Convertidores ac,dc

ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

CONVERTIDORES

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

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

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

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

Especificaciones típicas de la tensión alterna

Europa 220 V, 60/50 Hz230 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

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

Rectificador en puente completo

VC

Vin: 230 V, 50 Hz

Principio de funcionamiento

Semiciclo positivo Semiciclo negativo

VC = Vin VC = Vin

VinVin

VC VC

El condensador se carga al valor de pico de la tensión de entrada

VCVin: 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

Doblador de tensiónEn 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

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 negativoVC1 = 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)

Rectificador controlado de silicio

p2

n2

n1

p1G

K

A

J3

J2

J1Ip2

n2

p1

n1C

A

K

Estructura Interna y circuito equivalente Característica

SímboloEl SCR es el tiristor por excelencia

(Cátodo)(Puerta)

C

G

A(Ánodo)

E

B

C

C

B

E

IA

VACVB

IG

VACVB

IG

C

G

AIA

IA

VAC

Estado de bloqueo:

•Soporta tensión inversay 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

G

A

C

Modelo ideal de un SCR

A

CG

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

PN

N

A

C

G

Ejemplo: Control de fase

RV1

V1

VR

VR

Disparo

Disparo

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 controlamos la energía que pasa

Rectificador monofásico controlado de doble onda

T1 y T4 T3 y T2230 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


T1 T2

T4 T3


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

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


R S TUR

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)

0º60º 120º 180º 240º 300º 360º

30º 90º 150º 210º 270º 330º

Us

D1 D2 D3D1 D2 D3


R S T

0º60º 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

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

TUs

RL

D1

D4

D2

D5

D3

D6

D1 D2 D3


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 D6

RST

U

s

R

L

D1

D4

D2

D5

D3

D6


R S T

RS RT

D1 D5 D6D1

R

S

TUS

RL

D1

D4

D2

D5

D3

D6

D1 D5

R

S

T

RL

D1

D4

D2

D5

D3

D6

US

Rectificadores controlados trifásicos

Rectificador controlado de media onda

R S T

UR

US

UT

T1

T2

T3

0º60º 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



R S T

UR

US

UT

T1

T2

T3

0º60º 120º 180º 240º 300º 360º

30º 90º 150º 210º 270º 330º

Us

α=60º




R S T

UR

US

UT

T1

T2

T3

0º60º 120º 180º 240º 300º 360º

30º 90º 150º 210º 270º 330º

Us

α=90º



USmed=0


R S T

UR

US

UT

T1

T2

T3

0º60º 120º 180º 240º 300º 360º

30º 90º 150º 210º 270º 330º

Us

α=120º



USmed<0

Inversor no autónomo

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

US

RS RT TRSR TSSTTS

T2T6 T2T4 T3T4

R

S

T

T1

T5 T6T4

T2 T3

US

Rectificador controlado de onda completa R

ST

T1

T5 T6T4

T2 T3

US

R S T

US

= 30º

RS RT TRSR TSSTTS

0º 60º

120º 180º 240º 300º 360º

30º

90º€ 150º 210º 270º 330º



RST

T1

T5 T6T4

T2 T3

US

R S T

US

= 60º

RS RT TRSR TSSTTS

0º 60º

120º 180º 240º 300º 360º

30º

90º€ 150º 210º 270º 330º


RST

T1

T5 T6T4

T2 T3

US

US

= 90º

RS RT TRSR TSSTTS

0º 60º 120º 180º 240º 300º 360º30º 90º€ 150º 210º 270º 330º

R S T

USmed=0


RST

T1

T5 T6T4

T2 T3

US

US

= 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

CONVERTIDORES C.A.-C.A. (CICLOCONVERTIDORES)CONVERTIDORES C.A.-C.A. (CICLOCONVERTIDORES)

DEFINICIÓN:DEFINICIÓN:

ES UN CONVERTIDOR QUE CONTROLA LA TENSIÓN, LA ES UN CONVERTIDOR QUE CONTROLA LA TENSIÓN, LA CORRIENTE Y LA POTENCIA MEDIA QUE ENTREGA UNA FUENTE CORRIENTE 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 Y INTERRUPTORES ELECTRÓNICOS CONECTAN Y DESCONECTAN LA FUENTE A INTERVALOS REGULARESDESCONECTAN LA FUENTE A INTERVALOS REGULARES

ESTA CONMUTACIÓN SE PRODUCE MEDIANTE UN ESQUEMA ESTA CONMUTACIÓN SE PRODUCE MEDIANTE UN ESQUEMA DENOMINADO CONTROL DE FASE QUE TIENE COMO EFECTO DENOMINADO CONTROL DE FASE QUE TIENE COMO EFECTO ELIMINAR PARTE DE LA FORMA DE ONDA DE LA FUENTE ELIMINAR PARTE DE LA FORMA DE ONDA DE LA FUENTE ANTES DE ALCANZAR LA CARGAANTES DE ALCANZAR LA CARGA

CONVERTIDORES C.A.-C.A. (CICLOCONVERTIDORES)CONVERTIDORES C.A.-C.A. (CICLOCONVERTIDORES)

ESQUEMA TRIFÁSICO DEL CICLOCONVERTIDOR A CONFIGURAR EN ESQUEMA TRIFÁSICO DEL CICLOCONVERTIDOR A CONFIGURAR EN NUESTRO EQUIPO NUESTRO EQUIPO

TENSIONES EN LA CARGATENSIONES EN LA CARGAINCONVENIENTES DE ESTOS CONVERTIDORESINCONVENIENTES DE ESTOS CONVERTIDORES

AL IGUAL QUE LOS RECTIFICADORES PRESENTAN PROBLEMAS AL IGUAL QUE LOS RECTIFICADORES PRESENTAN PROBLEMAS CON LAS CORRIENTES ARMÓNICAS QUE SE PRODUCE POR LA CON 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

TIRISTORESTIRISTORES

COMPONENTE ELECTRÓNICO BÁSICO DE ESTOS CONVERTIDORES DE COMPONENTE ELECTRÓNICO BÁSICO DE ESTOS CONVERTIDORES DE CORRIENTECORRIENTE

INTERRUPTOR CASI IDEAL QUE NOS PERMITE MODIFICAR LA FORMA DE LA INTERRUPTOR CASI IDEAL QUE NOS PERMITE MODIFICAR LA FORMA DE LA ONDA DE TENSIÓN Y CORRIENTE EN LA CARGA EN FUNCIÓN DE SUS ONDA DE TENSIÓN Y CORRIENTE EN LA CARGA EN FUNCIÓN DE SUS CONEXIONES Y DESCONEXIONESCONEXIONES Y DESCONEXIONES

PARA QUE EL TIRISTOR PARA QUE EL TIRISTOR PERMITA EL PASO DE PERMITA EL PASO DE CORRIENTE A TRAVÉS DE ÉL CORRIENTE A TRAVÉS DE ÉL HEMOS DE APLICAR UNA HEMOS DE APLICAR UNA PEQUEÑA TENSIÓN EN EL PEQUEÑA TENSIÓN EN EL TERMINAL DE PUERTATERMINAL DE PUERTA

EL BLOQUEO DE LA CICULACIÓN DE EL BLOQUEO DE LA CICULACIÓN DE CORRIENTE A TRAVÉS DEL TIRISTOR SE CORRIENTE A TRAVÉS DEL TIRISTOR SE PRODUCE DE FORMA AUTOMÁTICA AL PASO PRODUCE DE FORMA AUTOMÁTICA AL PASO POR CERO DE LA TENSIÓNPOR CERO DE LA TENSIÓN

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 VARIACIONES RESPONDEN 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-C COLOCAR UNA RED R-C EN PARALELO CON EL EN PARALELO CON EL

TIRISTOR QUE ABSORBA TIRISTOR QUE ABSORBA ESTE CRECIMIENTOESTE CRECIMIENTO

PROBLEMAS DE PROBLEMAS DE SOBRECALENTAMIENTO SOBRECALENTAMIENTO AL MANEJAR POTENCIAS AL MANEJAR POTENCIAS ELEVADASELEVADAS

SOLUCIÓN:SOLUCIÓN: DISIPADOR DISIPADOR TÉRMICOTÉRMICO

CCIRCUITO DE DISPAROIRCUITO DE DISPARO

COMPONENTE MÁS IMPORTANTE DEL EQUIPOCOMPONENTE MÁS IMPORTANTE DEL EQUIPO

CONTROLA LA SUCESIÓN DE APERTURA Y CIERRE DE LOS 6 CONTROLA LA SUCESIÓN DE APERTURA Y CIERRE DE LOS 6 TIRISTORESTIRISTORES

PERMITE UN CONTROL LÓGICO O ANALÓGICO DEL DISPARO PERMITE UN CONTROL LÓGICO O ANALÓGICO DEL DISPARO DE LOS TIRISTORES EN FUNCIÓN DE LAS NECESIDADES O DE LOS TIRISTORES EN FUNCIÓN DE LAS NECESIDADES O MEDIOS DISPONIBLESMEDIOS DISPONIBLES

MONTAJE DEL EQUIPOMONTAJE DEL EQUIPOZONA DE CONTROL LÓGICO / ANALÓGICOZONA DE CONTROL LÓGICO / ANALÓGICOALIMENTACIÓN CIRCUITO DE DISPAROALIMENTACIÓN CIRCUITO DE DISPARO

ALIMENTACIÓN PRINCIPAL ALIMENTACIÓN PRINCIPAL TRIFÁSICATRIFÁSICA

ALIMENTACIÓN A LAS ALIMENTACIÓN A LAS CARGASCARGAS

ZONA DE CONFIGURACIÓN DE ZONA DE CONFIGURACIÓN DE LOS CONVERTIDORES Y LOS CONVERTIDORES Y MEDIDAS ELÉCTRICASMEDIDAS ELÉCTRICAS

PROTECCIONESPROTECCIONES

GENERALES:GENERALES:

TRIRISTORES:TRIRISTORES:

INSTALACIÓN POR FASE DE FUSIBLES ULTRARÁPIDOS INSTALACIÓN POR FASE DE FUSIBLES ULTRARÁPIDOS (RECOMENDADOS PARA LA PROTECCION DE (RECOMENDADOS PARA LA PROTECCION DE SEMICONDUCTORES) DE SEMICONDUCTORES) DE In=10AIn=10A Y PODER DE CORTE DE Y PODER DE CORTE DE 20kA20kA A A 500 V C.A.500 V C.A.

COLOCACIÓN DE REDES R-C POR CADA TIRISTOR COLOCACIÓN DE REDES R-C POR CADA TIRISTOR PARA PROTECCIÓN CONTRA INCREMENTOS PARA PROTECCIÓN CONTRA INCREMENTOS BRUSCOS DE TENSIÓN O INTENSIDAD DE LOS BRUSCOS DE TENSIÓN O INTENSIDAD DE LOS SIGUIENTES VALORESSIGUIENTES VALORES

R C

68 22F

INSTALACIÓN DE UN DISIPADOR TÉRMICO DE INSTALACIÓN DE UN DISIPADOR TÉRMICO DE 0,48ºC/W0,48ºC/W PARA PROTEGER LOS MÓDULOS DE PARA PROTEGER LOS MÓDULOS DE TIRISTOR DE SOBRECALENTAMIENTOS EXCESIVOSTIRISTOR DE SOBRECALENTAMIENTOS EXCESIVOS

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