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ELECTRONICA DE POTENCIA. ALBERTO CABRERA TOLEDO. SAN PEDRO COMITANCILLO, OAXACA.

Electrnica de Potencia.

CONTENIDO.UNIDAD 1.- RECTIFICADORES MONOFSICOS Y POLIFSICOS. 1.1.- Anlisis de sistemas polifsicos. 1.1.1 Rectificadores monofsicos y polifsicos. 1.1.1.1 Rectificador monofsico de media onda. 1.1.1.2- Rectificador monofsico de onda completa. 1.1.2.- Rectificador 3 de media onda. 1.1.3.- Rectificador 3 de onda completa. 1.1.4.- Comparacin de rectificadores 1 y 3. 1.1.5.- Configuraciones (montajes) de sistemas polifsicos. 1.2.- Rectificacin trifsica de media onda no controlada. 1.2.1.- Rectificacin de media onda. 1.2.2.- Rectificacin bifsica de media onda. 1.2.3.- Rectificacin trifsica y hexafsica de media onda. 1.2.4.- Intensidades. 1.2.5.- Cadas de tensin. 1.3.- Rectificacin trifsica de onda completa no controlada. 1.3.1.- Rectificacin de onda completa. 1.3.1.1.- Intensidades. 1.3.1.2.- Cadas de tensin. 1.3.2.- Rectificacin de onda completa con montaje de secundario en polgono. 1.3.2.1.- Tensiones. 1.3.2.2.- Intensidades. 1.3.2.3.- Cadas en las resistencias y los diodos. 1.3.3.- Asociacin de rectificadores. UNIDAD 2.- CONVERTIDORES POLIFASICOS CONTROLADOS (AC-CD). 2.1.- Repaso de tiristores. 2.1.1.-Caractersticas de los tiristores. 2.1.2.- Modelo de dos tiristores. 2.1.3.- Activacin de un tiristor. 2.2.- Tipos de tiristores. 2.2.1.- Tiristores de control de fase o de conmutacin rpida (scr). 2.2.2.- Tiristores de desactivacin por compuerta (gto). 2.2.3.- Tiristores de trodo bidireccional (triac). 2.2.4.- Tiristores de conduccin inversa (rtc). 2.2.5.- Tiristores de induccin esttica (sith). 2.2.6.- Rectificadores controlados de silicio activados por luz (lascr). 2.2.7.- Tiristores controlados por fet (fet-cth). 2.2.8.- Tiristores controlados por mos (mct). 2.3.- Rectificacin trifsica de onda completa controlada. 2.3.1.- Remiconvertidores trifsicos. 2.4.- Rectificacin trifsica de meda onda. 2.4.1.- Circuito intermedio. 2.4.2.- Ondulador. 2.4.3.- Control v/f. 4 4 4 5 5 6 6 6 7 8 8 8 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 11 11 12 12 12 13 13 14 14 15 15 15 16 16 17 17 18 19 20 23 23 26

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UNIDAD 3. CONVERTIDORES DE DC CA. 3.1.- Introduccin. 3.2.- Anlisis del circuito bsico. 3.3.- Inversor con transistor bipolar. 3.4.- Tipos de transistor. 3.4.1.- Transistores bipolares (bjt - bipolar junction transistor). 3.4.2.- Transistores de efecto de campo (fet - field-effect transistor). 3.5.- Transistores y electrnica de potencia. 3.5.1.- Inversor con tiristor. UNIDAD 4.- ANLISIS DE CIRCUITOS BSICOS. 4.1.- Analisis de circuitos basicos. 4.2.- Tipos y caractersticas. 4.3.- Diversos tipos de reguladores. UNIDAD 5.- CONTROL DE MOTORES DE C.C. 5.1.- Repazo del motor de corriente contina. 5.2.- Control del motor de corriente contina. 5.2.1.- Control del motor de f.e.m. senoidal. 5.2.2.- Control del motor de f.e.m. trapezoidal. 5.3.- Tendencias. UNIDAD 6.- CONTROL DE MOTORES DE C.A. 6.1.- Repaso del motor de corriente alterna. 6.1.1.- Motores universales. 6.1.2.- Motores sncronos. 6.2.- Arrancador del motor de corriente alterna. 6.2.1.- Arranque de motores asincrnicos con rotor en jaula. 6.2.2.- Arranque directo de motores asincrnicos con rotor en jaula. 6.2.3.- Arranque a tensin reducida de motores asincrnicos con rotor en jaula. 6.3.- Control de velocidad del motor de corriente alterna. 6.4.- Aplicacin a los motores asincrnicos trifsicos.

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UNIDAD 1. RECTIFICADORES MONOFSICOS Y POLIFSICOS.1.1.- ANLISIS DE SISTEMAS POLIFSICOS. Los rectificadores no controlados estn formados exclusivamente por diodos. La relacin entre la tensin de C.A. y la de C.D. es constante. Al no haber semiconductores controlados no hay circuito de mando, por lo que la simplicidad y la fiabilidad de estos equipos son muy grandes. No hay problemas de bloqueo. En el rgimen estacionario los diodos van entrando y saliendo de conduccin de una forma natural obligados por la fuente de alimentacin. Para rectificar un conjunto de q tensiones alternas e1, e2,. eq lo ms simple es usar un conjunto de q diodos, que puedan estar conectados con los ctodos comunes bien con los nodos comunes.

En la configuracin con los ctodos comunes la tensin de salida toma en cada instante el valor de la mayor tensin de entrada. En la configuracin con los nodos comunes la tensin de salida toma en cada instante el valor de la menor tensin de entrada. La nica diferencia entre ambas configuraciones es que dan la tensin de salida con polaridad distinta. En la prctica es pieza fundamental de rectificador el transformador de entrada, cuyas misiones ms importantes son: 1.- Aislar galvnicamente la salida de C.C. de generador de alterna. 2.- acomodar el valor de la tensin de salida al valor exigido, gracias a una adecuada relacin de transformacin. 3.- mediante una configuracin conveniente a disminuir el rizado a la salida. Para lo anterior se da una descripcin de los rectificadores monofsicos y polifsicos, sus comportamientos y diferencias. 1.1.1.- RECTIFICADORES MONOFSICOS Y POLIFSICOS. La mayora de los circuitos cuentan con una alimentacin de voltaje directo que establece un punto de trabajo para operar con seales variables en el tiempo, entonces se necesita de un sistema que transfiera el voltaje alterno que se dispone en voltaje continuo, a este sistema se le denomina fuente de alimentacin y su complejidad vara de acuerdo a su 4

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finalidad. El componente ms importante de una fuente de alimentacin es el rectificador, capaz de convertir la corriente alterna en una corriente unidireccional, que contiene una componente variable con el tiempo y una componente continua. La componente variable de la salida rectificada, llamada rizo, es desfavorable, su efecto se elimina mediante filtros adecuados.

1.1.1.1.- RECTIFICADOR MONOFSICO DE MEDIA ONDA. Un circuito rectificador monofsico de media onda como se muestra en la figura anterior en donde la entrada de voltaje alterno podra ser de 127 volts a 60 c.p.s., tambin es muy comn acoplar al rectificador de media onda con un transformador el cual eleva o reduce el voltaje alterno segn sea la magnitud de voltaje directo que se desea. Cuando en la entrada del transformador se aplica un voltaje alterno senoidal, entre las terminales de salida del transformador aparecer una seal semejante de mayor o menor valor con la misma frecuencia. Durante el primer ciclo del voltaje de entrada en el circuito entrara una corriente por el nodo del diodo, que hace que se polarize de manera directa y habr una pequea cada de voltaje en el diodo, que en la mayora de los casos es despreciable durante este semiciclo positivo todo el voltaje aplicado aparece en la resistencia de carga, siendo as nula la que se produce en el diodo polarizado de manera directa. La relacin entre el voltaje y la corriente en la resistencia de carga es lineal. Isal = Im sen wt Isal = Im sen wt + 0 ICC = _1_ T 0 T Isal (wt) d (wt) 0 =< wt => 180 180 =< wt => 360 ICC = _Im__

Factor de rizado = r r = _Valor eficaz de la componente alterna de la onda_ Valor medio de la onda. Ief = _Im_ 2 r = 1.21 es el factor para los rectificadores monofsicos de media onda.

1.1.1.2.- RECTIFICADOR MONOFSICO DE ONDA COMPLETA. En aplicaciones donde se requiere un pequeo rizado y una componente continua intensa el rectificador de media onda resulta inadecuado a causa de su factor de rizado

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elevado y dbil componente continua en estos casos se logra un mejor funcionamiento, mediante un rectificador de onda completa.

Isal = ID1 + ID2 Im sen x Isal Im sen x =< x >= 2 r = 0.483 factor de rizado. 1.1.2.- RECTIFICADOR 3 DE MEDIA ONDA. 0 =< x >=

1.1.3.- RECTIFICADOR 3 DE ONDA COMPLETA.

1.1.4.- COMPARACIN DE RECTIFICADORES 1 Y 3. La corriente de lnea contiene ms distorsin armnica en los monofsicos que en los trifsicos, lo anterior lleva a un mejor factor de potencia en los trifsicos. Se tiene inferior rizado en los rectificadores trifsicos, lo que lleva a condensadores de menor capacidad.

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Se tiene menor regulacin de voltaje de vaco a plena carga en los rectificadores trifsicos que es menor de 5%.

1.1.5.- CONFIGURACIONES (MONTAJES) DE SISTEMAS POLIFSICOS. Si es polifsico su secundario puede conectarse de dos maneras: en estrella o en polgono. La conexin del primario es indiferente a efectos de constituir los montajes principales. Para la configuracin en estrella hay dos clases de montaje: el de media onda y el de onda completa, como los vistos anteriormente. En el montaje de media onda con los ctodos comunes el valor de la tensin de salida es, en cada instante, igual al de la mayor de las tensiones e 1, e2, eq. La borna negativa est al mismo potencial que el neutro del secundario. La intensidad en cada devanado es unidireccional. En cambio el montaje de onda completa necesita el doble de diodos que el anterior, la mitad de los cuales estn con los ctodos comunes y la otra mitad con los nodos comunes. En cada instante, la tensin de salida es igual a la diferencia entre la tensin ms positiva y la ms negativa de e1, e2,. eq. En esta configuracin la intensidad en cada devanado secundario es bidireccional.

Para la configuracin en polgono solo puede existir el montaje de onda completa puesto que no hay neutro en el secundario. Su esquema es:

Es obvio que la suma de las tensiones del secundario ha de ser cero para no dar lugar a corrientes circulatorias. En la figura se ha representa do su disposicin geomtrica segn sus desfases relativos. La tensin de salida es igual en cada momento a la suma de las tensiones positivas del secundario o a la suma de las negativas con signo cambiado. As pues, los montajes fundamentales son: 1.- Montaje de media onda con secundario en estrella. 2.- Montaje de onda completa con secundario en estrella. 3.- Montaje de onda completa con secundario en polgono.

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El estudio completo exige el de las diferentes partes del circuito suponiendo elementos ideales, el de las intensidades y el de las cadas de tensin puesto que en realidad los distintos componentes no son ideales. El funcionamiento de los rectificadores depende de la carga. Generalmente se monta en serie con ella una inductancia de filtrado para aislar la intensidad, esto suponiendo que su valor es infinito de manera que la intensidad en la carga es uniforme y coinciden sus valores instantneo, medio y eficaz. El estudio de las tensiones es valido para cualquier carga (sin inductancia de aislamiento) siempre que la intensidad en la carga sea continua. Si esta es discontinua, es decir carga capacitiva, el funcionamiento del circuito es distinto. 1.2.- RECTIFICACIN TRIFSICA DE MEDIA ONDA NO CONTROLADA. 1.2.1.- RECTIFICACIN DE MEDIA ONDA. Para la rectificacin de media onda montaje ms simple es el de madia onda con secundario en estrella, el cual no puede ser empleado con una inductancia de aislamiento de valor infinito pues entonces la intensidad fluira constantemente haca la carga y D conducira siempre, con lo que el valor de u = e1, y el valor medio de la tensin de salida sera cero, y por consiguiente la intensidad de salida sera nula.

La intensidad que pasa por el lado secundario es la intensidad que pasa por el diodo que consta de una componente continua, I/2, y de una onda cuadrada alterna de amplitud I/2. La componente continua no induce tensin y no puede ser compensada por una corriente en el primario. Slo se compensa la componente alterna, verificndose la igualdad de amperios-vuelta. 1.2.2.- RECTIFICACIN BIFSICA DE MEDIA ONDA.

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1.2.3.- RECTIFICACIN TRIFSICA Y HEXAFSICA DE MEDIA ONDA. Para el rectificador trifsico de media onda cada diodo conduce durante un tercio de periodo, en cuanto a la configuracin hexafsica consta de un transformador que tiene en cada rama magntica un primario y dos secundarios. La tensin de salida es menos ondulada. Cada diodo conduce durante un sexto de periodo.

1.2.4.- INTENSIDADES. Puesto que la intensidad en la carga es uniforme, de valor I, cada diodo debe conducirla durante un tiempo T/q en cada perodo y los valores caractersticos de intensidad en cada diodo son: Valor de pico Valor medio Valor eficaz IDp = I IDm = I/q ID = I/q

Como los diodos estn en serie con los devanados secundarios, por estos pasar la misma corriente eficaz I/q. Para cada rama magntica hay que ver si los amperios-vuelta del secundario tienen un valor medio que es nulo o que no lo es. Las intensidades primarias se hallan segn la relacin de transformacin pero descontando en el secundario la componente contina. 1.2.5.- CADAS DE TENSIN. Las principales cadas de tensin son: 1.- Cada en la conmutacin. 2.- Cada en las resistencias: la cada de tensin en las resistencias de los devanados se halla a partir de las prdidas en el cobre. 3.- Cada en los diodos. 1.3.- RECTIFICACIN TRIFSICA DE ONDA COMPLETA NO CONTROLADA. 1.3.1.- RECTIFICACIN DE ONDA COMPLETA. Uno de los tipos de montaje para rectificar una onda completa es la del montaje de onda completa con secundario en estrella, en el cual el nmero de diodos es 2q, que se conectan formando un puente. Como es sabido que q es el nmero de fases del secundario. Como se ha comentado en cada instante la tensin de salida igual a la diferencia entre la tensin ms positiva y la ms negativa de las del secundario del transformador.

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1.3.1.1.- INTENSIDADES. Cada diodo conduce la corriente uniforme de salida de valor I durante un tiempo T/q. entonces sus valores caractersticos son: Valor de pico Valor medio Valor eficaz IDp = I IDm = I/q ID = I/q

Por cada devanado secundario pasa una corriente rectangular alterna. As por la primera fase pasa la corriente I durante el tiempo T/q y la intensidad I durante T/q que en este caso conduce el segundo diodo. 1.3.1.2.- CADAS DE TENSIN. 1.- Cada en la conmutacin. 2.- Cada en las resistencias: se hallan de igual manera que para el montaje de media onda. 3.- Cada en los diodos: como la corriente I pasa en cada instante por dos diodos, la cada es doble que para el montaje en media onda. 1.3.2.- RECTIFICACIN DE SECUNDARIO EN POLGONO. ONDA COMPLETA CON MONTAJE DE

La tensin de salida en cada instante es igual a la suma de las tensiones positivas del secundario o a la suma de las tensiones negativas con el signo cambiado.

1.3.2.1.- TENSIONES. Como la tensin de salida es en cada momento igual a la suma de las tensiones positivas y en cada perodo T cada una de las tensiones q es positiva durante un semiciclo, se deduce que el valor medio de la tensin de salida es igual al valor medio de una semionda Ep/ multiplicado por el nmero de fases. 1.3.2.2.- INTENSIDADES. Cada diodo conduce la intensidad I de salida durante un tiempo T/q. por tanto: Valor de pico IDp = I Valor medio IDm = I/q Valor eficaz ID = I/q Las intensidades en los devanados secundarios son ms difciles de obtener que cuando el secundario est en estrella.

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Como en funcionamiento normal hay diodos que conducen, la corriente de la carga se reparte en el polgono en dos caminos: uno es el de las fases cuyas tensiones son positivas y el otro es el de las fases con tensiones negativas. Encada camino la corriente se reparte de forma directamente proporcional a su admitancia o, lo que es lo mismo, inversamente al nmero de devanados. Suponiendo todos estos de idntica construccin. En esta se hallan las intensidades primarias las cuales de cierta forma compensen los amperios-vuelta creados en cada rama magntica por los devanados secundarios. 1.3.2.3.- CADAS EN LAS RESISTENCIAS Y LOS DIODOS. Se evalan de la misma manera que para lo montajes de onda completa con secundario en estrella. 1.3.3.- ASOCIACIN DE RECTIFICADORES. Los montajes vistos anteriormente suelen agruparse, bien para conseguir una tensin o una intensidad de valor elevado bien para reducir la ondulacin de la tensin de salida. Existen dos tipos de asociacin la de serie y en paralelo. Esta ltima se emplea para las ms altas intensidades. Los rectificadores proporcionan la misma tensin media de salida, pero sus valores instantneos no coinciden por que, conviene que sus tensiones de salida estn decaladas con el objeto de aumentar la pulsacin de la onda de salida para que el rizado sea menor. Si se asocian dos rectificadores con sus tensiones de salida decaladas, hay interaccin mutua.

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UNIDAD 2. CONVERTIDORES POLIFASICOS CONTROLADOS (AC-CD).2.1.- REPASO DE TIRISTORES. Un tiristor es uno de los tipos ms importantes de los dispositivos semiconductores de potencia. Los tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrnicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Para muchas aplicaciones se puede suponer que los tiristores son interruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores prcticos exhiben ciertas caractersticas y limitaciones. 2.1.1.- CARACTERSTICAS DE LOS TIRISTORES. Un tiristor es un dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura pnpn con tres uniones pn tiene tres terminales: nodo ctodo y compuerta. La fig. 1 muestra el smbolo del tiristor y una seccin recta de tres uniones pn. Los tiristores se fabrican por difusin. Cuando el voltaje del nodo se hace positivo con respecto al ctodo, las uniones J 1 y J3 tienen polarizacin directa o positiva. La unin J2 tiene polarizacin inversa, y solo fluir una pequea corriente de fuga del nodo al ctodo. Se dice entonces que el tiristor est en condicin de bloqueo directo o en estado desactivado llamndose a la corriente fuga corriente de estado inactivo ID. Si el voltaje nodo a ctodo VAK se incrementa a un valor lo suficientemente grande la unin J2 polarizada inversamente entrar en ruptura. Esto se conoce como ruptura por avalancha y el voltaje correspondiente se llama voltaje de ruptura directa VBO. Dado que las uniones J1 y J3 ya tienen polarizacin directa, habr un movimiento libre de portadores a travs de las tres uniones que provocar una gran corriente directa del nodo. Se dice entonces que el dispositivo est en estado de conduccin o activado.

Smbolo del tiristor y tres uniones PN.

La cada de voltaje se deber a la cada hmica de las cuatro capas y ser pequea, por lo comn 1v. En el estado activo, la corriente del nodo est limitada por una impedancia o una resistencia externa, RL, tal y como se muestra en la fig. 2a. La corriente del nodo debe ser mayor que un valor conocido como corriente de enganche IL, a fin de mantener la cantidad requerida de flujo de portadores a travs de la unin; de lo contrario, al reducirse el voltaje del nodo al ctodo, el dispositivo regresar a la condicin de bloqueo. La corriente de enganche, IL, es la corriente del nodo mnima requerida para mantener el tiristor en estado de conduccin inmediatamente despus de que ha sido activado y se ha retirado la seal de la compuerta. En la fig. 2b aparece una grfica caracterstica v-i comn de un tiristor. Una vez que el tiristor es activado, se comporta como un diodo en conduccin y ya no hay control sobre el dispositivo. 12

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El tiristor seguir conduciendo, porque en la unin J2 no existe una capa de agotamiento de vida a movimientos libres de portadores. Sin embargo si se reduce la corriente directa del nodo por debajo de un nivel conocido como corriente de mantenimiento IH, se genera una regin de agotamiento alrededor de la unin J2 debido al nmero reducido de portadores; el tiristor estar entonces en estado de bloqueo. La corriente de mantenimiento es del orden de los miliamperios y es menor que la corriente de enganche, I L. Esto significa que IL>IH. La corriente de mantenimiento IH es la corriente del nodo mnima para mantener el tiristor en estado de rgimen permanente. La corriente de mantenimiento es menor que la corriente de enganche. Cuando el voltaje del ctodo es positivo con respecto al del nodo, la unin J2 tiene polarizacin directa, pero las uniones J1 y J3 tienen polarizacin inversa. Esto es similar a dos diodos conectados en serie con un voltaje inverso a travs de ellos. El tiristor estar en estado de bloqueo inverso y una corriente de fuga inversa, conocida como corriente de fuga inversa IR, fluir a travs del dispositivo. 2.1.2.- MODELO DE DOS TIRISTORES. La accin regenerativa o de enganche debido a la retroalimentacin directa se puede demostrar mediante un modelo de tiristor de dos transistores. Un tiristor se puede considerar como dos transistores complementarios, un transistor PNP, Q1, y un transistor NPN, Q2, tal y como se demuestra en la figura 3.

a) Estructura bsica b) Circuito equivalente Modelo de tiristor de dos terminales.

2.1.3.- ACTIVACIN DE UN TIRISTOR. Un tiristor se activa incrementando la corriente del nodo. Esto se puede llevar a cabo mediante una de las siguientes formas: Trmica. Si la temperatura de un tiristor es alta habr un aumento en el nmero de pares electrn-hueco, lo que aumentar las corrientes de fuga. Este aumento en las corrientes har que 1 y 2 aumenten. Debido a la accin regenerativa (1 + 2) puede tender a la unidad y el tiristor pudiera activarse. Este tipo de activacin puede causar una fuga trmica que por lo general se evita. Luz. Si se permite que la luz llegue a las uniones de un tiristor, aumentaran los pares electrnhueco pudindose activar el tiristor. La activacin de tiristores por luz se logra permitiendo que esta llegue a los discos de silicio.

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Alto voltaje. Si el voltaje directo nodo a ctodo es mayor que el voltaje de ruptura directo VBO, fluir una corriente de fuga suficiente para iniciar una activacin regenerativa. Este tipo de activacin puede resultar destructiva por lo que se debe evitar. Corriente de compuerta. Si un tiristor est polarizado en directa, la inyeccin de una corriente de compuerta al aplicar un voltaje positivo de compuerta entre la compuerta y las terminales del ctodo activar al tiristor. Conforme aumenta la corriente de compuerta, se reduce el voltaje. 2.2.- TIPOS DE TIRISTORES. Los tiristores se fabrican casi exclusivamente por difusin. La corriente del nodo requiere de un tiempo finito para propagarse por toda el rea de la unin, desde el punto cercano a la compuerta cuando inicia la seal de la compuerta para activar el tiristor. 2.2.1.- TIRISTORES DE CONTROL DE FASE O DE CONMUTACIN RPIDA (SCR). El miembro ms importante de la familia de los tiristores es el tiristor de tres terminales, conocido tambin como el rectificador controlado de silicio o SCR. Este dispositivo lo desarroll la General Electric en 1958 y lo denomin SCR. El nombre de tiristor lo adopt posteriormente la Comisin Electrotcnica Internacional (CEI). En la figura siguiente se muestra el smbolo de un tiristor de tres terminales o SCR. Tal como su nombre lo sugiere, el SCR es un rectificador controlado o diodo. Su caracterstica voltaje-corriente, con la compuerta de entrada en circuito abierto, es la misma que la del diodo PNPN. Lo que hace al SCR especialmente til para el control de motores en sus aplicaciones es que el voltaje de ruptura o de encendido puede ajustarse por medio de una corriente que fluye hacia su compuerta de entrada. Cuanto mayor sea la corriente de la compuerta, tanto menor se vuelve VBO. Si se escoge un SCR de tal manera que su voltaje de ruptura, sin seal de compuerta, sea mayor que el mayor voltaje en el circuito, entonces, solamente puede activarse mediante la aplicacin de una corriente a la compuerta. Una vez activado, el dispositivo permanece as hasta que su corriente caiga por debajo de IH. Adems, una vez que se dispare el SCR, su corriente de compuerta puede retirarse, sin que afecte su estado activo. En este estado, la cada de voltaje directo a travs del SCR es cerca de 1.2 a 1.5 veces mayor que la cada de voltaje a travs de un diodo directo-oblicuo comn.

Tiristores de control de fase.

Los tiristores de tres terminales o SCR son, sin lugar a dudas, los dispositivos de uso ms comn en los circuitos de control de potencia. Se utilizan ampliamente para cambiar o rectificar aplicaciones y actualmente se encuentran en clasificaciones que van desde unos pocos amperios hasta un mximo de 3,000 A.

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Un SCR. 1. Se activa cuando el voltaje VD que lo alimenta excede VBO 2. Tiene un voltaje de ruptura VBO, cuyo nivel se controla por la cantidad de corriente iG, presente en el SCR 3. Se desactiva cuando la corriente iD que fluye por l cae por debajo de IH 4. Detiene todo flujo de corriente en direccin inversa, hasta que se supere el voltaje mximo inverso. 2.2.2.- TIRISTORES DE DESACTIVACIN POR COMPUERTA (GTO). Entre las mejoras ms recientes que se le han hecho al tiristor est el apagado por compuerta (GTO). Un tiristor GTO es un SCR que puede apagarse por una pulsacin suficientemente grande en su compuerta de entrada, aun si la corriente iD excede IH. Aunque los tiristores GTO se han venido usando desde 1960, solamente se volvieron prcticos para las aplicaciones de control de motores, al final de los aos setenta. Estos dispositivos se han vuelto ms y ms comunes en las unidades de control de motores, puesto que ellos eliminaron la necesidad de componentes externos para apagar los SCR en circuitos de cc.

La tpica forma de onda de la corriente de compuerta de un tiristor GTO de alta potencia se muestra a continuacin. Un tiristor GTO requiere una mayor corriente de compuerta para encendido que un SCR comn. Para grandes aparatos de alta potencia se necesitan corrientes de compuerta del orden de 10 A o ms. Para apagarlos se necesita una gran pulsacin de corriente negativa de entre 20 y 30ms de duracin. La magnitud de la pulsacin de corriente negativa debe ser de un cuarto a un sexto de la corriente que pasa por el aparato. 2.2.3.- TIRISTORES DE TRODO BIDIRECCIONAL (TRIAC). Es un dispositivo que se comporta como dos SCR conectados en contraposicin, con una compuerta de paso comn; puede ir en cualquier direccin desde el momento en que el voltaje de ruptura se sobrepasa. El smbolo del TRIAC se ilustra en la figura siguiente y su caracterstica corriente-voltaje en la figura contigua. El voltaje de ruptura en un TRIAC disminuye si se aumenta la corriente de compuerta, en la misma forma que lo hace en un SCR, con la diferencia que un TRIAC responde tanto a los impulsos positivos como a los negativos de su compuerta. Una vez encendido, un TRIAC permanece as hasta que su corriente cae por debajo de IH.

2.2.4.- TIRISTORES DE CONDUCCIN INVERSA (RTC). En muchos circuitos pulsadores e inversores, se conecta un diodo antiparalelo a travs de un SCR, con la finalidad de permitir un flujo de corriente inversa debido a una carga inductiva, y para mejorar el requisito de desactivacin de un circuito de conmutacin. El

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diodo fija el voltaje de bloqueo inverso del SCR a 1 2v por debajo de las condiciones de rgimen permanente. Sin embargo, bajo condiciones transitorias, el voltaje inverso puede elevarse hasta 30v debido al voltaje inducido en la inductancia dispersa del circuito dentro del dispositivo. Un RCT es un intercambio entre caractersticas del dispositivo y requisitos del circuito; puede considerarse como un tiristor con un diodo antiparalelo incorporado, tal y como se muestra en la figura siguiente. Un RCT se conoce tambin como tiristor asimtrico (ASCR). El voltaje de bloqueo directo vara de 400 a 2000v y la especificacin de corriente llega hasta 500 A. El voltaje de bloqueo inverso es tpicamente 30 a 40v. Dado que para un dispositivo determinado est preestablecida la relacin entre la corriente directa a travs de un tiristor y la corriente inversa del diodo, sus aplicaciones se limitarn a diseos de circuitos especficos.

Tiristor de conduccin inversa.

2.2.5.- TIRISTORES DE INDUCCIN ESTTICA (SITH). Por lo general, un SITH es activado al aplicrsele un voltaje positivo de compuerta, como los tiristores normales, y desactivado al aplicrsele un voltaje negativo a su compuerta. Un SITH es un dispositivo de portadores minoritarios. Como consecuencia, el SITH tiene una baja resistencia en estado activo as como una baja cada de potencial, y se puede fabricar con especificaciones de voltaje y corriente ms altas. Un SITH tiene velocidades de conmutacin muy rpidas. El tiempo de conmutacin es del orden de 1 a 6 ms. La especificacin de voltaje puede alcanzar hasta 2500v y la de corriente est limitada a 500 A. Este dispositivo es extremadamente sensible a su proceso de fabricacin, por lo que pequeas variaciones en el proceso de manufactura pueden producir cambios de importancia en sus caractersticas. 2.2.6.- RECTIFICADORES CONTROLADOS DE SILICIO ACTIVADOS POR LUZ (LASCR). Este dispositivo se activa mediante radiacin directa sobre el disco de silicio provocada con luz. Los pares electrn-hueco que se crean debido a la radiacin producen la corriente de disparo bajo la influencia de un campo elctrico. La estructura de compuerta se disea a fin de proporcionar la suficiente sensibilidad para el disparo, a partir de fuentes luminosas prcticas. Los LASRC se utilizan en aplicaciones de alto voltaje y corriente [por ejemplo, transmisin de cd de alto voltaje (HVDC) y compensacin de potencia reactiva esttica o de volt-amperes reactivos (VAR)]. Un LASCR ofrece total aislamiento elctrico entre la fuente

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de disparo luminoso y el dispositivo de conmutacin de un convertidor de potencia, que flota a un potencial tan alto como unos cuantos cientos de kilovoltios. La especificacin de voltaje de un LASCR puede llegar tan alto como 4 kv a 1500 A, con una potencia de disparo luminoso de menos de 100mw. El di/dt tpico es 250 A/ms y el dv/dt puede ser tan alto como 2000v/ms. 2.2.7.- TIRISTORES CONTROLADOS POR FET (FET-CTH). Un dispositivo FET-CTH combina un MOSFET y un tiristor en paralelo, tal y como se muestra en la figura siguiente. Si a la compuerta del MOSFET se le aplica un voltaje suficiente, tpicamente 3v, se genera internamente una corriente de disparo para el tiristor. Tiene una alta velocidad de conmutacin. Este dispositivo se puede activar como los tiristores convencionales, pero no se puede desactivar mediante control de compuerta. Esto servira en aplicaciones en las que un disparo ptico debe utilizarse con el fin de proporcionar un aislamiento elctrico entre la seal de entrada o de control y el dispositivo de conmutacin del convertidor de potencia.

Tiristores controlados por FET.

2.2.8.- TIRISTORES CONTROLADOS POR MOS (MCT). Un tiristor controlado por MOS (MCT) combina las caractersticas de un tiristor regenerativo de cuatro capas y una estructura de compuerta MOS. El circuito equivalente se muestra en la figura 8 (b) y el smbolo correspondiente en la figura 8 (a). La estructura NPNP se puede representar por un transistor NPN Q1 y con un transistor Q2. La estructura de compuerta MOS se puede representar por un MOSFET de canal p M1 y un MOSFET de canal n M2. Debido a que se trata de una estructura NPNP, en vez de la estructura PNPN de un SCR normal, el nodo sirve como la terminal de referencia con respecto a la cual se aplican todas las seales de compuerta. Supongamos que el MCT est en estado de bloqueo directo y se aplica un voltaje negativo VGA. Un canal, p (o una capa de inversin) se forma en el material dopado n, haciendo que los huecos fluyan lateralmente del emisor p E2 de Q2 (fuente S1 del MOSFET M1 del canal p) a travs del canal p hacia la base p B1 de Ql (que es drenaje D1 del MOSFET M1, del canal p). Este flujo de huecos forma la corriente de base correspondiente al transistor npn Q1. A continuacin e1 emisor n+ E1 de Q1, inyecta electrones, que son recogidos en la base n B2 (y en el colector n C1) que hace que el emisor p E2 inyecte huecos en la base n B2, de tal forma que se active el transistor PNP Q2 y engancha al MCT. En breve, un VGA de compuerta negativa activa al MOSFET M1 canal p, proporcionando as la corriente de base del transistor Q2.

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Supongamos que el MCT est en estado de conduccin, y se aplica un voltaje positivo VGA. Se forma entonces un canal n en el material contaminado p, haciendo que fluyan lateralmente electrones de la base n B2 de Q2 (fuente S2 del MOSFET M2 del canal n) a travs del canal n del emisor n+ fuertemente contaminado de Ql (drenaje D2 del MOSFET M2 del canal n+). Este flujo de electrones desva la corriente de base del transistor PNP Q 2 de tal forma que su unin base-emisor se desactiva, y ya no habr huecos disponibles para recoleccin por la base p B1 de Q1 (y el colector p C2 de Q2). La eliminacin de esta corriente de huecos en la base p B1, hace que se desactive el transistor NPN Q1, y el MCT regresa a su estado de bloqueo. En breve, un pulso positivo de compuerta VGA, desva la corriente que excita la base de Ql, desactivando por lo tanto el MCT. El MCT se puede operar como dispositivo controlado por compuerta, si su corriente es menor que la corriente controlable pico. Intentar desactivar el MCT a corrientes mayores que su corriente controlable pico de especificacin, puede provocar la destruccin del dispositivo. Para valores ms altos de corriente, el MCT debe ser conmutado como un SCR estndar. Los anchos de pulso de la compuerta no son crticos para dispositivos de corrientes pequeas. Para corrientes mayores, el ancho del pulso de desactivacin debe ser mayor. Adems, durante la desactivacin, la compuerta utiliza una corriente pico. En muchas aplicaciones, incluyendo inversores y pulsadores, se requiere, de un pulso continuo de compuerta sobre la totalidad del perodo de encendido/apagado a fin de evitar ambigedad en el estado.

Un MCT tiene (1) una baja cada de voltaje directo durante la conduccin: (2) un tiempo de activado rpido, tpicamente 0.4 s, y un tiempo de desactivado rpido, tpicamente 1.25 s, para un MCT de 300A, 500v; (3) bajas perdidas de conmutacin; (4) una baja capacidad de bloqueo voltaje inverso y (5) una alta impedancia de entrada de compuerta, lo que simplifica mucho los circuitos de excitacin. Es posible ponerlo efectivamente en paralelo, para interrumpir corrientes altas, con slo modestas reducciones en la especificacin de corriente del dispositivo. No se puede excitar fcilmente a partir de un transformador de pulso, si se requiere de una polarizacin continua a fin de evitar ambigedad de estado. 2.3.-RECTIFICACION TRIFASICA DE ONDA COMPLETA CONTROLADA. La generacin y transmisin de potencias elctrica son ms eficientes en sistemas polifsicos que emplean combinaciones de dos, tres o ms voltajes sinusoidales. Adems los circuitos y las maquinas polifsicas poseen ciertas ventajas nicas. Por ejemplo, la potencia 18

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transmitida en un circuito trifsico es constante o independiente del tiempo en vez de pulsante, como en un circuito monofsico. As mismo, los motores trifsicos arrancan y funcionan mucho mejor que los monofsicos. La forma ms comn de un sistema polifsico utiliza tres voltajes balanceados de igual magnitud y desfasados en 120 grados. Un generador de CA elemental consta de un magneto giratorio y un devanado fijo. Las vueltas del devanado se distribuyen por la periferia de la maquina. El voltaje generado en cada espira del devanado esta ligeramente desfasado del generado por l ms prximo, debido a que la densidad mxima de flujo magntico la corta un instante antes o despus. Si el primer devanado se continuara alrededor de la maquina, el voltaje generado en la ultima espira estara desfasado 180 grados de la primera y se cancelaran sin ningn efecto til. Por esta razn, un devanado se distribuye comnmente en no ms de un tercio de la periferia; los otros dos tercios se pueden ocupar con dos devanados mas, usados para generar otros dos voltajes similares. Un circuito trifsico genera distribuye y utiliza energa en forma de tres voltajes, iguales en magnitud y simtricos en fase. Las tres partes similares de un sistema trifsico se llaman fases. Como el voltaje en la fase A alcanza su mximo primero, seguido por la fase B y despus por la C se dice que la rotacin de fases es ABC. Esta es una convencin arbitraria; en cualquier generador, la rotacin de fases puede invertirse, si se invierte el sentido de rotacin. 2.3.1.- SEMICONVERTIDORES TRIFSICOS. Los semiconvertidores trifsicos se utilizan en aplicaciones industriales hasta el nivel de 120KW, en los que se requiere de una operacin de un cuadrante. Conforme aumenta el Angulo de retraso se reduce el factor de potencia de este convertidor, aunque es mejor que el de los convertidores trifsicos de media onda.

Grfica completa que muestra las formas de onda en los componentes del rectificador trifsico cuando el disparo se hace para a =90: Grfica completa que muestra las formas de onda en los componentes del rectificador trifsico cuando el disparo se hace para a p /3:

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Con la ayuda de los convertidores trifsicos, en este caso de media onda; la potencia entregada puede mejorar de forma significativa, segn algunas fuentes; este arreglo puede ser til hasta rangos de 120KW. El valor rms y por lo tanto, la potencia, depende como era de esperarse del ngulo en el cual se dispara cada tiristor, variando en un ngulo de 0 a 1800. Para tener un control "lineal" del brillo del bombillo, es prudente dar el pulso en igual desfase de 1200 con respecto, con respecto al impulso de la siguiente fase, al haber descoordinaciones en las seales de control, puede afectar el valor rms en forma no gradual. Por ultimo es necesario tener en cuenta, que para aplicaciones de alta potencia y de mediana potencia, es importante obtener una seal de control con un ancho de pulso reducido, ya que si el disparo del mismo se prolonga, puede ocasionar calentamiento del dispositivo. 2.4.- RECTIFICACIN TRIFSICA DE MEDA ONDA. Sin duda alguna los accionamientos a base de motores elctricos son los ms numerosos de la mayora de las aplicaciones, y dentro de ellos los basados en motores de corriente continua han gozado de una total hegemona en el campo industrial durante dcadas. 20

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Sin embargo los motores con menor nivel de exigencias en el mantenimiento son los motores asncronos de jaula de ardilla, debido a que carecen de colector, tienen una relacin peso-potencia mucho menor que los de continua, y por tanto un coste significativamente ms bajo. Por estas razones, dada su capacidad de soportar sobrecargas y su elevado rendimiento, es el motor ms atractivo para la industria. Desde hace aproximadamente 20 aos, el elevado desarrollo de la electrnica de potencia y los microprocesadores ha permitido variar la velocidad de estos motores, de una forma rpida, robusta y fiable, mediante los reguladores electrnicos de velocidad. La eleccin de la instalacin de un convertidor de frecuencia como mtodo de ahorro energtico supone: Reduccin del consumo, Mejor control operativo, mejorando la rentabilidad y la productividad de los procesos productivos, Minimizan las prdidas en las instalaciones, Ahorro en mantenimiento (el motor trabaja siempre en las condiciones ptimas de funcionamiento). Un regulador electrnico de velocidad est formado por circuitos que incorporan transistores de potencia como el IGBT (transistor bipolar de puerta aislada) o tiristores, siendo el principio bsico de funcionamiento transformar la energa elctrica de frecuencia industrial en energa elctrica de frecuencia variable. Esta variacin de frecuencia se consigue mediante dos etapas en serie. Una etapa rectificadora que transforma la corriente alterna en continua, con toda la potencia en el llamado circuito intermedio y otra inversora que transforma la corriente continua en alterna, con una frecuencia y una tensin regulables, que dependern de los valores de consigna. A esta segunda etapa tambin se le suele llamar ondulador. Todo el conjunto del convertidor de frecuencia recibe el nombre de inversor.

El modo de trabajo puede se manual o automtico, segn las necesidades del proceso, dada la enorme flexibilidad que ofrecen los reguladores de velocidad, permitiendo hallar soluciones para obtener puntos de trabajo ptimos en todo tipo de procesos, pudiendo ser manejados por ordenador, PLC, seales digitales o de forma manual. La mayora de las marcas incluyen dentro del propio convertidor protecciones para el motor, tales como protecciones contra sobreintensidad, sobretemperatura, fallo contra desequilibrios, defectos a tierra, etc, adems de ofrecer procesos de arranque y frenados suaves mediante rampas de aceleracin y de frenado, lo que redunda en un aumento de la vida del motor y las instalaciones. Como debe saberse, el uso de convertidores de frecuencia aade un enorme potencial para el ahorro de energa disminuyendo la velocidad del motor en muchas aplicaciones. Adems aportan los siguientes beneficios:

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o Mejora el proceso de control y por lo tanto la calidad del producto. o Se puede programar un arranque suave, parada y freno (funciones de arrancador progresivo). o Amplio rango de velocidad, par y potencia. (Velocidades continuas y discretas). o Bucles de velocidad. o Puede controlar varios motores. o Factor de potencia unitario. o Respuesta dinmica comparable con los drivers de DC. o Capacidad de by-pass ante fallos del variador. o Proteccin integrada del motor. o Marcha paso a paso (comando JOG). o Con respecto a la velocidad los convertidores suelen permitir dos tipos de control: Control manual de velocidad. La velocidad puede ser establecida o modificada manualmente (display de operador). Posibilidad de variacin en el sentido de giro. Control automtico de velocidad. Utilizando realimentacin se puede ajustar la velocidad automticamente. Esta solucin es la ideal para su instalacin en aplicaciones en las que la velocidad demandada vara de forma continua. Rectificadores no controlados de tensin fija. El fenmeno de la rectificacin se da porque los diodos van conmutando cclicamente al circuito de cc sobre las fases de ca. Es la tensin de esta red la que va forzando el paso a conduccin o bloqueo de los diodos, a esta conmutacin se le llama forzada. Si slo se rectifican las semiondas positivas de la tensin alterna tenemos un montaje de media onda y si se rectifican ambas semiondas, tenemos un montaje de onda completa. En los montajes de media onda la tensin no es continua pura, ya que exhibe cierto grado de rizado u oscilacin en torno a su valor medio. Los diodos que conducen en cada momento son aquellos en los que la tensin de la fase en la que van conectados supera a la de las otras dos.

El rectificador trifsico de onda completa o puente de Graetz, est formado por seis diodos y tiene la ventaja del menor rizado. Este puente es de los ms empleados en las aplicaciones industriales de potencia.

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Los esquemas son similares a los anteriores, cambiando los diodos por semiconductores controlables, que normalmente son tiristores, as lograremos que la tensin de salida sea variable y con prestaciones ms interesantes debido a esta circunstancia. El puente trifsico de onda completa o de Graetz es el ms empleado desde el punto de vista industrial, ya que tiene las siguientes ventajas: Cargamos simtricamente lnea trifsica. Se absorben menos armnicos de intensidad en la lnea trifsica. La tensin continua es de rizado con menor amplitud y por tanto Los filtros para alisado son menores. Las prestaciones dinmicas son mayores, ya que con seis pulsos se puede variar el ngulo de encendido seis veces por periodo.

2.4.1.- CIRCUITO INTERMEDIO. La etapa central es el denominado circuito intermedio de continua y que puede funcionar como fuente de tensin o intensidad para la etapa final del ondulador, segn la disposicin que se adopte. A veces al ondulador se le llama inversor tal como aparece en la figura, aunque es ms correcto llamar inversor a todo el conjunto (rectificador, circuito intermedio y ondulador). La funcin del circuito intermedio es alimentar la tercera etapa, es decir al ondulador, y esto puede hacerlo funcionando como fuente de tensin, en cuyo caso se colocara un condensador electrosttico entre los terminales (+) y (-) para mantener constante la tensin y dara lugar a un inversor con circuito intermedio de tensin. Cuando el circuito intermedio funciona como fuente de intensidad para el ondulador, se pone una inductancia en serie con una de sus ramas, su funcin es mantener constante la intensidad, y estaramos hablando de un inversor con circuito intermedio de intensidad. Segn la configuracin que se adopte las caractersticas del inversor son distintas y condiciona cuestiones tales como: armnicos, resistencia de frenado, gama de potencias, accionamiento para un solo motor o varios a la vez, etc. 2.4.2.- ONDULADOR.

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El ondulador es un conmutador electrnico que comunica alternativamente la tensin o intensidad continua del circuito intermedio sobre las fases del motor de ca conectado a sus salidas. La disposicin ms comn es el puente trifsico de Graetz y est formado por semiconductores controlables que pueden ser tiristores, tiristores desconectables por puerta (GTO), transistores de potencia, IGBT (transistor bipolar de puerta aislada o MOSFET (transistor de efecto campo de xido metlico). De los anteriores el que ms se est utilizando para motores industriales de BT es el IGBT.

En funcin de la mayor o menor perfeccin del sistema de conmutacin lograremos que las ondas de tensin a la salida hagan que las corrientes absorbidas se acerquen ms o menos al sistema trifsico senoidal. Hay distintas formas de regular la tensin de salida del inversor como son: Variar el valor de la tensin en el circuito intermedio.Variar el ancho de la zona de conduccin de cada semionda de salida. Variar la tensin de salida en funcin de la proporcin entre los tiempos de conexin y desconexin de los semiconductores de potencia mediante la tcnica de regulacin PWM (iniciales de Modulacin del Ancho de Pulso, en ingls). Adems de regular la salida, este mtodo tiene la ventaja de generar una onda de tensin de salida que mejora notablemente la onda de intensidad absorbida por el motor, lo cual hace que el motor funcione de forma semejante a si estuviera alimentado por tensiones senoidales de la red. Con ello se logra la grandsima ventaja de emplear motores normalizados de fabricacin en serie sin la necesidad de fabricar motores especficos para poder ser regulados por convertidores. Los inversores con circuito intermedio de tensin son los ms usados en aplicaciones prcticas, siendo su campo predominante el de las pequeas y medianas potencias. Un inversor se elige en funcin de parmetros tales como: Accionar a un solo motor o varios. Banda necesaria de regulacin y su precisin. Consecuencias sobre la red elctrica del convertidor adoptado. Tiene sentido econmico prever un retorno de energa? (Frenado regenerativo). Velocidad de respuesta para adaptarse a los cambios de consigna.

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Para aprovechar al mximo el motor hay que controlarlo de modo que el flujo se aproxime lo ms posible al nominal para el cual ha sido diseado. Cuando el motor est regulado con flujo constante e igual al nominal presenta unas curvas caractersticas como las siguientes:

Curvas de par-velocidad de un motor asncrono alimentado a flujo constante.

Una forma de lograr que el flujo sea constante de manera aproximada, es hacer que la tensin y la frecuencia varen de forma proporcional. Sin embargo esto es slo aproximado, y a medida que las frecuencias van bajando los flujos disminuyen tambin por lo que el par para bajas frecuencias disminuye de forma importante.

Curvas de par-velocidad en rgimen permanente para un motor asncrono alimentado con tensin y frecuencia variable.

Para lograr el funcionamiento con flujo constante es preciso que a bajas frecuencias la tensin sea ms elevada que lo que dicta la ley sencilla de la proporcionalidad. Cuando la regulacin necesaria para modificar la velocidad supera la frecuencia nominal (50 Hz), el flujo ha de disminuir, ya que la tensin no debe ser elevada para no sobrepasar las posibilidades dielctricas del bobinado del motor. En este caso las curvas de par para frecuencias elevadas decrecen, por lo que habr que verificar que los menores pares disponibles cumplen los requisitos de la mquina accionada a alta velocidad. En general en aquellos inversores con circuito intermedio de tensin, para el control del par electromagntico del accionamiento se emplean los siguientes mtodos: Regular la tensin del estator en funcin de la frecuencia. (Control V/f). Regulacin mediante la

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descomposicin vectorial de la intensidad del estator sobre unos ejes orientados con el flujo magntico. (Control vectorial).

2.4.3.- CONTROL V/f. Con este mtodo la tensin de alimentacin evoluciona proporcionalmente a la frecuencia. Cuando V/f es constante el motor funciona de forma aproximada con flujo constante en los regmenes permanentes. Este tipo de control es ms fcil de llevar a la prctica en un convertidor y se suele emplear cuando los requisitos de regulacin son de baja velocidad. Como hemos dicho anteriormente la proporcionalidad V/f desaparece en las bajas frecuencias, adems la caracterstica de la curva de par depende tambin de la frecuencia del rotor y de su temperatura, por lo que el dispositivo de control del convertidor ha de incluir las correspondientes correcciones. En los convertidores con este tipo de control, una de las parametrizaciones ms importante es la seleccin o ajuste de la curva V/f. Algunos convertidores traen varias curvas ya ajustadas en su programacin. Para seleccionar la curva adecuada se debe tener en cuenta las caractersticas de tensin y frecuencia del motor y la velocidad mxima a la que puede girar el rotor.

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UNIDAD 3. CONVERTIDORES DE DC CA.3.1.- INTRODUCCIN. Un convertidor es un circuito utilizado para convertir corriente continua en corriente alterna. Los convertidores son utilizados en una gran variedad de aplicaciones, desde pequeas fuentes de alimentacin para computadoras, hasta aplicaciones industriales para manejar alta potencia. Los convertidores tambin son utilizados para convertir la corriente continua generada por los paneles solares fotovoltaicos, en corriente alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red elctrica o usados en instalaciones elctricas aisladas. Un convertidor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual es utilizado para interrumpir la corriente entrante y generar una onda cuadrada. Esta onda cuadrada alimenta a un transformador que suaviza su forma, hacindola parecer un poco ms una onda senoidal y produciendo el voltaje de salida necesario. Convertidores ms avanzados han comenzado a utilizar formas ms avanzadas de transistores o dispositivos similares, como los tiristores o los IGBT's. Convertidores ms eficientes utilizan varios artificios para tratar de llegar a una onda que simule razonablemente a una onda senoidal en la entrada del transformador, en vez de depender de ste para suavizar la onda. Condensadores e inductores pueden ser utilizados para suavizar el flujo de corriente desde y hacia el transformador. Adems, es posible producir una llamada "onda senoidal modificada", la cual es generada a partir de tres puntos: uno positivo, uno negativo y uno de tierra. Un circuito lgico se encarga de activar los transistores de manera que se alternen adecuadamente. Convertidores de onda senoidal modificada pueden causar que ciertas cargas, como motores, por ejemplo; operen de manera menos eficiente. Convertidores ms avanzados utilizan la modulacin por ancho de pulsos con una frecuencia portadora mucho ms alta para aproximarse ms a la onda seno o modulaciones por vectores de espacio mejorando la distorsin armnica de salida. Los convertidores de alta potencia, en lugar de transistores utilizan un dispositivo de conmutacin llamado IGBT (Insulated Gate Bipolar transistor Transistor Bipolar de Puerta Aislada). 3.2.- ANLISIS DEL CIRCUITO BSICO. La conversin del poder es el proceso de convertir el poder de una forma en otro. Esto podra incluir los procesos electromecnicos o electroqumicos. En la ingeniera elctrica, la conversin del poder tiene un significado ms especfico, a saber convirtiendo energa elctrica de una forma a otro. Esto podra ser tan sencillo como un transformador para cambiar el voltaje del poder de C.A. pero incluye tambin mucho ms sistemas complejos. Los sistemas de la conversin del poder a menudo incorporan la regulacin de la redundancia y el voltaje. 27

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Los tipos tpicos de la conversin incluyen: DC a DC. CA a DC (la alimentacin) el Cambi-Modo alimentacin de Rectificador. DC a CA (inversor). CA al regulador Transformador auto transformador del Voltaje de CA. El Voltaje a la corriente (la fuente actual).

Ciertos circuitos especializados, tal como el transformador de flyback para un tubo de rayos catdicos, se pueden considerar tambin los convertidores del poder. CORRIENTE ALTERNA: Se denomina corriente alterna (abreviada CA en castellano y AC en ingls) a la corriente elctrica en la que la magnitud y direccin varan cclicamente, en oposicin a la corriente contina, en la que la direccin (esto es que pasa por cero) siempre permanece constante. La forma de onda de la corriente alterna ms comnmente utilizada es la de una onda senoidal, con lo que se consigue una transmisin ms eficiente de la energa. Sin embargo, en algunas aplicaciones, se utilizan otras formas de onda, tales como la triangular o la cuadrada. CORRIENTE CONTINUA: La corriente continua (c.c.) es el flujo continuo de electricidad a travs de un conductor entre dos puntos de distinto potencial. A diferencia de la corriente alterna (c.a.), en este caso, las cargas elctricas circulan siempre en la misma direccin del punto de mayor potencial al de menor potencial. Aunque comnmente se identifica la corriente contina con la corriente constante (por ejemplo la suministrada por una batera), es continua toda corriente que mantenga siempre la misma polaridad. 3.3.- INVERSOR CON TRANSISTOR BIPOLAR. El trmino transistor es la contraccin de transfer resistor, es decir, de resistencia de transferencia. El Transistor es un dispositivo electrnico semiconductor que se utiliza como amplificador o conmutador electrnico. Es un componente clave en toda la electrnica moderna, donde es ampliamente utilizado formando parte de conmutadores electrnicos, puertas lgicas, memorias de ordenadores y otros dispositivos. En el caso de circuitos analgicos los transistores son utilizados como amplificadores, osciladores y generadores de ondas. Sus inventores, John Bardeen, William Bradford Shockley y Walter Brattain, lo llamaron as por la propiedad que tiene de cambiar la resistencia al paso de la corriente elctrica entre el emisor y el colector. El transistor bipolar tiene tres partes, como el trodo. Una que emite portadores (emisor), otra que los recibe o recolecta (colector) y la tercera, que esta intercalada entre las dos primeras, modula el paso de dichos portadores (base). Su funcionamiento es anlogo al del trodo, por lo que es aconsejable leer lo que se dice en dicho artculo. En los transistores bipolares, una pequea seal elctrica aplicada entre la base y emisor modula la corriente que circula entre emisor y colector. La seal base-emisor puede ser muy pequea en comparacin con el emisor-colector. La corriente emisor-colector es 28

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aproximadamente de la misma forma que la base-emisor pero amplificada en un factor de amplificacin "Beta". El transistor se utiliza, por tanto, como amplificador. Adems, como todo amplificador puede oscilar, puede usarse como oscilador y tambin como rectificador y como conmutador on-off. El transistor tambin funciona, por tanto, como un interruptor electrnico, siendo esta propiedad aplicada en la electrnica en el diseo de algunos tipos de memorias y de otros circuitos como controladores de motores de DC y de pasos. 3.4.- TIPOS DE TRANSISTOR. Existen distintos tipos de transistores, de los cuales la clasificacin ms aceptada consiste en dividirlos en transistores bipolares o BJT (bipolar junction transistor) y transistores de efecto de campo o FET (field effect transistor). La familia de los transistores de efecto de campo es a su vez bastante amplia, englobando los JFET, MOSFET, MISFET, etc. La diferencia bsica entre ambos tipos de transistor radica en la forma en que se controla el flujo de corriente. En los transistores bipolares, que poseen una baja impedancia de entrada, el control se ejerce inyectando una baja corriente (corriente de base), mientras que en el caso de los transistores de efecto de campo, que poseen una alta impedancia, es mediante voltaje (tensin de puerta). 3.4.1.- TRANSISTORES BIPOLARES (BJT - BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR).

PNP

NPN

Smbolos esquemticos para los BJT de tipo PNP y NPN. B=Base, C=Colector y E=Emisor.

Se puede tener por tanto transistores PNP o NPN. Tecnolgicamente se desarrollaron antes que los de efecto de campo o FET. Los transistores bipolares se usan generalmente en electrnica analgica. Tambin en algunas aplicaciones de electrnica digital como la tecnologa TTL o BICMOS. Los MOSFET tienen en comn con los FET su ausencia de cargas en las placas metlicas as como un solo flujo de campo. Suelen venir integrados en capas de arrays con polivalencia de 3 a 4Tg. Trabajan, mayormente, a menor rango que los BICMOS y los PIMOS. Un transistor de juntura bipolar est formado por dos junturas PN en un solo cristal semiconductor, separados por una regin muy estrecha. De esta forma quedan formadas tres regiones:

Emisor, que se diferencia de las otras dos por estar fuertemente dopada, comportndose como un metal. Base, la intermedia, muy estrecha, que separa el emisor del colector. Colector, de extensin mucho mayor.

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La tcnica de fabricacin ms comn es la deposicin epitaxial. En su funcionamiento normal, la juntura base-emisor est polarizada en directa, mientras que la base-colector en inversa. Los portadores de carga emitidos por el emisor atraviesan la base, que por ser muy angosta, hay poca recombinacin de portadores, y la mayora pasa al colector. 3.4.2.- TRANSISTORES DE EFECTO DE CAMPO (FET - FIELD-EFFECT TRANSISTOR).

P-channel

N-channel

Smbolos esquemticos para los MOSFETs canal-n y canal-p. G=Puerta (Gate), D=Drenador (Drain) y S=Fuente (Source).

Los transistores de efecto de campo o FET ms conocidos son los JFET (Junction Field Effect Transistor), MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET) y MISFET (MetalInsulator-Semiconductor FET). Tienen tres terminales, denominadas puerta (gate), drenador (drain) y fuente (source). La puerta es el Terminal equivalente a la base del BJT. El transistor de efecto de campo se comporta como un interruptor controlado por tensin, donde el voltaje aplicado a la puerta permite hacer que fluya o no corriente entre drenador y fuente. El funcionamiento del transistor de efecto de campo es distinto al del BJT. En los MOSFET, la puerta no absorbe corriente en absoluto, frente a los BJT, donde la corriente que atraviesa la base, pese a ser pequea en comparacin con la que circula por las otras terminales, no siempre puede ser despreciada. Los MOSFET, adems, presentan un comportamiento capacitivo muy acusado que hay que tener en cuenta para el anlisis y diseo de circuitos. As como los transistores bipolares se dividen en NPN y PNP, los de efecto de campo o FET son tambin de dos tipos: canal n y canal p, dependiendo de si la aplicacin de una tensin positiva en la puerta pone al transistor en estado de conduccin o no conduccin, respectivamente. Los transistores de efecto de campo MOS son usados extenssimamente en electrnica digital, y son el componente fundamental de los circuitos integrados o chips digitales. 3.5.- TRANSISTORES Y ELECTRNICA DE POTENCIA. Con el desarrollo tecnolgico y evolucin de la electrnica, la capacidad de los dispositivos semiconductores para soportar cada vez mayores niveles de tensin y corriente ha permitido su uso en aplicaciones de potencia. Es as como actualmente los transistores son empleados en convertidores estticos de potencia, principalmente Inversores. 3.5.1.- INVERSOR CON TIRISTOR. El tiristor es un dispositivo semiconductor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. Sus siglas en ingls son SCR (Silicn Controlled Rectifier).

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Un tiristor posee tres conexiones: nodo, ctodo y puerta. La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el nodo y el ctodo. Funciona bsicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensin en la puerta del tiristor no se inicia la conduccin y en el instante en que se aplique dicha tensin, el tiristor comienza a conducir. Una vez arrancado, podemos anular la tensin de puerta y el tiristor continuar conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento. Trabajando en corriente alterna el tiristor se desexcita en cada alternancia o ciclo. Los tiristores se utilizan en aplicaciones de electrnica de potencia y de control. Podramos decir que un tiristor funciona como un interruptor electrnico. EL SCR Y LA CORRIENTE CONTINA: Rectificador controlado de silicio, estos elementos semiconductores son muy utilizados para controlar la cantidad de potencia que se entrega a una carga, donde: - A = nodo. - C = ctodo, tambin representado por la letra K. - G = compuerta o gate. Tomar en cuenta el grfico siguiente: ver que es un circuito de corriente continua.

Normalmente el SCR se comporta como un circuito abierto hasta que activa su compuerta (GATE) con una pequea corriente (se cierra el interruptor S) y as este conduce y se comporta como un diodo en polarizacin directa. Si no existe corriente en la compuerta el tiristor no conduce. Lo que sucede despus de ser activado el SCR, se queda conduciendo y se mantiene as. Si se desea que el tiristor deje de conducir, el voltaje +V debe ser reducido a 0 Voltios. Si se disminuye lentamente el voltaje (tensin), el tiristor seguir conduciendo hasta que por el pase una cantidad de corriente menor a la llamada "corriente de mantenimiento o de retencin", lo que causar que el SCR deje de conducir aunque la tensin VG (voltaje de la compuerta con respecto a tierra no sea cero. Como se puede ver el SCR, tiene dos estados: 31

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Estado de conduccin, en donde la resistencia entre nodo y ctodo es muy baja. Estado de corte, donde la resistencia es muy elevada. EL SCR Y LA CORRIENTE ALTERNA. Se usa principalmente para controlar la potencia que se entrega a una carga. En el caso de la figura es un bombillo o foco. La fuente de voltaje puede ser de 110V c.a., 120V c.a., 240V c.a., etc. El circuito RC produce un corrimiento de la fase entre la tensin de entrada y la tensin en el condensador que es la que suministra la corriente a la compuerta del SCR. Puede verse que el voltaje en el condensador (en azul) est atrasado con respecto al voltaje de alimentacin (en rojo) causando que el tiristor conduzca un poco despus de que el tiristor tenga la alimentacin necesaria para conducir. Durante el ciclo negativo el tiristor se abre dejando de conducir. Si se modifica el valor de la resistencia, por ejemplo si utilizamos un potencimetro, se modifica el desfase que hay entre las dos tensiones antes mencionadas ocasionando que el SCR se active en diferentes momentos antes de que se desactive por le ciclo negativo de la seal. Y deje de conducir.

EL TRIAC. El Triac es un dispositivo semiconductor que pertenece a la familia de los dispositivos de control por tiristores. El triac es en esencia la conexin de dos tiristores en paralelo pero conectados en sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta.

El triac slo se utiliza en corriente alterna y al igual que el tiristor, se dispara por la compuerta. Como el triac funciona en corriente alterna, habr una parte de la onda que ser positiva y otra negativa. La parte positiva de la onda (semiciclo positivo) pasar por el triac siempre y cuando haya habido una seal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circular de arriba hacia abajo (pasar por el tiristor que apunta hacia abajo), de igual manera: La parte negativa de la onda (semiciclo negativo) pasar por el triac siempre y cuando haya habido una seal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circular de abajo hacia arriba (pasar por el tiristor que apunta hacia arriba) 32

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Para ambos semiciclos la seal de disparo se obtiene de la misma patilla (la puerta o compuerta). Lo interesante es, que se puede controlar el momento de disparo de esta patilla y as, controlar el tiempo que cada tiristor estar en conduccin. (Recordar que un tiristor solo conduce cuando ha sido disparada (activada) la compuerta y entre sus terminales hay un voltaje positivo de un valor mnimo para cada tiristor) Entonces, si se controla el tiempo que cada tiristor est en conduccin, se puede controlar la corriente que se entrega a una carga y por consiguiente la potencia que consume. Ejemplo: Una aplicacin muy comn es el atenuador luminoso de lmparas incandescentes (circuito de control de fase).

Donde: - Ven: Voltaje aplicado al circuito (A.C.). - L: lmpara. - P: potencimetro. - C: condensador (capacitor). - R: Resistencia. - T: Triac. - A2: nodo 2 del Triac. - A3: nodo 3 del Triac. - G: Gate, puerta o compuerta del Triac. El triac controla el paso de la corriente alterna a la lmpara (carga), pasando continuamente entre los estados de conduccin (cuando la corriente circula por el triac) y el de corte (cuando la corriente no circula). Si se vara el potencimetro, se vara el tiempo de carga del condensador causando que se incremente o reduzca la diferencia de fase de la tensin de alimentacin y la que se aplica a la compuerta Nota: la diferencia de fase o la fase entre dos seales u ondas se define como el ngulo (diferencia de tiempo) que existe entre los dos orgenes de las mismas.

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UNIDAD 4. ANLISIS DE CIRCUITOS BSICOS.4.1.- ANALISIS DE CIRCUITOS BASICOS. La aplicacin de la electricidad se inici aproximadamente hace un siglo, lo que cambi desde entonces nuestra forma de vida. A partir del desarrollo experimental de Thomas Alba Edison para obtener finalmente la lmpara incandescente, se observ un incremento notable en los requerimientos del uso de la electricidad, no slo para alumbrado, sino tambin para otros usos; por lo que qued establecida la necesidad de producir volmenes considerables de energa elctrica y de medios Prcticos para su distribucin. Paralelamente a los usos incipientes de la electricidad aparecieron las centrales generadoras y los sistemas de distribucin. Para poder dar uso a la electricidad se requiere de todo un conjunto de instalaciones con distintas funciones para generarla y distribuirla. BAJO VOLTAJE. En estos casos, emplear un elemento adicional como pudiera ser un regulador es Inapropiado, ya que este elemento consume energa y al ser escasa, el equipo no podra encender adecuadamente. SOBRE VOLTAJE. Existen regiones que durante un periodo importante reciben un suministro elctrico superior a 10% del valor nominal y ocasionan sobrecalentamiento y por consiguiente, mal funcionamiento en los componentes electrnicos de los equipos instalados, en estas situaciones es notorio relacionar estas fallas con los horarios de la actividad industrial o fabril de la regin. VARIACIONES DE VOLTAJE. Existen eventos de elevacin o disminucin de voltaje en regiones cercanas a zonas industriales que ocasionan cambios repentinos de carga en la lnea de energa derivados del encendido de motores o maquinaria. En estas condiciones es fundamental el empleo de elementos de proteccin apropiados tales como reguladores de voltaje o supresores de picos. PICOS DE VOLTAJE. Existen regiones donde las descargas atmosfricas, al accionar contactos, al botar o restaurar switches o al emplear generadores elctricos, ocasionan elevaciones de voltaje eventuales o peridicos, generalmente de poca duracin, pero que a pesar de ello son estas variaciones la fuente fundamental de daos severos en los componentes electrnicos de los equipos de la Red Edusat; el ndice mayor de fallas temporales y permanentes que presentan los equipos de la Red Edusat se deben a estos eventos, por lo que habr que colocar un regulador de voltaje que corrija estas anomalas. RUIDO ELCTRICO. Existen algunas regiones que presentan este tipo de interferencia elctrica. El ruido elctrico es generado por seales de alta frecuencia que se sobreponen a la onda fundamental de voltaje e incluso puede producirse por conexiones defectuosas, provocando mal funcionamiento y una degradacin importante en los componentes electrnicos de los equipos de la Red Edusat. En estos casos el regulador de voltaje que se emplee debe garantizar el filtraje apropiado.

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CORTES DE ENERGA. Estos eventos de prdida de energa son frecuentes en casi todo el pas, pueden ocurrir en lapsos de tiempos cortos o prolongados. REGULADOR DE VOLTAJE. Se encarga de corregir las variaciones de voltaje existentes en la red elctrica y entregar la energa requerida al equipo, dentro de los parmetros especficos necesarios para su operacin. 4.2.- TIPOS Y CARACTERSTICAS. Existen diferentes tipos de reguladores pero los reguladores comerciales ms recomendables son dos: los electrnicos y los ferromagnticos, cuyas caractersticas son las siguientes: AMPLIO RANGO DE REGULACIN. Los reguladores por su tecnologa dan un amplio margen de regulacin que va desde 80 hasta 150 voltios a la entrada, manteniendo el voltaje de salida en un rango aceptable (114 a 127 volts). ALTA CONFIABILIDAD. La simplicidad de su construccin en un bloque compacto y el uso de sus partes fijas dan lugar a una unidad altamente confiable bajo las condiciones ms adversas de trabajo. PROTECCIN TOTAL AL EQUIPO. El diseo de este tipo de reguladores, por ningn motivo puede entregar tensiones de salida superiores a la nominal (127 volts). Esto cubre inclusive una falla interna en el regulador. PROTECCIN CONTRA SOBRECARGA. Debido a la naturaleza ferr resonante del regulador, la corriente de salida se auto limita protegiendo a la unidad de daos internos, haciendo innecesarias protecciones adicionales tales como fusibles e interruptores termo magntico. En caso de corto circuito, la corriente de salida se limita a su valor nominal para el que fue diseado. El regulador puede operar en este sentido por tiempo indefinido sin sufrir dao alguno en su estructura. EXCELENTE RECHAZO DE RUIDO ELCTRICO. Esta unidad proporciona un alto rechazo al ruido proveniente de la lnea de alimentacin Elctrica comercial, esto lo hace excepcionalmente adecuado en lugares donde la lnea est contaminada por perturbaciones atmosfricas o por ruido elctrico generado por cargas como: motores, hornos elctricos, etctera. DISEO. Su construccin est basada en un mnimo nmero de partes que lo hace resistente a la vibracin y al impacto, adems para evitar la corrosin su chasis no debe ser metlico. ALTA VELOCIDAD DE RESPUESTA.

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Debido a la ausencia de partes mviles y de circuitos electrnicos de retroalimentacin, la correccin se inicia al mismo tiempo que la perturbacin, terminando dicha correccin a la salida en un mximo de 1 ciclos. El regulador de voltaje se dise pensando en las caractersticas de alimentacin de los equipos electrnicos, y cuenta con los siguientes elementos: Un transformador cuyos taps o derivaciones son conmutados electrnicamente para compensar las variaciones de voltaje. Un sensor electrnico de voltaje que detecta las variaciones en la lnea y automticamente las corrige, cambiando los taps del transformador. Un panel indicador del estado del sistema. Circuito supresor de picos de voltaje. Protecciones para el regulador y la carga (fusibles y corte automtico opcional). BENEFICIOS QUE OFRECE UN REGULADOR. Proteccin de los equipos electrnicos contra las variaciones de voltaje. Bajo costo. Programa de formacin integral para el conocimiento, instalacin, uso y mantenimiento de la Red Edusat. Fcil instalacin y manejo. Mantenimiento mnimo. Las caractersticas bsicas que debe exigir al equipo a seleccionar son: Supresor de picos de voltaje. Componentes electrnicos, activndolos a su estado de conduccin, alterando la Lgica de los receptores Edusat, lo mismo que sus tiempos y secuencias.

4.3.- DIVERSOS TIPOS DE REGULADORES. GCP estableci en 1982 que senta el orgulloso de convertirse como uno del primer y el fabricante del pionero de diversos tipos de regulador para el cilindro del LPG. La compaa lo comenz es industrial y las actividades comerciales a los reguladores de presin baja del fabricante y en la cesta corto perodo de un nuestro producto se ampliaron desde entonces por otros tipos de reguladores del LPG tales como reguladores ajustables, reguladores de switch-on y reguladores de alta presin. 36

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En los aos 90 establecimos, las nuevas cadenas de produccin para fabricar diversos tipos de vlvulas de control de funcionamientos mltiples para los aparatos electrodomsticos tales como space-heater y calentador de agua del gas. Los productos de GCP son el conformarse manufacturado con el estndar iran que sus principios son de acuerdo con BSI3016, EN y UL 144 (los E.E.U.U.). La meta principal de la compaa es producir conformarse con los estndares del mundo, cuidando sobre sensibilidad ambiental, asegurando la satisfaccin incondicional del cliente. DCA2X16 y MCA2X16. DCA2X16 y MCA2X16, se integran y los reguladores baratos del LED se disean completamente para conducir toda la clase de exhibiciones comunes del nodo LED y escogen conducido. Estos productos son muy fciles de utilizar, simple y flexible en el diseo, proporcionando la cuenta baja de cables, la consumicin baja, el bajo costo, ligero y pequeo en dimensiones. Estas series de reguladores del LED son convenientes para la amplia gama de usos. Los reguladores del LED proporcionan todos restauran ciclos y operaciones de la lgica, el control de la intensidad de luz (intensidad global) que usa control programable de PWM, la fuente de alimentacin para la lgica, conductores del nodo de la energa y los almacenadores intermediarios de canal seriales - conductores del LED. Ambos reguladores del LED conducen dos LNEAS independientes. Restaure la tarifa es 100 hertzios y proporciona opiniones excelentes, libres del parpadeo de la exhibicin diseada del LED. El ciclo de deber de restaura es 1 a 10, proporcionando la intensidad de luz posible mxima para conducir exhibiciones dinmicas del LED. Bloques seriales externos simples y baratos del conductor - los conductores del LED, proporcionan arriba actual para conducir los LED y la cuenta baja de cables y de interconexiones entre los tableros del PWB, el consumo de energa bajo y las prdidas de calor de las exhibiciones diseadas costumbre del LED. Transferencia directa interna - el generador de carcter del upload lleva la capacidad del usuario los valores decimales y hexadecimales de la descarga directamente para 7 exhibiciones de segmento y los caracteres y las secuencias del ASCII para 14 -16 indicadores del segmento sin un software adicional del octeto. Los reguladores del LED proporcionan la informacin til adicional sobre el nivel del voltaje de la fuente de alimentacin (VIN), del voltaje de fuente de la lgica (VCC) y del valor del illuminati del sitio para el ajuste ptimo de PWM. Los reguladores del LED aceptan dos tipos de HEXADECIMAL de los datos y de secuencias y de caracteres del ASCII. El primer tipo es octetos y bloques decimal-hexadecimales para los comandos que transmiten y conducir siete exhibiciones de segmento. El segundo tipo de datos es caracteres y secuencias del ASCII para conducir 14 -16 indicadores alfanumricos del segmento. Despus de que se termine el comando, el regulador del LED enva al mensaje del HOST (seleccinale como LITERAL o TUERCA HEXAGONAL) para el resultado de la operacin e indica que es lista aceptar nuevo comando. Cuando la respuesta no se requiere, el usuario debe referir al perodo especfico para la ejecucin del comando. La cuenta simple y baja del sistema de comando es muy fcil de aprender y de utilizar. El mtodo usado de "HIDEN ESCRIBE y RESTAURA" previene del efecto del parpadeo de la exhibicin del LED y la prdida de restaura ciclos. El usuario puede leer y escribir datos en cualquier direccin adentro en cualquier momento en almacenado intermediario del LED usando los comandos no 4, 5, 6, 7 en LNEA seleccionada. Por esta manera puede estar la variedad diseada de smbolos y de cuadros grficos a la exhibicin del LED. DCA2X16. DCA2X16. El regulador del LED, recibe todos los comandos va el canal estndar que toma flexibilidad de conectar DCA2X16 con todos los terminales y ordenadores personales,

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ese canal estndar del cuento por entregas RS232C del cuento por entregas de la ayuda RS232C. El protocolo del comando es muy simple utilizar, y puede ser fcil puesto en ejecucin en cualquier clase hi de lenguajes de programacin llanos y de ensambladores. DCA2X16 apoya interruptor DIP de cuatro diverso velocidades seleccinale. Usando unloadable interno - el generador de carcter downloadable toma capacidad de construir cualquier clase de exhibiciones grandes del LED sin ningn software adicional, solamente usando los indicadores del dgito y del carcter para cada LNEA al segmento del control siete y a 14 - 16 indicadores del segmento.

mca2x16 regulador del led.

MCA2X1. MCA2X16, es el regulador de funcionamientos mltiples de la exhibicin del LED, muy similar como DCA2X16 pero ayudas cuatro tipos de interfaces usando depender de los tableros del interfaz del tipo de la cua del uso especfico. Este interfaz sube ampla dramticamente flexibilidad de la conexin y cantidad de conducido conducido. Como ejemplo cuando se utiliza el tablero del interfaz CB485 se puede conectar con el solo canal serial hasta 32 reguladores auxiliares MCA2X16 del LED que puedan conducir la cantidad total de 81920 solos conducidos. Cada tipo de tablero del interfaz est reconociendo automticamente de regulador del LED e inicializa requisitos los perifricos. MCA2X16 utiliza el mismo sistema de comando como DCA2X16 incluyendo un comando adicional para el esclavo selecto (aplicable solamente con el tablero CB485). CB232 tablero del interfaz. CB232 el tablero del interfaz proporciona el punto a la conexin con los sistemas del usuario, de que del punto mantiene el canal estndar del cuento por entregas de RS232C. Este tablero del interfaz utiliza el cable de alambre del rbol que puede ser hasta 30 metros largos entre el regulador de MCA2X16 LED y el sistema husped. Los conectadores del cable son conectadores estndares de la hembra DB9. Las seales usadas son transmiten, reciben y molieron. La otra seal no est conectada.

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CB203 tablero interfaz del CB203. El tablero del interfaz proporciona el punto a la conexin con los sistemas del usuario, de que del punto mantiene el canal estndar del cuento por entregas del nivel de la TTL. Este tablero del interfaz es muy conveniente para la conexin directa con los microcontroladores y los tableros del microprocesador sin el buffering adicional. Las seales internamente se protegen (al lado del regulador del LED) y pueden ser el cable de alambre usado del rbol que puede ser largo hasta pocos metros. Los conectadores son conectadores del cable de la encrespadura del perno HU3 del rbol de Cvilux.

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UNIDAD 5. CONTROL DE MOTORES DE C.C.5.1.- REPAZO DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINA. Se realiza una breve descripcin del motor de corriente continua sin escobillas, comparndolo con su antecesor y mucho ms conocido motor de continua. Se pone el acento en los motores de pequea potencia, ya que disponen de un campo de aplicacin emergente. Prueba de ello es su reciente introduccin en algunos electrodomsticos, como acondicionadores de aire, lavadoras o frigorficos y tambin en automocin en equipos auxiliares. Sus mejores argumentos son la ausencia de mantenimiento, la posibilidad de control de velocidad y un elevado rendimiento. En un motor de corriente continua con escobillas, se obtiene par motor gracias a la interaccin del campo magntico inductor, estacionario, y la intensidad del arrollamiento inducido giratorio. Campo y corriente elctrica se mantienen siempre en la misma posicin relativa gracias al mecanismo de conmutacin formado por el colector de delgas y las escobillas. En motores de pequea potencia suele obtenerse la excitacin mediante imanes permanentes. En este caso, solo se dispone de dos terminales para el control y la alimentacin del motor. Las relaciones bsicas electromecnicas son en este caso las siguientes: Siendo: Tm: Par motor. i: intensidad de inducido. E: tensin inducida. W: velocidad angular. El hecho de tener control directo sobre el par mediante la intensidad de inducido, y sobre la velocidad a travs de la tensin, convierte a este motor en el modelo de referencia para la regulacin de velocidad. No obstante, la alimentacin del inducido a travs de las escobillas y el colector presenta muchos inconvenientes, hasta el punto que en algunos casos se hace inviable su utilizacin. El motor que nos ocupa es similar al de corriente continua con escobillas, con las siguientes salvedades: a) la conmutacin se realiza de forma electrnica en lugar de mecnica; b) los imanes permanentes van alojados en el rotor en lugar de en el estator y c) las bobinas van alojadas en el estator, constituyendo un devanado monofsico o polifsico. Su funcionamiento se basa en la alimentacin secuencial de cada una de las fases del estator de forma sincronizada con el movimiento del rotor. De esta forma, los imanes permanentes siguen el movimiento del campo magntico estatrico, cuyo desplazamiento depende a su vez del giro del rotor.

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La figura muestra la configuracin ms empleada de la etapa de potencia. Se compone de seis transistores de potencia MOSFETs o IGBTs, dependiendo de la tensin de alimentacin. Para la regulacin de velocidad se emplea la tcnica PWM con portadora de alta frecuencia.

Inversor trifsico en puente con IGBTs.

Una primera clasificacin de estos motores se realiza en base a la forma de la onda de tensin inducida y los divide en dos grupos. En el primero se encuentran aquellos cuya onda de tensin inducida es senoidal, tambin llamados "Motores Sncronos de Imanes Permanentes". Son motores de altas prestaciones y se emplean sobre todo en servo sistemas. En un segundo grupo se incluyen los de onda trapezoidal, conocidos como Motores de Corriente Continua sin Escobillas, o "BRUSHLESS DC. Suelen ser motores de pequea potencia y de prestaciones dinmicas no muy exigentes. 5.2.- CONTROL DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINA. 5.2.1.- CONTROL DEL MOTOR DE F.E.M. SENOIDAL. Los motores de f.e.m. senoidal han de ser alimentados con un sistema de tensiones e intensidades tambin senoidales, y sincronizadas en todo momento con la f.e.m. inducida. El control de estos motores es complejo y se recurre a tcnicas similares a las empleadas en los motores asncronos, incluidas las tcnicas de control vectorial. 5.2.2.- CONTROL DEL MOTOR DE F.E.M. TRAPEZOIDAL. La figura 5.1 muestra las ondas de tensin y de intensidad correspondiente a una fase para un m este tipo. En la figura 5.2 se han dibujado las tres tensiones para un motor trifsico y los transistores que intervienen en cada intervalo de funcionamiento. Hay que destacar que la conduccin se realiza siempre a travs de dos transistores; uno de los del grupo superior (T1, T2 o T3) y otro de los del inferior (T4, T5 o T6), de forma que siempre hay una bobina desactivada.

Figura 5.1.- Formas bsicas de tensin e intensidad de un motor de CC sin escobillas.

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Figura 5.2.- Ondas de Fem. e intervalos de conduccin.

La eliminacin de las escobillas conlleva la necesidad de un circuito electrnico encargado de alimentar las distintas fases en funcin de la posicin del eje y la de un sistema de sensores, tres por lo general, para detectar la posicin del mismo. Estos sensores suelen ser del tipo Hall, sensibles al campo magntico, colocados en el devanado del estator y cerca de los imanes del rotor. La existencia de estos elementos presenta algunos inconvenientes, como son la menor fiabilidad y la complejidad de montaje de los sensores y de su cableado, lo que encarece la fabricacin del motor. Por todo ello, en los ltimos aos se han desarrollados sistemas de deteccin sin sensores para aquellas aplicaciones donde no se requiere par motor a muy baja velocidad. Las tcnicas se basan en determinar la posicin retrica a partir de las tensiones inducidas en los devanados del motor. Como quiera que en la fase de arranque no se dispone de tensiones generadas por el movimiento, se recurre a distintas tcnicas de puesta en marcha dependiendo de la aplicacin; todas ellas basadas en microcontroladores o en circuitos integrados especficos.

Figura 5.3.- Sistema de tensiones utilizadas para determinar la posicin rotrica en un Motor de CC sin escobillas sin sensores de posicin.

5.3.- TENDENCIAS. El auge de estos motores en los ltimos aos no se debe tanto al desarrollo de nuevas tcnicas como al abaratamiento de los componentes electrnicos, tanto de control como de potencia. Tambin, se han beneficiado de la reduccin de precios de los imanes permanentes de altas prestaciones a base de tierras raras como el Neodimio o el Samario (Nd-Fe-B, y SmCo). Las caractersticas magnticas de estos imanes permiten reducir de forma significativa el peso de los motores en comparacin con los que incorporan los imanes convencionales de ferrita. La figura 5.4 muestra una comparativa entre los imanes de ferrita y los de Nd-Fe-B, tanto desde el punto de vista de sus caractersticas magnticas como de las dimensiones de sus motores. 42

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Figura 5.4.- Grficas comparativas entre imanes de ferrita y de neodimio. Los imanes del rotor corresponden a un motor de igual potencia.

Figura 5.5.- Comparativa entre motor de corriente continua sin escobillas y motor de corriente continua convencional.

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UNIDAD 6. CONTROL DE MOTORES DE C.A.6.1.- REPASO DEL MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA. Un motor es una mquina motriz, esto es un aparato que convierte una forma cualquiera de energa, en energa mecnica de rotacin o par. Ejemplos de motores son, los de gasolina y los diesel, que convierten la expansin del gas al calentarlo en par de rotacin; la mquina de vapor, que transforma la expansin del vapor caliente en par de rotacin; el motor elctrico, que convierte la electricidad en fuerzas de giro por medio de la accin mutua de los campos magnticos. Un generador, por otra parte, transforma energa mecnica de rotacin en energa elctrica y se le puede llamar una mquina generatriz de fem. Las dos formas bsicas son, el generador de corriente continua y el generador de corriente alterna, este ltimo ms correctamente llamado alternador. Todos los generadores necesitan una mquina motriz (motor) de algn tipo para producir la fuerza de rotacin, por medio de la cual un conductor puede cortar las lneas de fuerza magnticas y producir una fem. La mquina ms simple de los motores y generadores, es el alternador. En algunos casos, tales como barcos, donde la fuente principal de energa es de c-c o donde se desea un gran margen de variacin de velocidad, pueden emplearse motores de c-c. Sin embargo, 1a mayora de los motores modernos trabajan con fuentes de c-a. A pesar de que hay una gran variedad de motores de c-a, solamente se discutirn aqu tres tipos bsicos: el universal, el sncrono y el de jaula de ardilla.

6.1.1.- MOTORES UNIVERSALES. El motor de c.c. serie, tal como se ha explicado, gira cuando se aplica c-c o c-a de baja frecuencia. Tal motor, llamado universal, se utiliza en ventiladores, sopladores, batidoras, taladradoras elctricas transportables y otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad con cargas dbiles o pequea velocidad con un par muy potente.

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Una dificultad de los motores universales, en lo que a radio se refiere, son las chispas del colector y las interferencias de radio que ello lleva consigo o ruido. Esto se puede reducir por medio de los condensadores de paso, de 0,001 F a 0,01 F, conectados de las escobillas a la carcasa del motor y conectando sta a masa. 6.1.2.- MOTORES SNCRONOS. Se puede utilizar un alternador como motor en determinadas circunstancias. Si se excita el campo con c-c y se alimenta por los anillos colectores a la bobina del rotor con c-a, la mquina no arrancar. El campo alrededor de la bobina del rotor es alterno en polaridad magntica pero durante un semiperiodo