electrónica industrial

1. ELECTRÓNICA
INDUSTRIAL
CONVERTIDORES

2. ARQUITECTURA DE CONVERTIDORESARQUITECTURA DE CONVERTIDORES
Carga1 a V1
Carga2 a V2
Carga3 a V3
Fuente 1
Fuente 2
+
+
-
Bus DC
Convertidor1
(AC/AC)
Convertidor3
(DC/DC
bidirec.)
Convertidor2
(AC/DC)
Convertidor4
(DC/DC)
Convertidor 5
(DC/AC)
Bus AC

3. Índice
1.Introducción
2.Rectificadores no controlados monofásicos
3.Rectificador controlado de silicio SCR
4.Rectificadores controlados monofásicos
5.Rectificadores no controlados trifásicos
6.Rectificadores controlados trifásicos
Convertidores CA/CC

4. Introducción
Convertidores CA/CC
La energía se distribuye en forma de tensión
alterna
Sin embargo, los equipos electrónicos necesitan una tensión
continua para funcionar
Conversión en mayoría de los casos es de CA/CC. Si la
tensión obtenida no es adecuada para la aplicación, se
pueden conectar en cascada otros convertidores
CA/CC CC/CC
CA/CC CC/CA

5. Los convertidores CA/CC se clasifican de la
siguiente forma:
No
Controlados Controlados• Monofásicos
• Trifásicos
• Monofásicos
• Trifásicos
Rectificador controlado, un circuito de control puede
modificar los parámetros de funcionamiento del convertidor y
regular en cierta medida la tensión de salida
Rectificador no controlado, no hay posibilidad de control y la
tensión de salida depende exclusivamente de la carga
En la actualidad, el esquema más usado es el convertidor
CA/CC no controlado. A continuación se conecta otro
convertidor en cascada que se encarga de controlar la tensión
de salida

6. Especificaciones típicas de la tensión alterna
Europa 220 V, 60/50 Hz
230 V, 50 Hz
240 V, 50 Hz
EE.UU 110 V, 60 Hz
Japón 100 V, 60 Hz
100 V, 50 Hz
Red de baja tensión
380 V,60/ 50 HzTrifásica
Red de media tensión 3, 6, 10, 15, 20 kv, 50 Hz

7. Rectificadores no controlados monofásicos
Rectificador en puente completo o doble onda
VC
Vin: 230 V, 60/50 Hz
V3252230 =⋅
Formas de onda
•La tensión de salida es continua
•El rizado depende de la carga
•El valor medio no es controlable
•Corriente de entrada muy picuda
•Mal factor de potencia (≈ 0.5)
Muy sencillo
Muy robusto
Barato

8. Rectificador en puente completo
VC
Vin: 230 V, 50 Hz
Principio de funcionamiento
Semiciclo positivo Semiciclo negativo
VC = Vin VC = Vin
Vin
Vin
VC VC
El condensador se carga al valor de pico de la tensión de entrada

9. VC
Vin: 230 V, 50 Hz
Formas de onda
El condensador se
carga durante el
tiempo que circula
de corriente. El
resto del tiempo
esta descargando la
energía sobre la
carga
∆VC
(Rizado)
0.5 – 1 ms
10 ms
iin

10. Doblador de tensión
En la actualidad muchos equipos portátiles funcionar con la tensión
nominal de cualquier país. “rango de tensión universal”: 90-265 V
Al haber tanta diferencia de tensión entre la mínima y la máxima, los
equipos pueden tener problemas para funcionar. Un posible circuito
para solucionarlo es el doblador de tensión
230 V
110 V
Con 230 V el interruptor está
abierto
El funcionamiento es igual
que el de un rectificador de
doble onda normal
El condensador equivalente
que verá la red será C/2
C
C

11. Doblador de tensión
Cuando la tensión de
entrada es de 110 V, se
cierra el interruptor
110 V C
C
110 V D3
D4
D3 y D4 se cortan porque están en paralelo con los condensadores
Semiciclo positivo
Semiciclo negativo
VC1 = Vin
VC2 = Vin
V0 V0
En total, la tensión en la carga es la suma de la tensión en los dos
condensadores: V0 = 2·Vin (2·110 V = 220 V)

12. Rectificador controlado de silicio
p2
n2
n1
p1G
K
A
J3
J2
J1
Ip2
n2
p1
n1
C
A
K
Estructura Interna
y circuito equivalente Característica
Símbolo
El SCR es el tiristor por excelencia
(Cátodo)
(Puerta)
C
G
A
(Ánodo)
E
B
C
C
B
E
IA
VAC
VB
IG

13. VAC
VB
IG
C
G
A
IA
IA
VAC
Estado de bloqueo:
•Soporta tensión inversa
y tensión directa
• Si se introduce un pulso de
corriente por puerta
o la tensión alcanza el valor
de ruptura directa VB
Estado de conducción:
•Conduce corriente directa
y se mantiene en conducción
siempre que la corriente esté
por encima de imim
im = Corriente de
mantenimiento

14. G
A
C
Modelo ideal de un SCR
A
C
G
El disparo por tensión directa (VB) se considera indeseable y, como
norma general, debe seleccionarse el SCR para que esto no ocurra
Podemos decir que es un interruptor
unidireccional que se cierra con un pulso de
corriente de puerta (disparo) y se abre cuando la
corriente pasa por cero
P
P
N
N
A
C
G

15. Ejemplo: Control de fase
R
V1
V1
VR
VR
Disparo
αDisparo
Cuando el tiristor recibe un pulso
de corriente en la puerta comienza
a conducir, siempre y cuando
tenga polarización directa entre
ánodo y cátodo
Controlando el ángulo de disparo α controlamos la energía que
pasa
Rectificador monofásico controlado de doble
onda

16. T1 y T4 T3 y T2
230 V,50 Hz
El tipo de carga es muy
importante para determinar las
formas de onda. Consideramos
una carga fuertemente
inductiva para que el tiristor no
se apague con tensiones
negativas
US
US
θ
Punto en el que comenzaría
la conducción de D1
Punto en el que comienza la
conducción de T1
USmed
Rectificador monofásico controlado de
doble onda
T1 T2
T4T3

17. Rectificador monofásico controlado de
doble onda
US
θ
USmed
Cada tiristor
conduce 180º
El ángulo de
disparo define la
tensión que se
obtiene a la salida
Si el ángulo de
disparo supera los
90º habrá un
balance de potencia
negativa
Funcionamiento
como inversor
autónomo
USmed
US
θ
USmed
θ

18. Rectificadores no controlados trifásicos
Rectificador no controlado de media onda
En entornos industriales se suele usar la red trifásica
• Las formas de onda tienen menos rizado de forma natural
• Tiene mayor capacidad de manejar potencia
Los circuitos son básicamente iguales a los monofásicos
UR
US
UT
D1
D2
D3
UR
US
UT

19. Rectificador no controlado de media
onda
R S T
UR
US
UT
D1
D2
D3
En la rama superior, en cada instante conduce el diodo que tiene más
tensión en el ánodo
En la rama inferior, en cada instante conduce el diodo que tiene más
tensión en el cátodo (en este caso, tensión negativa)
0º
60º 120º 180º 240º 300º 360º
30º 90º 150º 210º 270º 330º
Us

20. D1 D2 D3D1 D2 D3
Rectificador no controlado de
media onda
R S T
0º
60º 120º 180º 240º 300º 360º
30º 90º 150º 210º 270º 330º
Cada diodo conduce
120º
Cada 120º hay un
cambio en los
diodos que
conducen
Hay 3 intervalos en
360º
UD1

21. Rectificador no controlado de onda
completa
La tensión Us también será la
envolvente de esta forma de
onda  Menor rizado que el de
media onda
R S T
RS ST TRSR TSRT
R
S
T
Us
RL
D1
D4
D2
D5
D3
D6

22. D1 D2 D3
Rectificador no controlado de onda
completa
R S T
En la rama superior, en cada
instante conduce el diodo que
tiene más tensión en el ánodo
En la rama inferior, conduce
el diodo que tiene más
tensión negativa en el cátodo
Cada diodo conduce 120º
Cada 60º hay un cambio en
los diodos que conducen
Hay 6 intervalos en 360º
Se le suele llamar
“rectificador de 6 pulsos”
D4 D5 D
R
S
T
U
s
R
L
D1
D4
D2
D5
D3
D6

23. Rectificador no controlado de onda completa
R S T
RS RT
D1 D5 D6D1
R
S
T
US
RL
D1
D4
D2
D5
D3
D6
D1 D5
R
S
T
RL
D1
D4
D2
D5
D3
D6
US

24. Rectificadores controlados trifásicos
Rectificador controlado de media onda
R S T
UR
US
UT
T1
T2
T3
0º
60º 120º 180º 240º 300º 360º
30º 90º 150º 210º 270º 330º
Us
α=30º
En cada instante conduciría el diodo que tiene más tensión en el
ánodo
Pero la conducción del tiristor depende del ángulo de disparo

25. Rectificadores controlados trifásicos
Rectificador controlado de media onda
R S T
UR
US
UT
T1
T2
T3
0º
60º 120º 180º 240º 300º 360º
30º 90º 150º 210º 270º 330º
Us
α=60º
En cada instante conduciría el diodo que tiene más tensión en el
ánodo
Pero la conducción del tiristor depende del ángulo de disparo

26. Rectificador controlado de media
onda
R S T
UR
US
UT
T1
T2
T3
0º
60º 120º 180º 240º 300º 360º
30º 90º 150º 210º 270º 330º
Us
α=90º
En cada instante conduciría el diodo que tiene más tensión en el
ánodo
Pero la conducción del tiristor depende del ángulo de disparo
USmed=0

27. Rectificador controlado de media
onda
R S T
UR
US
UT
T1
T2
T3
0º
60º 120º 180º 240º 300º 360º
30º 90º 150º 210º 270º 330º
Us
α=120º
En cada instante conduciría el diodo que tiene más tensión en el
ánodo
Pero la conducción del tiristor depende del ángulo de disparo
USmed<0
Inversor no
autónomo

28. Rectificador controlado de onda
completa
R S T
T3 T5 T1T5 T1T6
Punto en el que comenzaría
la conducción de D1
Punto en el que comienza la
conducción de T1
α
US
α
RS RT TRSR TSSTTS
T2T6 T2T4 T3T4
R
S
T
T1
T5 T6
T4
T2 T3
US

29. Rectificador controlado de onda
completa R
S
T
T1
T5 T6
T4
T2 T3
US
R S T
US
α = 30º
RS RT TRSR TSSTTS
0º 60º
120º 180º 240º 300º 360º
30º
90º€ 150º 210º 270º 330º

30. Rectificadores controlados
trifásicos
Rectificador controlado de onda completa
R
S
T
T1
T5 T6
T4
T2 T3
US
R S T
US
α = 60º
RS RT TRSR TSSTTS
0º 60º
120º 180º 240º 300º 360º
30º
90º€ 150º 210º 270º 330º

31. Rectificador controlado de onda
completa
R
S
T
T1
T5 T6
T4
T2 T3
US
US
α = 90º
RS RT TRSR TSSTTS
0º 60º 120º 180º 240º 300º 360º30º 90º€ 150º 210º 270º 330º
R S T
USmed=0

32. Rectificador controlado de onda
completa
R
S
T
T1
T5 T6
T4
T2 T3
US
US
α = 120º
RS RT TRSR TSSTTS
0º 60º 120º 180º 240º 300º 360º30º 90º€ 150º 210º 270º 330º
R S T
USmed<0
Inversor no
autónomo

33. CONVERTIDORES C.A.-C.A. (CICLOCONVERTIDORES)CONVERTIDORES C.A.-C.A. (CICLOCONVERTIDORES)
DEFINICIÓN:DEFINICIÓN:
ES UN CONVERTIDOR QUE CONTROLA LA TENSIÓN, LAES UN CONVERTIDOR QUE CONTROLA LA TENSIÓN, LA
CORRIENTE Y LA POTENCIA MEDIA QUE ENTREGA UNA FUENTECORRIENTE Y LA POTENCIA MEDIA QUE ENTREGA UNA FUENTE
DE ALTERNA A UNA CARGA DE ALTERNADE ALTERNA A UNA CARGA DE ALTERNA
FUNCIONAMIENTO:FUNCIONAMIENTO:
INTERRUPTORES ELECTRÓNICOS CONECTAN YINTERRUPTORES ELECTRÓNICOS CONECTAN Y
DESCONECTAN LA FUENTE A INTERVALOS REGULARESDESCONECTAN LA FUENTE A INTERVALOS REGULARES
ESTA CONMUTACIÓN SE PRODUCE MEDIANTE UN ESQUEMAESTA CONMUTACIÓN SE PRODUCE MEDIANTE UN ESQUEMA
DENOMINADO CONTROL DE FASE QUE TIENE COMO EFECTODENOMINADO CONTROL DE FASE QUE TIENE COMO EFECTO
ELIMINAR PARTE DE LA FORMA DE ONDA DE LA FUENTEELIMINAR PARTE DE LA FORMA DE ONDA DE LA FUENTE
ANTES DE ALCANZAR LA CARGAANTES DE ALCANZAR LA CARGA



34. CONVERTIDORES C.A.-C.A. (CICLOCONVERTIDORES)CONVERTIDORES C.A.-C.A. (CICLOCONVERTIDORES)
ESQUEMA TRIFÁSICO DEL CICLOCONVERTIDOR A CONFIGURAR ENESQUEMA TRIFÁSICO DEL CICLOCONVERTIDOR A CONFIGURAR EN
NUESTRO EQUIPONUESTRO EQUIPO

TENSIONES EN LA CARGATENSIONES EN LA CARGA
INCONVENIENTES DE ESTOS CONVERTIDORESINCONVENIENTES DE ESTOS CONVERTIDORES
AL IGUAL QUE LOS RECTIFICADORES PRESENTAN PROBLEMASAL IGUAL QUE LOS RECTIFICADORES PRESENTAN PROBLEMAS
CON LAS CORRIENTES ARMÓNICAS QUE SE PRODUCE POR LACON LAS CORRIENTES ARMÓNICAS QUE SE PRODUCE POR LA
DISTORSIÓN DE LA ONDA SENOIDAL EN LA CARGADISTORSIÓN DE LA ONDA SENOIDAL EN LA CARGA
SOLUCIÓN: UTILIZACIÓN DE FILTROS RESONANTESSOLUCIÓN: UTILIZACIÓN DE FILTROS RESONANTES

35. TIRISTORESTIRISTORES
COMPONENTE ELECTRÓNICO BÁSICO DE ESTOS CONVERTIDORES DECOMPONENTE ELECTRÓNICO BÁSICO DE ESTOS CONVERTIDORES DE
CORRIENTECORRIENTE
INTERRUPTOR CASI IDEAL QUE NOS PERMITE MODIFICAR LA FORMA DE LAINTERRUPTOR CASI IDEAL QUE NOS PERMITE MODIFICAR LA FORMA DE LA
ONDA DE TENSIÓN Y CORRIENTE EN LA CARGA EN FUNCIÓN DE SUSONDA DE TENSIÓN Y CORRIENTE EN LA CARGA EN FUNCIÓN DE SUS
CONEXIONES Y DESCONEXIONESCONEXIONES Y DESCONEXIONES
PARA QUE EL TIRISTORPARA QUE EL TIRISTOR
PERMITA EL PASO DEPERMITA EL PASO DE
CORRIENTE A TRAVÉS DE ÉLCORRIENTE A TRAVÉS DE ÉL
HEMOS DE APLICAR UNAHEMOS DE APLICAR UNA
PEQUEÑA TENSIÓN EN ELPEQUEÑA TENSIÓN EN EL
TERMINAL DE PUERTATERMINAL DE PUERTA
EL BLOQUEO DE LA CICULACIÓN DEEL BLOQUEO DE LA CICULACIÓN DE
CORRIENTE A TRAVÉS DEL TIRISTOR SECORRIENTE A TRAVÉS DEL TIRISTOR SE
PRODUCE DE FORMA AUTOMÁTICA AL PASOPRODUCE DE FORMA AUTOMÁTICA AL PASO
POR CERO DE LA TENSIÓNPOR CERO DE LA TENSIÓN



36. TIRISTORESTIRISTORES
 VENTAJAS:VENTAJAS:
-INTERRUPTOR CASI IDEAL-INTERRUPTOR CASI IDEAL
-FÁCIL CONTROLABILIDAD-FÁCIL CONTROLABILIDAD
-SOPORTA TENSIONES ALTAS-SOPORTA TENSIONES ALTAS
-ES CAPAZ DE CONTROLAR GRANDES POTENCIAS-ES CAPAZ DE CONTROLAR GRANDES POTENCIAS
-RELATIVA RAPIDEZ-RELATIVA RAPIDEZ
 LIMITACIONES:LIMITACIONES:
RESPONDEN MAL ANTE VARIACIONESRESPONDEN MAL ANTE VARIACIONES
BRUSCAS DE TENSIÓN E INTENSIDAD (dV/dt),BRUSCAS DE TENSIÓN E INTENSIDAD (dV/dt),
(dI/dt)(dI/dt)
SOLUCIÓN:SOLUCIÓN:
COLOCAR UNA RED R-CCOLOCAR UNA RED R-C
EN PARALELO CON ELEN PARALELO CON EL
TIRISTOR QUE ABSORBATIRISTOR QUE ABSORBA
ESTE CRECIMIENTOESTE CRECIMIENTO
PROBLEMAS DEPROBLEMAS DE
SOBRECALENTAMIENTOSOBRECALENTAMIENTO
AL MANEJAR POTENCIASAL MANEJAR POTENCIAS
ELEVADASELEVADAS
SOLUCIÓN:SOLUCIÓN: DISIPADORDISIPADOR
TÉRMICOTÉRMICO

37. CCIRCUITO DE DISPAROIRCUITO DE DISPARO
COMPONENTE MÁS IMPORTANTE DEL EQUIPOCOMPONENTE MÁS IMPORTANTE DEL EQUIPO
CONTROLA LA SUCESIÓN DE APERTURA Y CIERRE DE LOS 6CONTROLA LA SUCESIÓN DE APERTURA Y CIERRE DE LOS 6
TIRISTORESTIRISTORES
PERMITE UN CONTROL LÓGICO O ANALÓGICO DEL DISPAROPERMITE UN CONTROL LÓGICO O ANALÓGICO DEL DISPARO
DE LOS TIRISTORES EN FUNCIÓN DE LAS NECESIDADES ODE LOS TIRISTORES EN FUNCIÓN DE LAS NECESIDADES O
MEDIOS DISPONIBLESMEDIOS DISPONIBLES




38. MONTAJE DEL EQUIPOMONTAJE DEL EQUIPO
ZONA DE CONTROL LÓGICO / ANALÓGICOZONA DE CONTROL LÓGICO / ANALÓGICOALIMENTACIÓN CIRCUITO DE DISPAROALIMENTACIÓN CIRCUITO DE DISPARO
ALIMENTACIÓN PRINCIPALALIMENTACIÓN PRINCIPAL
TRIFÁSICATRIFÁSICA
ALIMENTACIÓN A LASALIMENTACIÓN A LAS
CARGASCARGAS
ZONA DE CONFIGURACIÓN DEZONA DE CONFIGURACIÓN DE
LOS CONVERTIDORES YLOS CONVERTIDORES Y
MEDIDAS ELÉCTRICASMEDIDAS ELÉCTRICAS

39. PROTECCIONESPROTECCIONES
GENERALES:GENERALES:
TRIRISTORES:TRIRISTORES:
INSTALACIÓN POR FASE DE FUSIBLES ULTRARÁPIDOSINSTALACIÓN POR FASE DE FUSIBLES ULTRARÁPIDOS
(RECOMENDADOS PARA LA PROTECCION DE(RECOMENDADOS PARA LA PROTECCION DE
SEMICONDUCTORES) DESEMICONDUCTORES) DE In=10AIn=10A Y PODER DE CORTE DEY PODER DE CORTE DE
20kA20kA AA 500 V C.A.500 V C.A.
COLOCACIÓN DE REDES R-C POR CADA TIRISTORCOLOCACIÓN DE REDES R-C POR CADA TIRISTOR
PARA PROTECCIÓN CONTRA INCREMENTOSPARA PROTECCIÓN CONTRA INCREMENTOS
BRUSCOS DE TENSIÓN O INTENSIDAD DE LOSBRUSCOS DE TENSIÓN O INTENSIDAD DE LOS
SIGUIENTES VALORESSIGUIENTES VALORES
R C
68Ω 22µF
INSTALACIÓN DE UN DISIPADOR TÉRMICO DEINSTALACIÓN DE UN DISIPADOR TÉRMICO DE
0,48ºC/W0,48ºC/W PARA PROTEGER LOS MÓDULOS DEPARA PROTEGER LOS MÓDULOS DE
TIRISTOR DE SOBRECALENTAMIENTOS EXCESIVOSTIRISTOR DE SOBRECALENTAMIENTOS EXCESIVOS

