Electrónica de Potencia Capítulo 1 EP1-1 Rectificadores, Accionamientos para Motores de Corriente...

Electrónica de Potencia Capítulo 1 EP1-Electrónica de Potencia Capítulo 1 EP1-11

TELEC RÓNICA DEPO ENCIA

Rectificadores, Accionamientos para Motores de Corriente Rectificadores, Accionamientos para Motores de Corriente Continua y Controladores de Voltaje AlternoContinua y Controladores de Voltaje Alterno

Cap

ítulo

1

Cap

ítul

o 1

Capí

tulo

1

Capítu

lo 1

Capítulo

1

Capítulo 1

Capítulo 1

Capítulo 1

Capítulo 1Capítulo 1

Rectificadores Rectificadores Monofásicos Monofásicos ControladosControlados


P

P

N

N

J1

J2

J3

A

G

K

A

G

K

A

G

K

IA

VAK

IA

Ig

VAKIg=0Ig3 Ig1Ig2

Ig3>Ig2>Ig1

VBOO

CONDUCCIÓN DIRECTA

BLOQUEO DIRECTO

BLOQUEO INVERSO

VOLTAJE DE RUPTURA INVERSO

VBO = VOLTAJE DE RUPTURA DIRECTO

SÍMBOLO ESTRUCTURACARACTERÍSTICA

CORRIENTE - VOLTAJE

N N

N

P

P P

K

G

A

T1

T2

PNP

NPN

ANALOGÍA DE LOS DOS TRANSISTORES

A

G

K

IA

IC1

IC2

IA

DISPARO Y PROTECCIÓN DEL SCR

Unidadde

Control

DsRs

L (di/dt)

SCR

CsCircuito deProtección

(dv/dt)

Circuito de Compuerta

RD1

D2

GK

A

Tp

Rectificador Controlado de Silicio (SCR)Rectificador Controlado de Silicio (SCR)


Rectificadores Monofásicos ControladosRectificadores Monofásicos ControladosCONFIGURACIÓN TIPO DE

OPERACIÓNCARACTERÍSTICAS

RECTIFICADOR CON TRANSFORMADOR Y TOMA

CENTRAL

PUENTE MONOFÁSICO COMPLETO

PUENTE MONOFÁSICO INCOMPLETO

REQUIERE EL USO DE TRANSFORMADOR CON TOMA CENTRAL.

EL VOLTAJE INVERSO APLICADO A LOS SCR's ES EL DOBLE DEL VALOR PICO DE LA SEÑAL DE ALIMENTACIÓN.

PUEDE OPERAR EN DOS (2) CUADRANTES.

UTILIZA SÓLO DOS (2) SCR's.

Vo

Io

Vo

Io

Vo

Io

E > 0

E > 0

E < 0

E < 0

REQUIERE EL USO DE TRANSFORMADOR SÓLO PARA AISLAMIENTO.

EL VOLTAJE INVERSO APLICADO A LOS SCR's ES IGUAL AL VALOR PICO DE LA SEÑAL DE ALIMENTACIÓN.

PUEDE OPERAR EN DOS (2) CUADRANTES.

UTILIZA CUATRO (4) SCR's.

REQUIERE EL USO DE TRANSFORMADOR SÓLO PARA AISLAMIENTO.

EL VOLTAJE INVERSO APLICADO A LOS SCR's ES IGUAL AL VALOR PICO DE LA SEÑAL DE ALIMENTACIÓN.

OPERA SÓLO EN UN (1) CUADRANTE.

UTILIZA DOS (2) SCR's Y TRES (3) DIODOS.

o

o

Q1

Q2

io(t)

i1(t)

i2(t)

iL(t)

vi(t)vo(t)

o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

D1 D2

D

io(t)

vo(t)R

L

E+-

o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

Q3 Q4

vo(t)

R

L

E+-

io(t)

R

L

+-E


o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

Q3 Q4

vo(t)

R

E+-

io(t)

L

Puente Monofásico Completo - Modo I de Puente Monofásico Completo - Modo I de Operación de Corriente DiscontinuaOperación de Corriente Discontinua

, , m 0 y

Ecuaciones BásicasEcuaciones Básicas

( ) ( - ) -cos2

-( - ) cot - ( - ) , cos

O

Z mi t sen t

V

m tsen te

1

0

m

1Vo(t)

-Vi(t) Vi(t)

io(t), iL(t)

iL(t)

io(t)

t

Q2,Q3Q1,Q4 NONO

ig1,4

ig2,3

t

t

- cotcos ( - ) - ( - ), 0 90

- cot1-

sen senm

e

e

2cos - cos( ) ( - )O

VV m

2 2cos - cos( ) -O ON BASE ON

R

V VI I I I m

Z

( )( ) ( ) 2 ( ) ,

AO AN A

di tV t V t Vsen t L i t R E t

dt


o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

Q3 Q4

vo(t)

R

E+-

io(t)

L

Puente Monofásico Completo - Modo III de Puente Monofásico Completo - Modo III de Operación de Corriente DiscontinuaOperación de Corriente Discontinua

, , m 0 y


( ) ( - ) -cos2

-( - ) cot - ( - ) , cos

OZ mi t sen t

V

m tsen te

2cos - cos( ) ( - )O

VV m

- cot( - ) - ( - )cos ,

- cot1-

0 90

sen senm

ee

2 1( ) ( ) cos - cos( ) -

2 cos2ON o

ZI i t d t m

V

1

0

m

1Vo(t)

-Vi(t) Vi(t)

io(t), iL(t)

iL(t)

io(t)

t

Q2,Q3Q1,Q4

ig1,4

ig2,3

t

t

NONO


Puente Monofásico Completo - Modo V de Puente Monofásico Completo - Modo V de Operación de Corriente ContinuaOperación de Corriente Continua

, == , m 0 y == o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

Q3 Q4

vo(t)

R

E+-

io(t)

L


2 ( - ) -( - ) cot( ) ( - ) - -- cotcos2 1-

OZ m sen ti t sen tV

ee

2 2 22 ( ) cos

2O

VV Vsen td t

1(2cos - )

cosONI m

1/22

2

2 2

4 cos1/ 2 - -

cos cos1

- cot12 tan (cos - cos )

- cot1-

ORN

m m

Iee

1

0

1

Vo(t)

-Vi(t) Vi(t)

io(t), iL(t)

iL(t)

io(t)

t

m

Q2,Q3Q1,Q4

ig1,4

ig2,3

t

t


o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

Q3 Q4

vo(t)

R

E+-

io(t)

L

Puente Monofásico Completo - Modo IV de Puente Monofásico Completo - Modo IV de Operación de Corriente DiscontinuaOperación de Corriente Discontinua

’, , m 0 y


Este Modo de Operación es Este Modo de Operación es idéntico al Modo III de idéntico al Modo III de

Operación de Corriente Operación de Corriente Discontinua, excepto Discontinua, excepto

porque ahora m<0; por lo porque ahora m<0; por lo que las ecuaciones son las que las ecuaciones son las

mismas de ese modo de mismas de ese modo de funcionamiento, funcionamiento,

considerando el cambio de considerando el cambio de signo en la fuerza signo en la fuerza

electromotriz de la cargaelectromotriz de la carga

1

0

m

1

Vo(t)

-Vi(t)Vi(t)io(t), iL(t)

iL(t)

io(t)

t

'

Q2,Q3Q1,Q4

ig1,4

ig2,3

t

t

NONOQ2,Q3

VAK1(t)

tq


o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

Q3 Q4

vo(t)

R

E+-

io(t)

L

Puente Monofásico Completo - Modo VI de Puente Monofásico Completo - Modo VI de Operación de Corriente ContinuaOperación de Corriente Continua

’, == , m 0 y ==


Este Modo de Operación es Este Modo de Operación es idéntico al Modo V de idéntico al Modo V de

Operación de Corriente Operación de Corriente Continua, excepto porque Continua, excepto porque ahora m<0; por lo que las ahora m<0; por lo que las

ecuaciones son las mismas ecuaciones son las mismas de ese modo de de ese modo de funcionamiento, funcionamiento,

considerando el cambio de considerando el cambio de signo en la fuerza signo en la fuerza

electromotriz de la cargaelectromotriz de la carga0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

0

0.5

1

-0.5

-1

-1.5

0

1

Vo(t)

-Vi(t) Vi(t)

io(t), iL(t)

iL(t)

io(t)

t

m

Q2,Q3Q1,Q4

ig1,4

ig2,3

t

t

'

Q2,Q3


o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

Q3 Q4

vo(t)

R

E+-

io(t)

L

Puente Monofásico Completo - Puente Monofásico Completo - Diagrama de OperaciónDiagrama de Operación

Ecuaciones del Diagrama de Ecuaciones del Diagrama de OperaciónOperación

0 30 60 90 120 150 180

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

-0.6

-0.7

-0.8

-0.9

-1

RELA

CI Ó

N m

75º

60º

30º

15º

0º

B

C

D

E

FG

H

K

L M

m = sen()

º

N

= 90º

45º

O

I

II

III

IV

V

V

VI

VI

VII

OPERACIÓN DISCONTINUA

OPERACIÓN CONTINUA

X

Y

Z

A

,

-( - ) cotcos ( - ) - ( - ),

-( - ) cot1-

0 90

I II

sen senm

e

e

,

-( - ) cot2 ( - )cos ( - ) ,

- cot 1

0 90

II Vsen e

m sene

,

- cot1- ( - ) cos , 0 90

- cot1-III Vm sen

ee

,

-( ' - ) cot2 ( - )-cos ( '- ) - ,

- cot -1

0 90

VII VI

senm sen

ee

, ,III V IV VIm m


o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

Q3 Q4

vo(t)

R

E+-

io(t)

L

Puente Monofásico Puente Monofásico CompletoCompleto

Puente Monofásico Completo- Puente Monofásico Completo- mm en función de en función de concon como parámetro como parámetro parapara = 30º

0 30 60 90 120 150 180 210

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

-0,1

-0,2

-0,3

-0,4

-0,5

-0,6

-0,7

-0,8

-0,9

-1

RELA

CIÓ

N m

º

= 0º

III

= 15º

I

IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

IVIVIVIVIVIVIVIVIV

IV

VII

VII

VII

VII

= 30º

= 45º

= 60º

= 75º

= 90º

= 105º= 120º

= 180º = 165º = 1

50º

= 135º

I

I

II


o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

Q3 Q4

vo(t)

R

E+-

io(t)

L

Puente Monofásico Puente Monofásico CompletoCompleto

Puente Monofásico Completo - Puente Monofásico Completo - mm en función de en función de IIORNORN con con como parámetro como parámetro parapara = 30º en la Operación de Corriente Discontinuaen la Operación de Corriente Discontinua

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

IORN

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-0.1

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

-0.6

-0.7

-0.8

-0.9

-1

RELA

CIÓ

N m

= 30º

= 45º

= 60º= 75º

= 90º= 105º

= 120º

I

I

III

III

III

IIIIIIIII

IVIV

IV

IV

IV

= 135º

= 150º

=

165º

=

180º

IV

IV

IV

VIIVIIVII

VII

IIIIII

I


o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

Q3 Q4

vo(t)

R

E+-

io(t)

L

Corriente de Rizado Normalizada Corriente de Rizado Normalizada en la Cargaen la Carga

Puente Monofásico Completo - Puente Monofásico Completo - IIORINORIN en función de en función de para la Operación de para la Operación de Corriente ContinuaCorriente Continua

0 30 60 90 120 150 1800

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

I OR

IN

º

= 0º

= 15º

= 30º

= 45º

= 60º

= 75º 1/ 22 2

1/ 22

2 2

-

-1 2 1 2- ( -

) --2

1-

ORN ONORINI I I

cot costan cos cos

cot cos

ee


o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

D1 D2

D

io(t)

vo(t)R

L

E+-

Puente Monofásico Incompleto - Modo I de Puente Monofásico Incompleto - Modo I de Operación de Corriente DiscontinuaOperación de Corriente Discontinua

, , m 0 y = ( + )


( ) ( - ) -cos2

-( - ) cot - ( - ) , cos

O

Z mi t sen t

V

m tsen te

- cotcos ( - ) - ( - ), 0 90

- cot1-

sen senm

e

e

2cos - cos( ) ( - )O

VV m

2 2cos - cos( ) -O ON BASE ON

R

V VI I I I m

Z

( )( ) ( ) 2 ( ) ,

AO AN A

di tV t V t Vsen t L i t R E t

dt

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

0

0.5

1

-0.5

-1

-1.5

0

m

1 Vo(t)

-Vi(t) Vi(t)

io(t), iL(t)

iL(t)

io(t)

t

Q2,D1Q1,D2 NONO NO

ig1

ig2

t

t


Puente Monofásico Incompleto - Modo II de Puente Monofásico Incompleto - Modo II de Operación de Corriente DiscontinuaOperación de Corriente Discontinua

, , m 0 y o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

D1 D2

D

io(t)

vo(t)R

L

E+-


0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

0

0.5

1

-0.5

-1

-1.5

0

m

1Vo(t)

-Vi(t) Vi(t)

io(t), iL(t)

iL(t)

io(t)

t

D Q2,D1Q1,D2D NONO

ig1

ig2

t

t

( ) ( - ) -cos2

-( - ) cot - ( - ) , cos

O

Z mi t sen t

V

m tsen te

-( - ) cot( ) -cos2

-( - ) cot - ( - ) , cos

OZ mti t senV

m tsen t

e

e

-( ) cot - cot- ( - )cos

- cot1-

0 90

sen senm

e ee

21 cos ( - )O

VV m

1(1 cos - )

cosONI m


Puente Monofásico Incompleto - Modo IV de Puente Monofásico Incompleto - Modo IV de Operación de Corriente DiscontinuaOperación de Corriente Discontinua

, , m 0 y o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

D1 D2

D

io(t)

vo(t)R

L

E+-


0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

0

0.5

1

-0.5

-1

-1.5

0

m

1Vo(t)

-Vi(t) Vi(t)

io(t), iL(t)

iL(t)

io(t)

t

ig1

ig2

t

t

Q2,D1Q1,D2 NONO

( ) ( - ) -cos2

-( - ) cot - ( - ) , cos

OZ mi t sen t

V

m tsen te

2cos - cos( ) ( - )O

VV m

- cot( - ) - ( - )cos ,

- cot1-

0 90

sen senm

ee

2 1( ) ( ) cos - cos( ) -

2 cos2ON o

ZI i t d t m

V

En este modo de funcionamiento el circuito En este modo de funcionamiento el circuito se comporta en forma idéntica al Puente se comporta en forma idéntica al Puente Monofásico Completo en el Modo III de Monofásico Completo en el Modo III de

Operación de Corriente DiscontinuaOperación de Corriente Discontinua


Puente Monofásico Incompleto - Modo V de Puente Monofásico Incompleto - Modo V de Operación de Corriente DiscontinuaOperación de Corriente Discontinua

, , m 0 y o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

D1 D2

D

io(t)

vo(t)R

L

E+-


0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

0

0.5

1

-0.5

-1

-1.5

0

m

1 Vo(t)

-Vi(t) Vi(t)

io(t), iL(t)

iL(t)

io(t)

t

Q2,D1Q1,D2 NONOD D

ig1

ig2

t

t

( ) ( - ) -cos2

-( - ) cot - ( - ) , cos

O

Z mi t sen t

V

m tsen te

-( - ) cot( ) -cos2

-( - ) cot - ( - ) , cos

OZ mti t senV

m tsen t

e

e

-( ) cot - cot- ( - )cos

- cot1-

0 90

sen senm

e ee

21 cos ( - )O

VV m

1(1 cos - )

cosONI m


Puente Monofásico Incompleto - Modo VI Puente Monofásico Incompleto - Modo VI de Operación de Corriente Continuade Operación de Corriente Continua

o , = , m 0 y =

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390

0

0.5

1

-0.5

-1

-1.5

0

m

1Vo(t)

-Vi(t) Vi(t)

io(t), iL(t)

iL(t)

io(t)

t

Q2,D1Q1,D2D D

ig1

ig2

t

t

o

ovi(t)

Q2iL(t) Q1

D1 D2

D

io(t)

vo(t)R

L

E+-


- cot( ) ( - ) - ( )cos cos2

-( - ) cot - ( - ) , t

OZ m m ti t sen t IV

tsen

e

e

-( - ) cot( ) - ( ) ,cos cos2

t +

OZ m m ti t IV

e

-( - ) cot - cot- - ( - )

( )- cot1-

m msen sen

cos cosI

e e

e

1(1 cos - )

cosONI m

2 22 ( ) (1 cos )

2O

VV Vsen td t

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