(Se co$para el gr)1co *s is decada interruptor! con los gr)1cos *did! de los di2erentes dispositi*osse$iconductores disponibles3

    74

    b' Frma# de $da.Fig. 1.&= C$7eridr CACA

    $ e$ade$amie$ CD.

    a' Cir"i

    b' iN 7Ndel i$err"8r N

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    Para el caso del interruptor N! de uncon*ertidor CDGCD directo reductor!'1g34367 a( se $uestra el gr)1co iN*N del interruptor! & el gr)1co iD *Dde un diodo con polari#acin directa3

    Al co$pararlos se conclu&e! "ue elgr)1co iN *N corresponde al de undiodo con polari#acin in*ersa

    *I*LIO)RAF-A4( 8ualda :3A3 & otros ELECTRMNICA INDUSTRIAL3 TECNICAS DEPOTENCIA 3 Edicin 455F3 Editorial Al2a O$egaF( Segui S3!8i$eno -3 :3 & otros ELECTRMNICA DE POTENCIA-unda$entos B)sicos3 F;;? 3 Editorial Al2a O$ega

    +( Dean S3 B3 Straug=en A33POER SE/ICONDUCTOR CIRCUITS3 4563 Editorial :o=n ile&

    ?( :aiP3Agraal POER ELECTRONIC S,STE/S3 T=eor& and design3F;;4Editorial Prentice >all

    6( assaHian :38 Sc=lec=t /3- erg=ese 83C3 PRINCIPLES O- POERELECTRONICS3 4556 Editorial Addison. esle&

    @( rein P3T3 ELE/ENTS O- POER ELECTRONICS3 45573Editorial O2ordUni*ersit& Press3

    ( EricHson R33 /aHsi$o*ic D3 -UNDA/ENTALS O- POERELECTRONICS3F;;+ Editorial luer Acade$ic Publis=ers

    7( /o=an N3 Undeland T3/3Robbins 3P3 POER ELECTRONICS3 F;;+3Editorial :o=n ile& w sons Inc

    5( R383 >o2t'editor( SCR APPLICATONS >ANBOO 45?3 InternationalRecti1e3r4;(Lei*a L3-3/ANUAL DE INSTALACIONES ELxCTRICASDO/ICILIARIAS3F;;? Editada por Sc=neider Electric

    44( Ras=id /3 >3 POER ELECTRONICSCIRCUITS!DEICES!ANDAPPLICATIONS 455+3Editorial Prentice.>all4F( Ras=id /3>3'editor( POER ELECTRONIC >ANDBOO455+33rapids=are3co$G1leaG55F4F653septie$bre F? F;;7

    4+( INDIAN INSTITUTE O- TEC>NOLO8, POER ELECRONICpd233online2reebooHs3net3:ulio 4+ F;;7

    7F

    Fig. 1.&? Im8leme$ai5$del i$err"8r N e$ "$

    $7eridr CDCD direred"r.

    ' id 7dde "$ d:d $

    8lariai5$ direa

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    51/58

    4?( illia$s B3 POER ELECTRONICS DEICES DRIERS!APPLICATIONSAND PASSIE CO/PONENTS Editorial /c3 8ra.>ill3455F

    46( 3S=ep=erd!L3N3>ulle&!D3T33Liang 3POER ELECTRONICS AND

    /OTOR CONTROL 45563 Ca$bridge Uni*ersit& Press

    ACTIIDADES

    TEOR-A

    4( Describir la naturale#a & el propsito de la Electrnica de PotenciaF( Dibu0ar el diagra$a de blo"ues de un SEP! & eplicar la 2uncin decada blo"ue & enu$erar los ele$entos "ue lo con2or$an3+( yPor "u% se nor$ali#an los *alores e1caces de los *olta0es en lasredes de ser*icioz yCu)l es el criterio para utili#ar estos *olta0esz?( Dibu0ar e interpretar los circuitos e"ui*alentes en $odo acti*o &pasi*o de la batera )cido.plo$o6( Dibu0ar & anali#ar la conein de un aerogenerador a la red deser*icio el%ctrico3

    @yu% es un panel solarz yC$o se conecta un siste$a 2oto*oltaico conla red de ser*icio el%ctricoz( yC$o se de1ne un capacitor idealz yCu)les son las di2erencias con elcapacitor realz7( Dibu0ar e interpretar el circuito e"ui*alente general del capacitor real& deducir a partir de este circuito el e"ui*alente serie3 Proponer unprocedi$iento eperi$ental para deter$inar el circuito e"ui*alente!5( yu% es el )ngulo de p%rdidas de un capacitorz yC$o se de1nez

    7+

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    4;( Describir aspectos constructi*os! caractersticas & aplicaciones delos capacitores de a( Electrolticos3 b( Pl)stico3 c( Cer)$ica344( yCu)les son los ]u0os $agn%ticos "ue se originan en untrans2or$adorz y Por "u% se originanz yu% representanz4F( yu% se entiende por corriente de $agneti#acin de un

    trans2or$adorz yC$o se de1nezyu% representaz4+( Escribir para el pri$ario & el secundario de un trans2or$ador! lasecuaciones "ue describen su co$porta$iento desde la teora circuital4?( Dibu0ar e interpretar el $odelo circuital del trans2or$ador ideal346( yu% se entiende por acopla$iento de i$pedanciasz4@( Dibu0ar e interpretar la cur*a de $agneti#acin de un $aterial$agn%tico real3

    ACTIIDADESTEOR-A

    4( Dibu0ar e interpretar el $odelo circuital de un trans2or$ador! con

    per$eabilidad 1nita si se ignoran las resistencias3 Proponer unprocedi$iento eperi$ental para deter$inar el circuito e"ui*alente47( yu% situacin conduce a la saturacin del trans2or$adorz yCu)lesson las consecuenciasz45( Interpretar la 2or$a de onda del *olta0e en el secundario de untrans2or$ador de pulsos! utili#ando el circuito e"ui*alente deltrans2or$ador de pulsos3F;( Deducir el *alor de la inductancia de un toroide3F4( Deducir la cada de *olta0e en inductor ecitado por a( Un *olta0ealterno sinusoidal b( Un *olta0e alterno cuadradoFF( De1nir para un co$ponente $agn%tico a( P%rdidas por =ist%resis b(

    P%rdidas por corrientes par)sitas! c( P%rdidas en el cobre3F+( Para cada una de las p%rdidas anteriores! se pide deter$inar los2actores "ue las deter$inan! e indicar las soluciones "ue puedena$inorarlas3F+( Dibu0ar e interpretar el $odelo circuital de un inductor real3 Proponerun procedi$iento eperi$ental! para deter$inar el circuito e"ui*alentedel inductor real3F?( De$ostrar "ue el )rea.producto de un nQcleo! es directa$enteproporcional a la inductancia del inductor construido sobre ese nQcleo3F6( Dibu0ar e interpretar la caracterstica *.i de los siguientesse$iconductores de potencia SCR! TRIAC! 8TO! /CT! I8BT! /OS-ET

    canal n B:T pnp3F@( Dibu0ar e interpretar la caracterstica de control de los siguientesse$iconductores SCR! 8TO! /CT! I8BTF(yCu)les son las di2erencias entre el interruptor real & el idealzF7( yC$o se caracteri#a a un interruptor con$utablez+;( De$ostrar "ue en un circuito con$utado! el *alor pro$edio del*olta0e en un inductor & el *alor pro$edio de la corriente en uncapacitor! son nulos3

    7?

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    ACTIIDADESTEOR-A

    +4( Para el circuito R. L con$utado '1g3 43+@a(! se pide de$ostrar "ue la

    *ariacin de corriente en la carga! es $enor al au$entar la 2recuenciade con$utacin3+F( Para 2or$as de onda peridicas se pidea(De1nir 4(Perodo F(olta0e e1ca# +(olta0e pro$edio ?(-actor deri#o 6(-actor de 2or$a @(alor pro$edio local de una *ariablecon$utada P/ b(Indicar una aplicacin para cada uno de losconceptos de1nidos en a(3c(yCu)l es la relacin entre el 2actor de 2or$a& el 2actor de ri#adoz++( De$ostrar "ue en un circuito R.L con 2uente alterna sinusoidal! lapotencia reacti*a no trans1ere energa3+?( yPor "u% es posible co$pensar los re"ueri$ientos de potencia

    reacti*a de un inductor! con los re"ueri$ientos de potencia reacti*a deun capacitorz+6( Deducir paso a paso! la ecuacin 433+@( De1nir para un SEP los siguientes conceptos a( -actor de potenciab(-actor de distorsin c(Distorsin total de ar$nicas3+( Deducir la relacin entre el T>D & d de un circuito3+7( yPor "u% en un SEP se deben instalar 1ltros a la entrada & salida delcon*ertidorz yCu)l es la 2uncin de estos 1ltrosz+5( Para el con*ertidor CAGCD no controlado de ? interruptores! se pidea( :usti1car "ue los interruptores se pueden i$ple$entar por diodos3 b(Deter$inar el 2actor de ri#o & de 2or$a! del *olta0e de salida3

    ?;( Para el con*ertidor CAGCD no controlado de F interruptores '1g3 43?a( se pide deter$inar a( el 2actor de potencia de la 2uente b(yC$o sepuede i$ple$entar las F 2uentes utili#ando un trans2or$adorz?4( Para el con*ertidor CAGCD controlado '1g3 43?7 a( se pide a(Describir la operacin3 b( Deter$inar los se$iconductores "ue puedeni$ple$entar los interruptores3 c( yPor "u% el circuito 2unciona co$oin*ersor durante un tie$po li$itadoz yu% se debera =acer para "uetraba0e en r%gi$en per$anentez

    ACTIIDADESTEOR-A

    ?F( Para el con*ertidor CDGCA con$utado a ba0a 2recuencia '1g3 43?5a(se pide a( Describir la operacin3 b( Deter$inar los se$iconductores"ue pueden i$ple$entar los interruptores! c( Deducir & anali#ar laepresin para la potencia tras2erida por el con*ertidor?+( Para el con*ertidor CDGCA P/ '1g3 436;a( se pide a( Describir laoperacin3 b( yC$o se puede *ariar la $agnitud del *olta0e de alternaz

    76

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    54/58

    R

    4't(

    Nl$

    ??( >acer un an)lisis co$parati*o entre el con*ertidor CDGCA! P/ & elde ba0a 2recuencia de con$utacin3?6( Para el con*ertidor CDGCA resonante '1g3 4364a( se pide a(Describir la operacin3 b( Deducir los se$iconductores "ue puedeni$ple$entar los interruptores3 c( yCu)l es el orden de las 2recuencias a

    utili#arz yPor "u%z?@( Para el con*ertidor CDGCD directo '1g3 436F a( se pide a( Deducir larelacin entre el *olta0e de salida & el de entrada3 b( Deducir losse$iconductores "ue pueden i$ple$entar a los interruptores3?( Para el con*ertidor CDGCD indirecto '1g3 436+ a( se pide a( Indicar lara#n para la deno$inacin de indirecto3 b( Deducir la relacin *olta0ede salida al *olta0e de entrada3 c( Deter$inar los se$iconductores "uepueden i$ple$entar a los interruptores3?7( yCu)l es la 2recuencia utili#ada en el con*ertidor CDGCD conencadena$iento CA '1g3436? a(z yPor "u%z?5( Para el con*ertidor CAGCA tipo controlador CA '1g3 4366 a( se pide a(

    Deducir el se$iconductor "ue puede i$ple$entar al interruptor3 b(Deter$inar la potencia reacti*a del con*ertidorz c(yC$o es posibleeplicar "ue si la carga es resisti*a! eista una potencia reacti*az6;( Para el con*ertidor CAGCA ciclo.con*ertidor '1g3 436@a( se pide a(Describir la operacin b( Deducir "ue tipo de se$iconductor se puedeutili#ar co$o interruptor364 yEn "u% casos se utili#a un con*ertidor CAGCA con encadena$ientoen CDzPRO*LE(AS

    1 Se requiere de un inductor de las siguientes

    caractersticas :L6;$> 25H=# F;r$s3 'ecitacinsinusoidal(Se propone para construir este inductorun nQcleo toroidal! de $aterialpul*eri#ado an)logo al $ol&.per$allo& de/A8NETICS de per$eabilidad relati*a de4F6! & densidad de ca$po $agn%tico$)i$a 'B$a( de ;346 T & con lasiguiente geo$etraDi)$etro eteriorF@35 $$3

    Di)$etro interno4434$$3Espesor;3?$$3rea seccional rectangular3El bobinado se constru&e con un 2actorde utili#acin de ;3? & se selecciona unadensidad de corriente para el ala$bre$agneto de 6;; AG'c$(F3Se pregunta

    7@Prblema 1

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    55/58

    XFY

    4't(

    iF't(

    Z$

    a( ySir*e el nQcleo propuesto pararesol*er el proble$azb( yCu)l es el calibre del conductor autili#ar en el bobinadoz

    c( yCu)ntas espiras debe tener la bobinazd( ySi se utili#a este inductor co$o 1ltro'se conecta en serie! cual es el *alor dela inductanciaz

    PRO*LE(AS

    2 La caracterstica de placa de un transformador

    de lminas de acero al silicio, muestra la

    siguiente informacin:500 VA,20!2" V,#0$%&Se $ide la corriente de *aco &

    resulta de;3F A3La corriente en el pri$ario al ocurrirun cortocircuito en el secundario esde F?; A! se pide

    a( Dibu0ar el circuito e"ui*alente deltrans2or$ador ignorando lasresistencias3 Indicar los *alores delos par)$etros del circuitoe"ui*alente3

    b( Argu$entar por "u% se re"uiereconocer los puntos de polaridad deltrans2or$ador3c( Sugerir un procedi$iento paradeter$inar los puntos de polaridaddel trans2or$ador3d( yCu)l es el $)i$o *alor de*oltio.segundo "ue se le puedeaplicar al trans2or$ador! si se asu$e"ue la densidad de ca$po$agn%tico de operacin es el 7;K

    del *alor de saturacin3

    PRO*LE(AS

    7

    Prblema 2

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    56/58

    X4

    Y Zd4ZdF

    SD

    TC

    XLY

    iLE Xd

    YX LR

    R

    is

    F

    4F

    4

    F

    4F

    R

    is

    F

    4F

    4

    F

    4F

    4

    F

    4

    *L

    L

    I4

    IF

    C

    +( Para el circuito de la 1gura ad0unta!E4;;! RF;{!D;3? & Tc4$s3 Sepide respondera( yCu)l es la 2uncin del diodoz yu%ocurrira si no eistieraz

    b( S el ri#ado pico.pico de la corriente'|i( es del 6KyCu)l debe ser el *alorde la inductanciazc( yCu)l es la potencia disipada en elcircuitoz?( Para el con*ertidor CAGCDcontrolado de la 1gura ad0unta! *s $sen't(3 Se pide deter$inarel 2actor de potencia de la 2uenteparaa( L $u& grande

    b( L $u& pe"ue9o6( El con*ertidor CAGCD no controladode la 1gura ad0unta! presenta lassiguientes *ariables de corriente &*olta0e

    Vs=1202sinwt

    is=n=1

    +80

    nD sin(nwt)

    n i$par

    Se pide deter$inara( El 2actor de potenciab( La distorsin total de ar$nicasc( alor de R

    PRO*LE(AS

    @( En el con*ertidor CDGCD de la1gura el ]u0o de energa es dellado F a 43 L4;$> F4;;IFF;A 44@;3Los interruptores con$utan a F;=#!& la *ariacin per$itida del *olta0een el puerto de salida es 6K3Se pide

    77

    Prblema ,

    Prblema?

    Prblema&

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    57/58

    cd

    cd

    F

    4

    F

    4

    P

    N

    P

    N

    idB

    R

    X

    S4

    SF

    iaB

    4

    a( Deducir los interruptores "uepueden i$ple$entar a losinterruptores3b( Deter$inar las relaciones detraba0o de los interruptores3 c(

    Deter$inar la $)i$a *ariacin decorriente en el puerto de entrada3 d(alor de la capacitancia3

    ( Para el con*ertidor resonante dela 1gura ad0unta! L465\>C;3F6\-cd4;; R6{3Se pide deter$inar para la2recuencia de resonancia

    a( Potencia entregada a la carga!inclu&endo a la tercera ar$nicab( A$plitud de la tercera ar$nicadel *olta0e en la carga3c( Si la 2recuencia de con$utacin estres *eces la de resonancia! cu)nto*ale la potencia entregada a la carga

    PRO*LE(AS

    7( En el con*ertidor CAGCD de la 1gura ad0unta!*s4;sen'4F;t(3 R6{ 3La corriente en lacarga debe ser constante3 Los interruptores Pcierran en t+;W & los N en tF4;W3 Sepide a( yCu)l debe ser el *alor $ni$o de lainductanciaz b(yCu)l es el *alor de potenciatrans2erida a la carga3 c( yCu)l es el *alor de lapotencia aparente en la 2uentez5( El con*ertidor CDGCA de ba0a 2recuencia decon$utacin '@; =#( de la 1gura ad0untapresenta los siguientes par)$etros

    cd4;; L6;;$> R6{ F[G@3Se pide deter$inar a( Potencia trans2erida a lacarga3 b( Deducir el tipo de se$iconductorpara i$ple$entar los interruptores4;( Se dispone de un $otor CD de i$)nper$anente de las siguientes caractersticasbase5;! *elocidad baseF;;;rp$!Ino$6A!

    75

    Prblema

    Prblema =

    Prblema ?

  • 7/25/2019 Unidad1 Elementos

    58/58

    SDTC

    E

    /otor CD}i$a6K3La caracteri#acin circuital del$otor es Ra;36{! La6$>3Se dispone de una 2uente CD de 4;; ! 4;ASe pide proponer un siste$a para *ariar la*elocidad del $otor! utili#ando un interruptor

    "ue con$uta a 6=#3La $)i$a *ariacin de lacorriente '}i( no puede sobrepasar el 6K de lacorriente no$inal3 Para ello debe responder lassiguientes preguntasa( yCu)l es el rango de *elocidad posiblezb( Deter$inar del circuito e"ui*alente el*alor}i para condicin no$inalc( Se puede operar el $otor dentro del rangoposible de *elocidad sin sobrepasar el}i$a6Kz

    Prblema @

    Prblema 10