Electrónica industrial josé rodríguez

José Rodríguez
Julio de 2000.
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Electrónica
Valparaíso-Chile
ELECTRÓNICA
INDUSTRIAL
José Rodríguez
Julio de 2000.

Introducción.
i
Introducción.
Este apunte contiene las figuras más importantes que se emplearán en la
asignatura Electrónica Industrial. Debo resaltar que este material no incluye
las explicaciones ni las ecuaciones que serán deducidas en clases.
Este apunte es un apoyo para entender más los conceptos y para facilitar el
trabajo del alumno en clases y durante el estudio personal y de ninguna
manera constituye un sustituto de la asistencia a clases y a la ayudantía.
Se recomienda a los estudiantes llevar este material a las clases.
José Rodríguez.
Julio de 2000.

ii
Indice.
Indice.
CAPÍTULO 1................................................................................................................................................. 1
INTRODUCCIÓN .........................................................................................................................................................1
1.1) ESQUEMA DE ACCIÓN DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA......................................................1
1.2) FAMILIA DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS.....................................................................................2
1.2.1) Clasificación según la forma de la energía..................................................................................................2
1.2.2) Convertidores mixtos...................................................................................................................................3
1.3) EL INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR....................................................................................................3
1.4) CARACTERISTICAS DEL INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR IDEAL. .............................................4
1.5) UN CONVERTIDOR BÁSICO.......................................................................................................................4
1.6) ALGUNOS CONVERTIDORES TÍPICOS...............................................................................................5
1.7) APLICACIONES......................................................................................................................................5
1.8) NATURALEZA INTERDISCIPLINARIA DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA..............................7
CAPÍTULO 2................................................................................................................................................. 8
DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA....................................................................................8
2.1) EL DIODO DE POTENCIA. .........................................................................................................................8
2.2) EL TIRISTOR. .................................................................................................................................................9
2.2.1) Ejemplo de funcionamiento de un tiristor. ...................................................................................................10
2.3) EL TRIAC...............................................................................................................................................11
2.4) EL TRANSISTOR BIPOLAR........................................................................................................................11
2.5) EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO.......................................................................................12
2.6) EL TIRISTOR APAGADO POR EL GATE. ..........................................................................................13
2.7) EL TRANSISTOR IGBT. ........................................................................................................................13
2.8) COMPARACIÓN DE SEMICONDUCTORES CON CAPACIDAD DE CORTE................................14
2.9) CLASIFICACIÓN DE SEMICONDUCTORES SEGÚN SU CONTROLABILIDAD...........................14
CAPÍTULO 3............................................................................................................................................... 17
CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA..........................17
3.1) COMPORTAMIENTO DINÁMICO............................................................................................................17
3.1.1) Encendido de un tiristor................................................................................................................................17
3.1.2) Encendido falso por efectos capacitivos:......................................................................................................18
3.1.3) Efecto de punto caliente en un tiristor:.........................................................................................................19
3.1.4) Corte del estado de conducción. ...................................................................................................................21
3.2) PÉRDIDAS, CALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN...........................................................................22
3.2.1) Pérdidas........................................................................................................................................................22
Pérdidas de conducción......................................................................................................................................22
Pérdidas de conmutación............................................................................................................................................22
3.2.2) Calentamiento y refrigeración ......................................................................................................................23
Modelo térmico estacionario:.............................................................................................................................23
Modelo térmico dinámico: .................................................................................................................................24
Disipadores:........................................................................................................................................................25
CAPÍTULO 4............................................................................................................................................... 27
CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL (RECTIFICADORES) ...............................................27
4.1) TIPOS BÁSICOS DE RECTIFICADORES. ..........................................................................................27
4.1.1) Rectificador monofásico de media onda.......................................................................................................28
4.1.2) Rectificador estrella monofásico...................................................................................................................31
4.1.3) Rectificador puente monofásico. ..................................................................................................................32
4.1.4) Rectificador estrella trifásico........................................................................................................................35
4.1.5) Rectificador trifásico puente. (Puente de Graetz). ........................................................................................38
4.1.6) Rectificador hexafásico. ...............................................................................................................................42
4.2) RECTIFICADORES CON DIODO VOLANTE.....................................................................................43
4.3) OPERACIÓN DE UN RECTIFICADOR COMO INVERSOR..............................................................45

iii
Indice.
4.4) EL NÚMERO DE PULSOS DE UN RECTIFICADOR ........................................................................45
4.5) OPERACIÓN DE RECTIFICADORES CON CARGA ACTIVA ..........................................................46
4.6) OPERACIÓN CON CARGA CAPACITIVA..........................................................................................48
4.7) TRANSFORMADORES PARA RECTIFICADORES. ...........................................................................50
4.8) EL PROCESO DE CONMUTACIÓN.........................................................................................................51
4.9) CONEXIONES MULTIPLES DE RECTIFICADORES........................................................................56
4.9.1) Rectificadores en serie..................................................................................................................................56
4.9.2) Rectificadores en paralelo.............................................................................................................................59
4.9.3) Rectificadores en antiparalelo: el convertidor dual.......................................................................................60
CAPÍTULO 5............................................................................................................................................... 63
CICLOCONVERSORES ............................................................................................................................................63
5.1) PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. ................................................................................................63
5.2) CICLOCONVERSORES DE TRES PULSOS........................................................................................64
5.3) CICLOCONVERSORES DE 6 PULSOS...............................................................................................67
5.4) CICLOCONVERSORES DE 12 PULSOS.............................................................................................69
CAPÍTULO 6............................................................................................................................................... 71
CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA (AC-AC)..............................................................71
6.1) INTERRUPTOR BIDIRECCIONAL DE ESTADO SÓLIDO................................................................71
6.1.1) Convertidor AC-AC monofásico con control de fase...................................................................................72
6.1.2) Convertidor AC-AC monofásico con control integral de ciclos...................................................................73
6.2) CONVERTIDOR AC-AC TRIFÁSICO........................................................................................................73
CAPÍTULO 7............................................................................................................................................... 78
CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA ..................................................................................78
7.1) PULSADORES.......................................................................................................................................78
7.1.1) Principio de funcionamiento.........................................................................................................................78
7.2) INVERSORES................................................................................................................................................85
7.2.1) Inversores monofásicos. ...............................................................................................................................85
Inversor semipuente monofásico........................................................................................................................85
Inversor puente monofásico ...............................................................................................................................86
7.2.2) Inversor trifásico fuente de voltaje. ..............................................................................................................87
CAPÍTULO 8............................................................................................................................................... 90
CIRCUITOS DE DISPARO PARA SEMICONDUCTORES................................................................................90
8.1) ELEMENTOS BÁSICOS DE UN CIRCUITO DE DISPARO...............................................................90
8.2) CIRCUITOS DE DISPARO CON TRANSISTORES MONOJUNTURA..............................................92
8.3) CIRCUITOS DE DISPARO AISLADOS PARA SCR.............................................................................93
8.4) CIRCUITOS DE DISPARO INTEGRADOS PARA TIRISTORES........................................................94
8.5) CIRCUITOS DE DISPARO PARA TRANSISTORES DE POTENCIA.................................................98
CAPÍTULO 9............................................................................................................................................. 102
APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS.......................................................102
9.1) CONTROL DE RECTIFICADORES.................................................................................................. 102
9.2) CONTROL DE CHOPPERS............................................................................................................... 107
9.2.1) El control de corriente de dos posiciones (histéresis).................................................................................107
9.2.2) Modulación del ancho de los pulsos (Pulse Width Modulation = PWM)...................................................110
9.3) CONTROL DE INVERSORES............................................................................................................ 113
9.3.1) Inversor monofásico controlado por histéresis...........................................................................................113
9.3.2) Inversor monofásico con modulación PWM. .............................................................................................114
9.3.3) Inversor trifásico con control de corriente..................................................................................................117
9.3.4) Inversor trifásico con modulación PWM....................................................................................................118

CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN
Pág.1ELECTRÓNICA INDUSTRIALhttp
Procesador de
potencia
Red
~
Potencia de
entrada
Potencia
de salida
vi
Carga
i v0
i
i0
Mediciones
s de
rol
Mediciones
Referencia
CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN
1.1)ESQUEMA DE ACCIÓN DE LA
ELECTRÓNICA DE POTENCIA.
Señale
cont
Controlador
Referencia
Fig.1.1.: Diagrama de bloques de un sistema convertidor de potencia.

~
M
~ ~
1.2)FAMILIA DE CONVERTIDORES
ESTÁTICOS.
1.2.1)Clasificación según la forma de la energía.
~Fuente
C.A.
RECTIFICADOR
Flujo de Energía
M
Carga
C.C.
INVERSOR
Fuente
C.C.
Flujo de Energía
Carga
C.A.
PULSADOR
(Chopper)
Vcc=Cte
Fuente
C.C.
Flujo de Energía
Carga
C.C.
Vcc
V = Cte
f = Cte
Fuente
C.A.
CICLOCONVERSOR
Flujo de Energía
V
f
Carga
C.A.
Fig.1.2.: Diferentes familias de convertidores de potencia.

C
V = Cte Rectificador Inversor
f = Cte
~
I
V
f
~
i
Conducción
(ON)
Bloqueo
(OFF)
i
Conducción
(ON)
Bloqueo
(OFF)
i
1.2.2)Convertidores mixtos.
{ Convertidor de frecuencia: fuente de tensión.
V = Cte
f = Cte
~Fuente
C.A.
Rectificador Inversor
V
P
V
f
~Carga
C.A.
Fig.1.3.: Convertidor de frecuencia mixto con enlace de tensión continua (fuente de
tensión).
{ Convertidor de frecuencia: fuente de corriente.
Fuente
C.A.
Carga
P C.A.
Fig.1.4.: Convertidor de frecuencia mixto con enlace de corriente continua (fuente de
corriente).
1.3)EL INTERRUPTOR SEMICONDUCTOR.
v v v
a) b) c)
Fig.1.5.: Interruptor semiconductor. a) Símbolo; b) característica ideal; c)
característica real.

0
V0(t)
Vd
V0
ton
toff
Ts

1
sf
1.4)CARACTERISTICAS DEL INTERRUPTOR
SEMICONDUCTOR IDEAL.
{ Puede bloquear voltajes de cualquier polaridad.
{ Conduce corrientes en ambas direcciones sin caída de voltaje.
{ Puedepasaracorteyconduccióninstantáneamenteobedeciendoaunaseñalde
control.
{ La señal de control demanda potencia despreciable.
1.5)UN CONVERTIDOR BÁSICO.
a)
t
b)
V (t)
t
c)
Fig.1.6.: Fuente de alimentación: a) circuito de potencia; b) funcionamiento lineal; c)
funcionamiento en conmutación.
V0(t)
Vd
V0

Carga
1.6)ALGUNOS CONVERTIDORES TÍPICOS.
R
- + a
n - + b L Vd
- + c
Vc
Fig.1.7.: Rectificador puente trifásico.
VB
Fig.1.8.: Inversor trifásico.
1.7)APLICACIONES.
{ Transporte:
Trenes, funiculares, trolebuses, automóviles, camiones, metros, barcos, ascensores,
...
{ Comercio:
Refrigeración, aire acondicionado, iluminación, computadores, fuentes de
alimentación ininterrumpibles (UPS), escalas mecánicas, ...
{ Energía:
Transmisión de corriente continua, enlaces de frecuencia, control de potencia
reactiva, compensación de armónicas, ...

{ Industrias:
Bombas, ventiladores, grúas, palas, refinadoras, molinos, correas transportadoras,
máquinas herramientas, robots, hornos, laseres, bobinadoras, laminadoras,...
{ Residencial:
Televisión, estufas, cocinas, electrodomésticos, herramientas, iluminación, ...
Fig.1.9.: Ubicación de convertidores en una locomotora.
Fig.1.10.: Diagrama de bloques de un sistema de tracción (locomotora).

1.8)NATURALEZA INTERDISCIPLINARIA DE
LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA.
Fig.1.11.: Especialidades que interactúan en la electrónica de potencia.

Pág.8ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
CAPÍTULO 2 DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
http
CAPÍTULO 2
DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES
DE POTENCIA
2.1)EL DIODO DE POTENCIA.
A
K
a) b) c) d)
Fig.2.1.: Diodo semiconductor: a) estructura; b) símbolo; c) característica v-i; d)
característica v-i ideal.
+++
P
N
---

http
2.2)EL TIRISTOR.
Silicon Controlled Rectifier (SCR)
c) d)
Fig.2.2.: Tiristor: a) estructura; b) característica v-i; c) símbolo; d) característica v-i ideal.
A
K
Fig.2.3.: Tiristor con corriente en el gate.
+++
P
N
---
+++
P
N
---
A
G
b)
K
a)
i
iG
i
iG1 iG2 iG3
v IH
IL
iG =
0
viG1
> iG2
> iG3

http
iG
R
2.2.1)Ejemplo de funcionamiento de un tiristor.
vAK
id
vS
vd
Fig.2.4.: Funcionamiento de un tiristor.
vd
id

http
i
Conducción
Bloqueo IH iG =
v
i
iG
G
i
Conducción
Corte
2.3)EL TRIAC.
Triode Alternating Current Switch
A1
0
v v
A2
a) b) c)
Fig.2.5.: Triac: a) símbolo; b) característica v-i; c) característica v-i ideal.
2.4)EL TRANSISTOR BIPOLAR.
Bipolar Junction Transistor (BJT)
a) b) c)
Fig.2.6.: Transistor bipolar NPN: a) símbolo; b) característica v-i; c) característica
v-i ideal.

http
Fig.2.7.: Transistor bipolar; a) Darlington; b) triple Darlington.
2.5)EL TRANSISTOR DE EFECTO DE CAMPO.
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET)
a) b) c)
Fig.2.8.: Transistor de efecto de campo canal N; a) símbolo; b) característica v-i; b)
característica v-i ideal.
a) b)

http
2.6)EL TIRISTOR APAGADO POR EL GATE.
Gate Turn Off Thyristor ( GTO )
a) b) c)
Fig.2.9.: GTO: a) símbolo; b) característica v-i; c) característica v-i ideal.
2.7)EL TRANSISTOR IGBT.
Fig.2.10.: IGBT: a) símbolo; b) circuito equivalente; c) característica v-i; c) característica
v-i ideal.
a) b)
c) d)

http
2.8)COMPARACIÓN DE SEMICONDUCTORES
CON CAPACIDAD DE CORTE.
Elemento Potencia Rapidez de conmutación
MOSFET Baja Alta
BIPOLAR Media Media
IGBT Media Media
GTO Alta Baja
Fig.2.11.: Capacidad de semiconductores de potencia. Estado al año 1995 (aprox.).
2.9)CLASIFICACIÓN DE SEMICONDUCTORES
SEGÚN SU CONTROLABILIDAD.
DIODOS: Paso al estado de coucción (ON) y al estado de corte (OFF) controlado por el
circuito de potencia.
TIRISTORES: Paso a conducción (ON) mediante pulso de control. Paso al estado de corte
(OFF) controlado por el circuito de potencia.
INTERRUPTORES CONTROLADOS: Paso a conducción (ON) y a corte(OFF)
mediante pulsos de control

http
Fig.2.12.: Diferentes tipos de semiconductores.
Fig.2.13.: Diferentes tipos de semiconductores.

http
IGBT. 1200 [V] / 10 [A]. IGBT. 1200 [V] / 400 [A].
2 IGBT’S 1200[V] / 150 [A]. INVERSOR TRIFÁSICO.
INVERSOR – RECTIFICADOR Y CHOPPER DE FRENADO.
Fig.2.14.: Diversos semiconductores de potencia.

CAPÍTULO 3 CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DE LOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA
http
CAPÍTULO 3
CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN
DE LOS SEMICONDUCTORES DE
POTENCIA
3.1)COMPORTAMIENTO DINÁMICO.
3.1.1)Encendido de un tiristor.
Fig.3.1.: Encendido de un tiristor.

http
VAK
A

di V
dt L
IL
IG
iG
+ + +
P
N
- - -
+ + +
P
N
- - -
CD1
CR
CD2
VAK, iA
VAK
iA t
V L
t
Fig.3.2.: Encendido de un tiristor con carga inductiva.
3.1.2)Encendido falso por efectos capacitivos:
A( + )
( + ) ( A)
A
G
G G
K
K( - )
( - ) ( K )
Fig.3.3.: Tiristor: a) estructura; b) modelo de capacidades; c) modelo simplificado sin
capacidades de difusión.
iC
CR

http
3.1.3)Efecto de punto caliente en un tiristor:
a)
b)
Fig.3.4.: Aspectos estructurales de un tiristor: a) corte vertical; b) arreglos de gate; c)
símbolo.

http
a)
b)
Fig.3.5.: Crecimiento del área de conducción en un tiristor; a) Inyección de portadores a la
región p2 por la corriente de gate; b) crecimiento del área de conducción.

http
3.1.4)Corte del estado de conducción.
t
t
a) b)
Fig.3.6.: Corriente inversa en un diodo o tiristor: a) ideal; b) real.
a)
b)
Fig.3.7.: Corte de un tiristor: a) corriente; b) tensión ánodo-cátodo.
iA
vAK

http
Off Off
tfv trv
On
0
tOn
tOff
Ts 
1
f
vT
s
iT vd
v
I d
0
t
t
tri
td(off)
PT(t)
Vd I0
d(on)
tfi
t (On)c
t
tc(Off)
i
0
3.2)PÉRDIDAS, CALENTAMIENTO Y
REFRIGERACIÓN.
3.2.1)Pérdidas:
Pérdidas de conducción:
V  0.7V
c
A K
VAK
a) b)
Fig.3.8.: a) Característica de conducción de un diodo; b) modelo circuital.
Pérdidas de conmutación.
VControl
b) t
i0
Vd
c)
a)
d)
Fig.3.9.: Conmutación de un semiconductor controlado: a) circuito; b) tensión de
control; c) tensión y corriente y d) potencia.
+
iT
VT
R

http
RJC
C
RCD
TJ
D
TC
RDA
A
TD
TA
3.2.2)Calentamiento y refrigeración:
Fig.3.10.: Flujo de calor en el semiconductor.
Modelo térmico estacionario:
Fig.3.11.: Diodo montado en
un disipador.
J
P
Fig.3.12.: Modelo térmico estacionario.

http
Modelo térmico dinámico:
TJ RJC
TC RCD
TD RDA
P(t)
TA
Fig.3.13.: Modelo térmico dinámico.
P(t)
J
TJ TA I
TJ TA
P R
v
t
 th
a) b) c)
Fig.3.14.: a) Modelo dinámico simplificado; b) análogo eléctrico; c) temperatura.
Fig.3.15.: Comportamiento dinámico de la temperatura.
CJ CC CD
iC
C
iR
RC R
A
TA

http
Disipadores:
Fig.3.16.: Diversos disipadores para semiconductores de potencia.
Fig.3.17.: Disipador para rectificador puente trifásico.

http
Fig.3.18.: Inversor trifásico montado en un disipador.
Fig.3.19.: Tiristores refrigerados por agua.

CAPÍTULO 4 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN NATURAL
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Pág. 27
vd
Inversor
II
Rectificador
I
Rectificador
III
Inversor
IV
CAPÍTULO 4
CONVERTIDORES DE
CONMUTACIÓN NATURAL
(RECTIFICADORES)
4.1)TIPOS BÁSICOS DE RECTIFICADORES.
L id
Fig.4.1.: Cuadrantes de operación de un rectificador.
id
vd
R
C.A

R
d
4.1.1)Rectificador monofásico de media onda.
vAK i
vs
vd
vˆ vs
0
t
vAK
Fig.4.2.: Rectificador monofásico no controlado con carga resistiva.
Fig.4.3.: Rectificador monofásico no controlado con carga inductiva.
vˆ vd,id
0 t
vs

Fig.4.4.: Rectificador monofásico no controlado con carga inductiva-activa.

Fig.4.5.: Rectificador monofásico controlado.

v v
1
N2
v2
T2
2
N
=
4.1.2)Rectificador estrella monofásico.
T1
v
vd
vT2
·
N
i i ·
N
is = iT1
1
s T2 N1
vˆ
vd
0  t
ig1


0  t
ig2
 t
iT1
0  t
iT2
0  t
is
Fig.4.6.: Rectificador estrella monofásico con carga resistiva.
is
is
is
v
N1
0 t
2
0
iT1
T1
N
iT2
id
R
v1
v2

P
D1
D3
+
is vd
D4
D2
ig1
T T3
1
+
is vd
T4
T2
i
Fig.4.7.: Efecto de la constante de tiempo de la carga sobre la corriente.
4.1.3)Rectificador puente monofásico.
id
P d
vs
R vs
Carga
N N
a) b)
Fig.4.8.: Rectificador puente monofásico: a) no controlado; b) totalmente controlado.

vd

vˆ
0 t
ig1
,ig2
0 t
ig3 ,ig4
0
t
iT1
,iT2
0 t
iT3 ,iT4
0 t
is
0 t
Fig.4.9.: Formas de onda del rectificador puente monofásico totalmente controlado con
carga resistiva. (Ver Fig.4.8-b).
t
t
t
t
t
t
t
Fig.4.10.: Formas de onda del rectificador puente monofásico totalmente controlado con
carga inductiva (L).
vˆ
0
id
0
ig1
,ig2
0
ig3
,ig4
0
iT1
Id

0
iT2
0
is
0

D1
D1
D2
D2
ig1
is
T1
iT1
T2
iT2
+ v1
v2
v vd
i i
vNO
vd
P
Ld
+
vd
R
d
R
P
i id
Ld
v vd v
d
d
N
N
Fig.4.11.: Rectificador puente monofásico semicontrolado: a) simétrico; b) asimétrico.
vˆ v2
2
vPO
1
t
vˆ
t
ig1 
t
ig2
t
iT1
t
iT2
t
iD1
t
iD2
t
is
t
Fig.4.12.: Formas de onda del rectificador semicontrolado simétrico de la fig.4.11-a), con
carga Ld.
v

v
v
v
v v
d
I
4.1.4)Rectificador estrella trifásico.
D1
i1
v2 i2
1
v3
i3 L
R d
Fig.4.13.: Rectificador estrella trifásico no controlado.
vd

Vˆ
0
Vˆ
v  
1 2 3
t30º 150º 270º 390º 510º 630º 750º
i
I
t
i
1
d
t
i
2
t
i
3
t
v t
D1
 3 Vˆ
Fig.4.14.: Formas de onda del rectificador estrella de la figura 4.13.
d

 v
1
 v
2
v
3

Vˆ
0
Vˆ
 t
3
v
v
T1
ig1
d
Fig.4.15.: Rectificador estrella trifásico controlado.
v
d
30º 150º 270º 390º 510º 630º 750º
ig
1 

ig
2  t
i g
3  t
id
 t
i1
 t
i2
 t
i3
 t
v
T1
 Vˆ
 t
Fig.4.16.: Formas de onda del rectificador estrella de la figura 4.15.
R
i1
v1
v3
v2 i2
i3
t

ig2 id
ig3
L

º
º
vd
t
vd
t
º
vd
t
Fig.4.17.: Tensión en la carga de un rectificador estrella trifásico con carga resistiva pura.
º
vd
t
vd
t
º
vd
t
Fig.4.18.: Tensión en la carga de un rectificador estrella trifásico con carga R-L (Ld).
º

VD1
i2
iD3
D3
i3
D6
iD4
D2
iD6
v1
iD1
D1
iD5
D5
i1
v2
L
R
v3
D4
iD2
2
4.1.5)Rectificador trifásico puente. (Puente de
Graetz).
P id
0 vd
N
Fig.4.19.: Rectificador puente trifásico no controlado.
v1 i1
v2 i
v3 i3
iD1
iD3
iD5
iD4
iD6
iD2
VD1
D1
D3
D5
D4
D6
D2
P id
L
vd
R
N
Fig.4.20.: Otra forma de ver el rectificador de la figura 4.19.
V ig1
iT1 P id
D1
v1 i1
v2 i
T1 T3 T5
iT3 iT5 L2
0 vd
v3 i3
R
T4 T6 T2
iT4 iT6 iT2
N
Fig.4.21.: Rectificador puente trifásico controlado.
i2'
iy
i1'
0

vNO
vˆ
vPO
v1 v2
v3

vd
t
id
iD1
iD2
iD3
t
t
t
t
iD4
t
iD5
t
iD6
i1
t
t
i2 
i3 t
iy 
1
t
t
t
t
v
D
Fig.4.22.: Formas de onda del rectificador puente controlado de las figuras 4.19 y 4.20.

vd
vNO
º
Id
T1 T1
º
vˆ
v1 v
vPO
2 v3
vˆ
g1
g4
g3
g6
g5
g2
d
1
2
T3
4
T5
T6
1
T4 T4
t
t
i
t
i
t
i
t
i
t
i
t
i
t
i
t
iT
t
iT
t
i
t
iT
t
i
t
i
t
i t
Fig.4.23.: Formas de onda del rectificador puente controlado.
3

T5 T1 T3 T5 T1 T3
D6 D2 D4 D6 D2 D4
id
id
v2 v3 v1
vPO
vd
vNO
id
id
vd
vNO
T5 T1 T3 T5 T1 T3
D6 D2 D4 D6 D2 D4
id
id
id
id
2
ig1
iT1 P id
v1 i1
v i2
0
v3 i3
T1 T3 T5
iT3
iT5 L
vd
R
D4 D6 D2
iD4
iD6
iD2
N
Fig.4.24.: Rectificador puente trifásico semicontrolado.
º
vˆ
t
 vˆ
t
iT
t
iD
t
i1
t
Fig.4.25.: Formas de onda del rectificador de la figura 4.24 con  = 45º.
º v2
v3
vˆ
v1
vPO
t
3  vˆ
t
iT
t
iD
t
i1
t
Fig.4.26.: Formas de onda del rectificador de la figura 4.24 con  = 105º.
3

i2T2
v2
T3
v3
v1
id
v4
v
T4 L
6 v5
T5 R
T6
4.1.6)Rectificador hexafásico.
T1 i1
vd
Fig.4.27.: Rectificador hexafásico.
t
t
t
Fig.4.28.: Formas de onda del rectificador hexafásico.
 v1 v2 v3 v4 v5 v6 v
vˆ
d
0
i1
i2

is T1 id
iD
DV
R
L

vd
4.2)RECTIFICADORES CON DIODO
VOLANTE.
vˆ
t
id
vR
v vd
t
vL is
t
iD
t
Conduce T1 Conduce DV
Fig.4.29.: Rectificador monofásico con diodo volante.
ig1
iT1 P id
iD
v1
v2
0
v3
i1
i2
i3
T1 T3 T5
iT3
iT5 L
DV vd
R
T4 T6 T2
iT4
iT6
iT2
N
Fig.4.30.: Rectificador trifásico puente con diodo volante.

vPO
0 t
vNO
0 t
vd
i1
i2
i3
iD
Fig.4.31.: Formas de onda del rectificador trifásico puente con diodo volante.
0 t
0 t
0 t
0 t
0 t

v1
v2
Rectificador
v3
Inversor
º º º º º
t
vd
0
t
T v
vred
d
t
T
vd
Pulso
t
v
4.3)OPERACIÓN DE UN RECTIFICADOR
COMO INVERSOR.
T1
vd
vˆ
Id
t
Fig.4.32.: Operación de un rectificador con ángulo de disparo variable.
4.4)EL NÚMERO DE PULSOS DE UN
RECTIFICADOR
vd
vˆ
p=2
vˆ
p=3
p=6
T
Fig.4.33.: Sobre la definición del número de pulsos de un rectificador.
ig2
ig3
v1
v2
i1 T1 ig1
i2 T2 id
v3 i 3 T3 Ld
+-
+-

v1
vAK
N2
N
v2
id
R
T2
min v 
2
max
v1
=60º
Vˆ
B
vd

d
v1
vAK
N2
N
v2
id
R
T2
vd
v2 v1
Rango de control
V
V
4.5)OPERACIÓN DE RECTIFICADORES CON
CARGA ACTIVA
R L R L
VB Vrot
a) b)
Fig.4.34.: Rectificadores con carga activa: a) batería; b) motor de corriente continua.
Rango de control
T1
V
t
v
vd
B
i
t
a)
T1
=60º
v t
VB
vd
B
b)
Fig.4.35.: Rectificador con carga activa-resistiva: a) VB > 0; b) VB < 0.

Ls
d
+ +
Vd
- -
v1
vAK
N2
N
v2
S
d
id
i
i D1 D3
Ls
A
+ vL
V
+
s- - vs
B
D4 D2
a) b)
c)
Fig.4.36.: Rectificador monofásico con carga activa-inductiva: a) circuito; b) circuito
equivalente; c) formas de onda.
=120º
Vˆ vd
T1 A
t0
VB
v id
V
vd
B
v2 v1
B
0
T2
Fig.4.37: Rectificador monofásico con carga activa-inductiva (VB < 0).
v
t
id
L

R AK
v
4.6)OPERACIÓN CON CARGA CAPACITIVA
1 i id
ic
+
vs Rd vd
- C
a)
b)
Fig.4.38.: Rectificador monofásico de media onda con carga capacitiva: a) circuito; b)
formas de onda.
Vˆ
vs
vd
0
t
T
i = ic+ id
id
0 t
ic

i (t)
D1 D3
s
ic
A
+
C
-
vd
B
D4 D2
vd
vs is
Rdc
iD Ldc
vs
R
a)
0 t
isn
%
is1
b)
100
50
Frecuencia (KHz)
c)
Fig.4.39.: Rectificador puente monofásico con carga capacitiva: a) circuito; b) formas de
onda; c) armónicas de la corriente is(t).

vR
vT
D2 id
D3 Ld
R
b
4.7)TRANSFORMADORES PARA
RECTIFICADORES.
vS D1 is
vd
a)
vd
Vˆ
0 t = x
vS vR vT
is
Id 1
0 t = x
ip
Id/3
0 t = x
b)
Fig.4.40.: Transformador delta-estrella alimentando a un rectificador estrella trifásico: a)
circuito; b) formas de onda.
t
Fig.4.41.: Corriente en el primario y en el secundario de un transformador estrella-estrella
alimentando a un rectificador puente trifásico.
ip
vp
v
i
2
Id
3
2 
3

v1 v2 v3
Id
 
v21=v2-v1
vˆ
vˆ
vd
0
id
i1
i2
i3
4.8)EL PROCESO DE CONMUTACIÓN.
v1 i1 Lk
- +
Rk T1
v2 i2 Lk
- +
v3 i3 Lk
- +
Rk T2
Rk T3
id
id
Ld
R
 Id
vd
a)





t
t
t
t
t
b)
Fig.4.42.: Proceso de conmutación con  = 0; a) circuito; b) formas de onda.
3

v1 v2
t
i1 i2
Id
t
vd
t
v1 v2
2

v1

v2
t
i1 i2
Id
t
vd
t
v1 v2
2
v1
v2

 v1 v2 v3
vˆ
vˆ
2
0
vd

v v
0 0
i i
vd vd
0 0
v1 v2
a) b)
Fig.4.43.: Efecto del ángulo de disparo  sobre el ángulo de conmutación : a)  = 0;
b)  = 45º.
t=x
x=0 v1  v2
2
Fig.4.44.: Formas de onda para calcular la tensión en la carga considerando la
conmutación.

- +
v2
- +
i2 Lk T2 id
v3 i3 Lk T3
- +
Ld
R
1 2
v1 i1
vAK
Lk T1
vd
 = 150º
v1
a)
v2 v3
v  v
2
0 t

vd
vAK v13 v12
0 t


b)
Fig.4.45.: Ángulo de disparo máximo; a) circuito; b) formas de onda.

i1 i
 = 150º
v1
vd
 = 165º
v2 v3
v1  v 2
2
0 t
vAK v13 v12
vAK(T1)
0 t
i
2 i3 i1 1
id
0 t
Fig.4.46.: Falla en la conmutación de un rectificador.

Fig.4.47.: Rectificador puente trifásico con ángulo de disparo variable: a) tensiones de
grupos positivo y negativo; b) tensión en la carga; c) tensión ánodo-cátodo de un tiristor.
Conmutación ideal.
Fig.4.48.: Rectificador puente trifásico con ángulo de disparo variable: a) tensiones de
grupos positivo y negativo; b) corriente de entrada; c) tensión en la carga. Conmutación
real.

v1 v2 v3
v4 v5 v6
v1,v4
2Vˆ vd
ed
vR1
vR2
t
vd
vR2
vR1
5
4.9)CONEXIONES MULTIPLES DE
RECTIFICADORES.
4.9.1)Rectificadores en serie.
id
vR1 L
vd vd
R
vR2
Vm
v3,v6 v2
,v5
v1
v v6
Vmed
v3,v6 v1,v4 v2,v5
v3 v2
v4
v1 v6 v2 v4
t
v3 v5
Fig.4.49.: Rectificadores en serie.
L
C.A
R
C.A

v9
vAB
v1
v2
v3
30º
v1 v2 v3 Primario()
IM
VDE
VAB
RE
v4 v5
A B
vAB
v7 v8
v6 Secundario( )
Secundario()
D vDE
E
vDE
t
t
Fig.4.50.: Transformador de tres devanados.

1
2
v vd
vd
p=12
vR1 vR2
Primario ()
vR1
L
Secundarios R
vd


vR2
t
Fig.4.51.: Rectificador de doce pulsos.

v1 v6 v2 v4 v3 v5
v1-5
v1-6
i1 i2 i3 i1 i2 i
i6 i4 i5 i6 i4
v
4.9.2)Rectificadores en paralelo
Rectificador 1 Rectificador 2
vd1
i1
i2
i3
id1 id2
Id
L
vd i4
i5
i6
vd2
v1 v2 v3 R v4 v5 v6
Reactor de
interfase
vri
2
vri
2
 = 0º
d
vd
vd2 vd1
t
vri
t
id1
id2
3
Fig.4.52.: Rectificador doble estrella con reactancia de interfase.
Id
2 t
Id
2 t

III IV
0
i
4.9.3)Rectificadores en antiparalelo: el convertidor
dual.
Rect I Rect II
a)
d
id
vd vd
Rect I
b)
Rect II
Fig.4.53.: Convertidor dual: a) esquema básico; b) cuadrantes de operación.
L1 L2 L3
vd1
Rect 2
Rect 1
a)
b)
Fig.4.54.: Convertidor dual de 3 pulsos: a) circuito; b) formas de onda.
id
II I
0
2
vd2 M.G
1' 2' 3'
1 3

Fig.4.56.: Camino de la corriente circulante.
Fig.4.57.:Formas de onda del convertidor dual con corriente circulante de la figura 4.53.
vs1 vs2
vs3
vd2
M.G
vd1
1' 2' 3'
id
1 2 3 vkr ikr

IKR'
IKR''
IKR'
IKR''
LD
LKR LKR
1 1 1 1
2 2
2 2 3 3
A LKR
B A B
LKR
a) b)
LKR
A B A B
c) d)
1 1
2 2
3 3
A B
e)
Fig.4.58.: Algunos convertidores duales: a) y c) moonofásicos; b) y c) trifásicos con
corriente circulante y e) trifásico sin corriente circulante.
IKR
Tr1
IKR
Tr2

CAPÍTULO 5 CICLOCONVERSORES
CAPÍTULO 5
CICLOCONVERSORES
5.1)PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.
I
II
vd, id
Fig.5.1.: Esquema de un cicloconversor.
vd
id
t
0



II I I II II
Inv Rectificador Inv Rectificador Inv
A B C D E
Fig.5.2.: Formas de onda de un cicloconversor.
L R id
vd
Carga

va ia
va ia P
vb
ib id
vb ib
id
vc
ian
ic vd
vc
ic
N
5.2)CICLOCONVERSORES DE TRES PULSOS
iap
N
vd
Fig.5.3.: Formas de onda de un cicloconversor de punto medio con carga resistiva.

foutput
finput
foutput

1
5
 10 Hz
Fig.5.4.: Formas de onda de un cicloconversor de tres pulsos con carga inductiva.

Fig.5.5.: Cicloconversor de 3 pulsos con carga trifásica.
Fase 1
Fase 2
N N
Fase 3

I II
Ld
R
b
5.3)CICLOCONVERSORES DE 6 PULSOS
id
va
v vd
vc
Fig.5.6.: Cicloconversor de 6 pulsos con carga monofásica.

Fase 1
Fase 2
Fase 3
Fig.5.7.: Cicloconversor de 6 pulsos trifásico.

5.4)CICLOCONVERSORES DE 12 PULSOS
Fuente de
Poder
Interruptor
de
Alto Voltaje
Exitación
Transformador
de Potencia
Ciclo-
Conversor
iL1 iL2 iL3
vL1 vL2 vL3
Lazo de
Control
iL1,L2,L3
vL1,L2,L3
M Motor
3 - trifásico
Variable de Referencia Variable de actuación
iL1 a iL3 Corrientesdel Motor vL1 a vL3 Voltajes del Motor
Fig.5.8.: Cicloconversor de 12 pulsos alimentando un motor sincrónico.

Fig.5.9.: Formas de onda del voltaje generado por el cicloconversor de 12 pulsos.

CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DE FRECUENCIA FIJA
iS i
iG2
Circuito de
disparo
iG1 L
R
Circuito de
disparo
iS
iG
L
R
i
CAPÍTULO 6
CONVERTIDORES DIRECTOS DE
FRECUENCIA FIJA (AC-AC)
6.1)INTERRUPTOR BIDIRECCIONAL DE
ESTADO SÓLIDO
d d
vs
vd
vs
vd
a) b)
Fig.6.1.: Interruptor estático de corriente alterna con: a) tiristores; b) triacs.

CAPÍTULO 6 CONVERTIDORES DIRECTOS DE FRECUENCIA FIJA
6.1.1)Convertidor AC-AC monofásico con control de
fase.-
 = 40º
v vd
vs
 = 100º
v vd vs
t t
iG1
iG2
iG1
t t
iG2
=150º
v
vs
=120º
vd
t
a)
=110º
t
=90º
t
id
t
iG1
t
iG2
t
b)
N
Fig.6.2.: Convertidor AC-AC monofásico con control de fase: a) carga resistiva; b) carga
inductiva; c) característica de tensión en la carga.

v vd vs
t
T1
T
T2
iG1
t
iG2
v T1
a
+
ia L
A
vb
T2
T3
+ bi L
B
vc
T4
T5
i L
+ c
C
6.1.2)Convertidor AC-AC monofásico con control
integral de ciclos.
t
Fig.6.3.: Formas de onda del convertidor AC-AC monofásico de la figura 6.1 con control
integral de ciclos.-
6.2)CONVERTIDOR AC-AC TRIFÁSICO.
R
R
n N
R
T6
Fig.6.4.: Circuito de potencia de un convertidor AC-AC trifásico completamente
controlado.

T5
ic L
C
ia L
A
R
N
R
vb
vc
T1
a R
+
T2
T3
n + T4
+
ib L
B
T6
va
vb
vc
0 t
ig1
t
ig2
t
ig3
t
ig4
t
ig5
t
ig6
t
ia
0 t
vab
0 t
T1 T1 T1 T2 T2 T2 T1 T1 T1 T2 Fase a
T4 T4 T3 T3 T3 T4 T4 T4 T3 T3 Fase b
T5 T6 T6 T6 T5 T5 T5 T6 T6 T6 Fase c
Fig.6.5.: Convertidor AC-AC trifásico completamente controlado con carga resistiva y
 = 0º.
v

T5
ic L
C
ia L
A
R
N
R
vb
vc
T1
a R
+
T2
T3
n + T4
+
ib L
B
º
T6
va vb vc
0 t
ig1
t
ig2
t
ig3
t
ig4
t
ig5
t
ig6
t
ia
0 t
vab
0 t
T 1 T 1 T 1 T1 T1 T2 T2 T 2 T2 T 2 T 1 T 1 T 1 T1 T1 T 2 Fase a
T 4 T 4
T 5 T 5
T 4 T 4
T 6
T 3 T3
T 6 T 6 T6
T3 T3
T 6
T 3
T 5 T5
T 4 T4 T 4
T 5 T5 T 5
T4 T4
T6
T3 T3 T3
T6 T6 T6 T6
Fase b
Fase c
Fig.6.6.: Formas de onda de un convertidor AC-AC trifásico completamente controlado
( = 30º).
v

Fig.6.7.: Corriente ia en un convertidor AC-AC trifásico con carga resistiva y diferentes
ángulos de disparo 




Fig.6.8.: Oscilogramas de la corriente en el convertidor AC-AC trifásico de la figura 6.4
con carga inductiva-resistiva.

CAPÍTULO 7 CONVERTIDORES DE CONMUTACIÓN FORZADA
ie
T
id
+ iD
D
L
R
CAPÍTULO 7
CONVERTIDORES DE
CONMUTACIÓN FORZADA
7.1)PULSADORES.-
Se los conoce también como:
* Convertidores CC-CC.
* Choppers.
7.1.1)Principio de funcionamiento.-
VB vd
Fig.7.1.: Chopper reductor (Buck).

L
R
id
VB
vd
0
ton
T
toff t
iT1
Vd
VB
0 1

ie id id
L+
i
VB vd
D vd
R
a) ton b) toff
t
t
c)
1 T
Vd  v d dt
T 0
D 
ton
T D
d)
Fig.7.2.: Chopper reductor: a) y b) circuitos equivalentes; c) formas de onda;d) tensión
versus ciclo de trabajo D.
iD1

+ + +
T1 T3
vd
+
id
R L
T2 T4
v
VB VB vd
a) b)
id
T1 D1
+ id
B d
v
T2 D2
+
c)
id
V vd
d)
Fig.7.3.: Estructuras básicas de convertidores CC-CC: a) reductor (Buck); b) elevador
(Boost); c) de dos cuadrantes; d) de 4 cuadrantes (puente).
d
V

vL iT
iC
+
T
+ +
iL L D iD id
VB R vd
iL L
iT
VB
a)
R vd
iL L iD
VB
id
R vd
b) ton c) toff
t
d)
Fig.7.4.: Convertidor CC-CC elevador (Boost): a), b) y c) circuitos de potencia y
equivalentes; d) formas de onda.
vd
ton
toff t
T
iL
t
iT
t
iD
vd > VB
id

I
II
VB
ton toff t
id
t
iT2
t
iD1
i
v
vd
VB
d
VB
iT1
d
V
C
id
i
D2
ton
toff t
t
vd t
a)
vd
VB
vd
VC
id
vd
t
b)
Fig.7.5.: Chopper de dos cuadrantes.
iT1
T1 D1
+ id
T2
iD2
D2
L
R
+
iD1
T1 D1
+
id
iT2 L
T2 D2 R
+

I
II
iD3
D3
id
VB
D4
vd
VB
0
-VB
iT1
iT4
iD2
iD3
t
Fig.7.6.: Chopper de 4 cuadrantes (figura 7.3-d), en cuadrante I.
iD3
D3
id
VB
D4 vd
VB
0
-VB
Fig.7.7.: Chopper de 4 cuadrantes (figura 7.3-d), en cuadrante II.
iT1
T1 D1 T3
vd
+
i R L
d
T2 D2 T4
iD2
iT4
vd
id
t
t
iT1
T1 D1 T3
+
i R
vd
L +
d
T2 D2 T4
iD2
iT4
id
t
vd

t
vd id
IV
vd
t
id
iD3
D3 vd
VB
D4
id
VB
0
-VB
Fig.7.8.: Chopper de 4 cuadrantes (figura 7.3-d), en cuadrante III.
iD3
D3 vd
VB
D4
id
VB
0
-VB
Fig.7.9.: Chopper de 4 cuadrantes (figura 7.3-d), en cuadrante IV.
III
iT1
T1 D1 T3
vd
+
R L
T2
id
D2 T4
iD2
iT4
iT1
T1 D1 T3
vd
+
+
R L
T2
id
D2 T4
iD2
iT4

7.2)INVERSORES.-
7.2.1)Inversores monofásicos.-
Inversor semipuente monofásico
VB +
2
iT1
T1
vd
D1
iD1
VB/2
-VB/2
vd
T/2
T
VB
2
id
R L id
+
T2
iT2
a)
VB/2
t
-VB/2
vd
T/2
iD2
D2
id
t
T
iT1
iD1
iT2
iD2
iBT1
iBT2
iT1
t t
iD1
t t
iT2
t t
iD2
t t
iBT1
t t
iBT2
t t
b) c)
Fig.7.10.: Inversor semipuente monofásico: a) circuito; b) formas de onda con carga
resistiva; c) formas de onda con carga resistiva-inductiva.

i
Inversor puente monofásico
iT1 iD1
iT3 iD3
T1
iBT1 D1 D3
T3
vd
VB
+
T2
iT2
R L
d
T4
D2
iD2
iT4
D4
iD4
VB
-VB
iT1,T4
iD1,D4
iT2,T3
iD2,D3
iBT1,BT4
iBT2,BT3
vd
id
t
T/2
T
t
t
t
t
t
t
Fig.7.11.: Inversor puente monofásico: a) circuito; b) formas de onda.

7.2.2)Inversor trifásico fuente de voltaje.-
Vd
Fig.7.12.: Circuito de potencia de un inversor trifásico fuente de voltaje.
vS
Fig.7.13.: Inversor trifásico conectado a una red monofásica.
is
60-Hz
Entrada ac
a
+
-
Vd b
Motor
c
N
Fig.7.14.: Inversor trifásico conectado a una red trifásica.
+ a
b Motor
c
N
iS
a
Vd
b Motor
c
N

V
+
+
d
2
Vd
o
+ Vd
2
-
iT1
T1
T4
iT4
D1 T2
D4 T5
iT2
iT5
D2
T3
D5 T6
iT3
D3
D6
iT6
Carga
R S T
vR
vS vT
N
T1 0 º
T2
T3
T4
T5
T6
vRS
vST
vTR
vR
60 º 120 º 180 º 240 º 300 º 360 º
Vd
Conduce
Vd
2
V
No conduce
Vd
t
t
t
t a)
t
t
t
t b)
t
t
3 d
S
t c)
Vd
vT
vNO Vd/6
3
t
t d)
Fig.7.15.: Formas de onda de voltajes en un inversor trifásico: a) estados de conducción; b)
tensiones entre líneas; c) tensiones fase-neutro en la carga; d) tensión del neutro.
v

R
+
+ Vd
2
Vd
o
+ Vd
2
-
iT1
T1
T4
iT4
iD1
iD4
D1 T2
D4 T5
iT2
iT5
D2 T3
D5 T6
iT3
D3
D6
iT6
Carga
R S T
vR
vS vT
N
Conduce No Conduce
T1
t
T2
t
vRS
t
vR ,
iR
i vR
t
iT1
t
iD1
t
iT4
t
iD4
t
Fig.7.16.: Formas de onda de voltajes y corrientes en un inversor trifásico sin modulación

CAPÍTULO 8 CIRCUITOS DE DISPAROS PARA SEMICONDUCTORES
iG
Circuito de
disparo
+
v
Ld
s
R
Vcc
iG
vs
vsinc
Tr
CAPÍTULO 8
CIRCUITOS DE DISPARO PARA
SEMICONDUCTORES
8.1)ELEMENTOS BÁSICOS DE UN CIRCUITO
DE DISPARO.-
T1
220 Vref vd
vc
Fig. 8.1.: Esquema básico de un circuito de disparo.

K
-
I
v
+ v1sinc Tr1
C1
+Vcc
R0
+Vcc
-VB
-
Multivibrador
monoestable
+Vcc
II +
+ v III
2
- v3
v6
V
v
Tensión de
sincronismo
Generador de
diente de sierra
vds
Comparador
Multivibrador
monoestable
Al Gate
vc
Fig. 8.2.: Diagrama en bloques de un circuito de disparo elemental.
+Vcc
a)
Pulso de
disparo
vC
vsinc:kvs 

0 t
=0º
v1
0 t
v2
m
C
b)
0 t
v3
0
t
v6
0

t
Fig. 8.3.: Circuito de disparo con amplificadores operacionales: a) circuito; b) formas de
onda.

R
E
R2
B2
VBB
C vC
B1
R1
vG
Carga
R
R2
Tr1
+
vS
C
vG

 
8.2)CIRCUITOS DE DISPARO CON
TRANSISTORES MONOJUNTURA.
+Vcc
vC 1
2
vP
t
vG
t
1 2
Fig. 8.4.: Oscilador de relajación con transistor monojuntura.
R3
D1
a)
VZ
vS
b)
vG
Fig. 8.5.: Circuito de control con transistor monojuntura.
vS
vZ
vp=VBB


D2
D1
G
o
Retardo
del
ángulo
8.3)CIRCUITOS DE DISPARO AISLADOS
PARA SCR.
A
15 V
K
RG
Señal TG
de
pulso
Fig. 8.6.: Uso de transformador de pulso para aislar SCR.
1 2
Línea
3 4
Fuente de poder
para el circuito de
disparo del Gate
Detección de
cruce por cer
Trafos de
pulsos
vcontrol
Amplificador
de pulsos
Tierra del
control
Fig. 8.7.: Diagrama general del circuito de disparo para un rectificador monofásico.

Registro d
sincronism
Detector de
cruce por
cero
-
e
+ o
C 10 monitor de
descarga
-
 3.1 Vac + Lógica
Iconst -
Control del
comparador
Transistor de
descarga
+
8.4)CIRCUITOS DE DISPARO INTEGRADOS
PARA TIRISTORES.
Sincronización5
Usyn
14 Q1
Fuente
16
Us
+
Tierra 1
15 Q2
4 Q1 +
R4
2 Q2 +
R2
3 QU + a)
R3
7 QZ +
R7
8 9 10 11 6 13 12
Uref
10
C8 R9 C10
[RR] [CR
]
Resistencia de la
rampa
Condensador de la
rampa
U S6 S13 C12 [C ]
11 i
Selección del largo del
pulso para Q1 y Q2
Selección del largo del
pulso para Q1 y Q2
Inhibidor del pulso
Voltaje de control
b)
Fig. 8.8.: Circuito de disparo integrado TCA 785: a) diagrama de bloques; b) formas de
onda.
U

Fig. 8.9.: Control de un tiristor en el circuito TCA 785.
Fig. 8.10.: Circuito de control de fase de un convertidor AC-AC monofásico.

Fig. 8.11.: Circuito de disparo para un rectificador trifásico semicontrolado.

Fig. 8.12.: Circuito de disparo con doble pulso para un rectificador trifásico puente
totalmente controlado.

IC
DS0026
o
UC1706/07
RG
8.5)CIRCUITOS DE DISPARO PARA
TRANSISTORES DE POTENCIA.
VGG
+
Del circuito
de control
-
Comparador
G
E
VGG
Del circuito
de control
Fig. 8.13.: Amplificación de la corriente por el gate.
+15 V
3 k RG
Del circuito
de control
F
100pF
Optoacoplador
(HPL-4503)
IXLD4425
Fig. 8.14.: Circuito de disparo con aislación galvánica mediante acoplador óptico.

Aislación
de señal
Circuito
de control
base
Lógica y
electrónica
de control
Aislación
de señal
Circuito
de control
base
Aislación
auxiliar de poder
para circuitos de
control base
Diodos
antisaturación y/o
conexiones de
protección de
sobrecorriente
Vcc
T+
Df+
+
-
+
Vd
- T- Df-
Entradas
de control
Circuito de
disparo
iL
vS
Tierra de
seguridad
Fig. 8.15.: Sobre la necesidad de la aislación de los pulsos de disparo.
Módulo
+
L
300 V
vL
R
-
Fig.8.16.: Chopper de un cuadrante.

Fig.8.17: Encendido del transistor; a) VGE: 5V/div; b) VCE: 50V/div, tiempo: 500ns/div.
Fig.8.18: Corte del transistor, VCE: 50V/div, tiempo: 100ns/div.

Fig.8.19: Operación a 100 kHz, VCE: 50 V/div, IC: 10 A/div, Tiempo: 2 s/div.
Fig.8.20: Operación a 100 kHz, IC: 10 A/div, Tiempo: 2 s/div.
Fig.8.21: Cortocircuito en la carga, IC: 20 A/div, Tiempo: 2 s/div.

CAPÍTULO 9 APLICACIONES Y CONTROL DE CONVERTIDORES ESTÁTICOS
CAPÍTULO 9
APLICACIONES Y CONTROL DE
CONVERTIDORES ESTÁTICOS
9.1)CONTROL DE RECTIFICADORES.-
Fig. 9.1.: Esquema de control básico de un motor de corriente continua
Controlador
Velocidad
Controlador
Corriente
Sincronismo
nRef iARef 
n iA
iA
M,G G

nRef
iaRef
v n
c  
Carga
n ia
ia
Fig. 9.2.: Control de una máquina de corriente continua alimentada por un rectificador
puente.
n=0
t
t
Fig. 9.3.: Comportamiento de las variables en el sistema de la figura 9.2.
Fig. 9.4.: Transductores de corriente alterna para medir la corriente de salida del
rectificador.
vS
G1 R1 R2
i''S
Rb
vi
C
i'S
Red
Rb
i''S
i'S
G1 R1 R2
v vi
C
S
Red
nref
n
iref
ia

Fig. 9.5.: Control de velocidad en 4 cuadrantes con un convertidor dual con corriente
circulante.
Fig. 9.6.: Inversión de marcha del motor de la figura 9.5.
icirc
ref iaref
id1

id1
-1
i
id2
circ
id2
MG
ia
G
 ref


t
ia
ia
t
id1
icirculante
id2
icirculante
t
t

in
Circuito de
comando
nref iref
ia
n
& 1
vd
M.G
G
L1 L2 L3
ia
Fig. 9.7.: Control en 4 cuadrantes con un conversor dual sin corriente circulante.
Fig. 9.8.: Comportamiento temporal de variables de la figura 9.7 en una inversión de giro.

L1 L2 L3
Fig. 9.9.: Accionamiento de 4 cuadrantes con inversión del rotor.
L1 L2 L3 L1 L2
Fig. 9.10.: Accionamiento de 4 cuadrantes con inversión del campo.
i
Medición
de i Conmut.
a
ia
nref
n
iref
n
&  1 Comando
M.G
UB
G
i
Medición
de i Conmut.
a
ia
nref
n
iref
n
&  1 Comando
ia
M.G
ia
UB
G

Kd
1+pTd
1
pTM
Tt TM
eM
mL
nW KR1(1+pTR1) iW
pTR1
K e-pT
Ud id
nM
t
t
Control de corriente
Control de velocidad
KR2(1+pTR2)
pTR2
UR
Control de velocidad
Fig. 9.11.: Diagramas de bloques de un motor de corriente continua controlado.
9.2)CONTROL DE CHOPPERS.
9.2.1)El control de corriente de dos posiciones
(histéresis).
Fig. 9.12.: Control de corriente de 2 posiciones (Bang-Bang).
KR1 TR1 KR2 TR2 Kt Tt Kd Td
eM
m TM
L
nW iW UR
Ud id
nM
Control de corriente
X T1, T4
T2, T3
iL
Comparador
X T1 T3
i 1
Lref 
vL
+
iL

2
X
V
R L
 T2 T4

V
t
-V
iLref
iL /2
iL
t

vL
V
t
-V
X
1
Estrategia de control:
Si iLref > iL  iL debe aumentar
Si  = iLref - iL > /2, x= “1”.
 T1 y T4 conducen y vL = V  iL aumenta.
Si iLref < iL  iL debe disminuir
Si  = iLref - iL < - /2, x= “0”.
 T2 y T3 conducen y vL = - V  iL disminuye.
vL
X
1
0
t
0
t
Fig. 9.13.: Formas de onda del control de corriente de 2 posiciones: a) histéresis ancha; b)
histéresis angosta.
iL 
iLref
iL
t

a)
w, wref
0
ia
, ia ref
0
b)
Fig. 9.14.: Máquina de C.C. alimentado por un chopper de 4 cuadrantes. Control de
corriente con histéresis: a) diagrama de bloques; b) formas de onda durante inversión de
marcha.
Fig. 9.15.: Motor de C.C alimentado por un chopper de 1 cuadrante. Control de corriente
con histéresis.
ia
Comparador
PI Velocidad
X T1 T3
ref
iaref
+
1

2
X T1, T4
T2, T3
V
+

i  T2  T4
a
w
t
wref
ia
t
ia ref

Cont
+
vd
Fig. 9.16.: Arranque del motor de la figura 9.15.
9.2.2)Modulación del ancho de los pulsos (Pulse
Width Modulation = PWM).
Comparador
v
Fig. 9.17.: Chopper con control PWM.
T1 T3
vL
V
i R L
L
T2 T4

'1'
'0'
X T1,T4
T2, T3

cont 2 d
Vdm
t
X
'1'
'0'
v t
L
V
iL
t
-V
Principio de funcionamiento:
Si vcont > vd  x= “1”.
 T1 y T4 conducen y vL = V.
Si vcont < vd  x= “0”.
 T2 y T3 conducen y vL = - V.
vd , vcont
Vdm
Vcont 1 vd
vd , vcont V v
t
X
'1'
'0'
t
vL
V
iL
t
-V
a) b)
Fig. 9.18.: Chopper con control PWM: a) Vcont1 > 0;b) Vcont2 > Vcont1.

i L
Vcont 3
vL
t
i L
vcont vd
t
vd , vcont
Vdm
vd ,
vd Vdm
0
t
Vcont 3
L
V V
0
t
-V
X
'1'
'0'
-V
X
'1'
'0'
t
a) b)
Fig. 9.19.: Chopper con control PWM: a) Vcont3 < 0; b) Mayor frecuencia de
conmutación.
a) b)
Fig. 9.20.: Respuesta a escalón de referencia del modulador PWM con frecuencia de
conmutación: a) baja; b) más alta.
Vdm D=0.75
t
VL
400
0
t
-400
iL =15[A]
iL
L=0.01[H]
R= 20[]
0
0.5 1 1.5 2 [ms] t
Vdm
t
VL
t
iL
t
t
v

Fig. 9.21.: Control de velocidad de un motor C.C alimentado por un chopper con control
PWM.
9.3)CONTROL DE INVERSORES.
9.3.1)Inversor monofásico controlado por histéresis.
a)
0
b)
Fig. 9.22.: Inversor monfásico con control por histéresis: a) diagrama funcional; b) formas
de onda.
'1'
'0'
PI Velocidad Comparador
T1 T3
 i
ref aref V vLCont
+

+
 
iL
V
+
vd T2  T4
ia
X T1, T4
T2, T3
iL
Comparador
X T1 T3
i
1
Lref 
vL

2
V
+ L
R
iL 
T2 T4
i L
t
i*
L

9.3.2)Inversor monofásico con modulación PWM.
Fig. 9.23.: Inversor monofásico con modulación PWM.
vcont
vd
0
(1/fs)
vL
vL1
0
Fig. 9.24.: Formas de onda del inversor monofásico con modulación PWM de la figura
9.23.
'1'
'0'
X T1, T4
T2, T3
Comparador
T1 T3
v vL
Cont
+

vd
V
i R L
L
T2 T4

b)
Fig. 9.25.: Variación de frecuencia con modulación PWM: a) 120 V- 60 Hz; 120 V- 30 Hz.
b)
Fig. 9.26.: Variación de amplitud con modulación PWM: a) 120 V – 60 Hz; 60 V – 60 Hz.
a)
a)

Fig. 9.27.: Variación de voltaje y frecuencia en un inversor monofásico con modulación
PWM: a) 60 Hz – 120 V; b) 30 Hz – 60 V; c) 20 Hz – 40 V.
a)
b)
c)

9.3.3)Inversor trifásico con control de corriente.
ic
n
a)
Nota: Las fases b y c tienen un control similar.
*
a
ia
0 t
vab
0
t
va
0 t
b)
Fig. 9.28.: Inversor trifásico con control de corriente por histéresis: a) circuito; b) formas
de onda.
 C.D
C.D
T1 T3 T5
V
T2 T4 T6
N
i *
Xa ia ib
a
+ a vab
b vbc
c
i Xa
a
va vb vc
i

9.3.4)Inversor trifásico con modulación PWM.
a)
C
Nota: Las fases b y c tienen un control similar.
b)
Fig. 9.29.: Inversor trifásico con modulación PWM: a) circuito; b) formas de onda.
C.D
C.D
v *A
+
Xa
T1 T3 T5
vd V
Xa T2 T4 T6
vB
*
+
Xb
N iA i iC
vd
A
B
v
B
AB vBC
vd
vA vB vC
v *
C
+
X t
c
n
vd

*
A vB
v
* vC
*
0 t
vAC
0 t
vA
0 t
iA
0 t
Fig. 9.30.: Inversor trifásico con modulación PWM, comportamiento de la corriente de
carga.
v d

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