Electrónica de Potencia

Electrónica de Potencia
GTZ

Proyecto de Cooperación Técnica en la Formación Profesional.

Fuente: Enigmaelectronica

Son tres Libros:

• Libro de texto
• Libro de Hojas des trabajo
• Libro de Preguntas de exámenes

Contenido

• Introducción a la Electrónica de Potencia.
• Interruptores electrónicos.
• Controladores electrónicos de potencia.
• Convertidores de potencia no controlados (rectificadores).
• Convertidores de potencia controlados.
• Impulsores convertidores de potencia con motor de corriente continua.
• Convertidores de potencia con motor asíncrono trifásico.

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Contenido del Libro de texto

Indice analítico.

Prólogo.

Introducción a la Electrónica de Potencia.

Etapas de desarrollo. Principio básico de los convertidores estáticos de potencia. Diagramas de bloques. Rectificadores. Inversores. Convertidores. Tipos de carga'. Cargas pasivas. Cargas activas. Válvulas convertidoras. Válvulas no controladas - diodos. Válvulas controladas - tiristores. Principios de la ingeniería de control (lazo abierto). Terminología básica. Tipos de sistemas de control en lazo abierto. Control maestro. Control de elemento de retención. Control por programa. Control por programa almacenado. Elementos de control final. Fundamentos de la ingeniería de control automático (lazo cerrado). Terminología básica. Acción de un lazo de control. Respuesta a la perturbación con control de comando fijo. Respuesta a los cambios del valor requerido con un controlador de seguimiento. Comportamiento de los elementos de control en lazo cerrado. Sistemas con dos almacenadores de energía. Amplificadores operacionales como controladores en lazo. Ejemplo de amplificador operacional como controlador P. Controlador I con amplificador operacional. Controlador Pl con amplificador operacional. Lazos de control mallados. Controlador PID con amplificador operacional. Aplicaciones de la ingeniería de control. Símbolos utilizados. Tensiones. Corrientes. Energías. Magnitudes de la ingeniería de control. Otras magnitudes.

Interruptores electrónicos.

Componentes y módulos. Generalidades. Diodos de potencia. Curvas características y tensión directa. Ejemplo. Factor de forma. Disipación de potencia directa. Ejemplo: Comprobación de un diodo de potencia. Condiciones de conmutación y esfuerzo de tensión inversa. Tipos de diodos de potencia. Tiristores (SCR). Triac. Comportamiento dinámico de las válvulas semiconductoras. Proceso de encendido. Disipación de potencia de encendido. Proceso de apagado. Valores característicos dinámicos (velocidad de subida de corriente). Valores característicos dinámicos (velocidad de subida de tensión). Conexión en serie y en paralelo de diodos y tiristores. Conexión en serie. Ejemplo de una conexión en serie. Conexión en paralelo. Conexión en antiparalelo. Ejemplo: Controlador de potencia de corriente alterna. Módulos semiconductores de potencia. Rectificador de selenio. Transistores de potencia. Transistores de difusión en tres fases. Transistores de potencia en circuito Darlington. Transistores de potencia epitaxiales. Ejemplo: fuente de alimentación de potencia conmutada. Ejemplo de un interruptor de potencia de A con transistores. Protección de válvulas de silicio. Protección contra sobretensión. Protección contra sobretensiones debidas al efecto de almacenamiento de portadores. Sobretensiones debidas a operaciones de conmutación. Componentes de protección contra sobretensión. Protección contra sobrecorrientes y cortocircuitos. Protección mediante fusibles. Protección combinada de sobrecogiente. Protección de sobretemperatura. Generalidades. Comportamiento térmico estático. Ejemplo: Cuatro diodos sobre un disipador de calor. Comportamiento térmico dinámico. Tipos de disipación de calor. Interruptores de corriente alterna y trifásicos. Generalidades. interruptores de corriente alterna. Principio básico del interruptor de tensión cero. Relés electrónicos de carga. ELR en circuito de autoretención. Interruptores trifásicos. Generalidades. Conexión delta:. Conexión estrella con conductor neutro. Conexión estrella sin conductor neutro. Interruptores trifásicos de reducido costo en interruptores (circuito económico trifásico). Aplicaciones típicas. Interruptores trifásicos con disparo de corriente alterna. Interruptores trifásicos con disparo de tensión continua. Interruptores trifásicos con ELR. Circuito con contactor electrónico de inversión. Indicaciones de diseño. Aumento de temperatura y enfriamiento. Capacidad de carga. Sobrecorriente y protección contra cortocircuito. Selección de fusibles. Protección contra sobretensión. Interruptores de corriente continua. Generalidades. Relés electrónicos de carga para corriente continua. Interruptores de corriente continua con transistores. Interruptores de corriente continua con transistor bipolar. Interruptores de corriente continua con transistores de efecto decampo. Ejemplo: Interruptores de potencia VMOS. Interruptores de corriente continua con tiristores GTO. Interruptores de corriente continua con tiristores. Interruptores de corriente continua de tiristor con carga resistiva. Interruptores de corriente continua de tiristor con carga resistiva- inductiva. Símbolos utilizados. Tensiones. Corrientes. Resistencias. Potencias. Otras magnitudes. Símbolos y hojas de datos. Hoja de datos para el diodo DS (Brown Boveri). Hoja de datos para el diodo D (AEG). Hoja de datos del tiristor BStD (Siemens). Hoja de datos del tiristor CS (Brown Boveri). Hoja de datos para el triac TXD (Siemens).

Controladores electrónicos de potencia.

Generalidades. Control de paquetes de oscilaciones (control de onda completa). Principio básico. Controlador de potencia de corriente alterna con control de paquetes de oscilaciones para carga resistiva-inductiva y para carga de transformador. Construcción de los aparatos. Conmutación de una carga resistiva-inductiva. Conmutación de transformadores. Controlador de potencia trifásico con control de onda completa. en circuito económico. Conexión de aplicaciones utilizando control de paquetes de oscilaciones. Control de fase. Principio básico. Comparación entre un transformador variable y un controlador de potencia de corriente alterna. Controlador de potencia de corriente alterna con carga resistiva. Curva característica de control de un controlador de potencia de corriente alterna con carga resistiva. Controlador de potencia de corriente alterna con carga inductiva. Controlador de potencia de corriente alterna con carga resistiva-inductiva. Circuito de control incorporando el TCA. Generalidades. Descripción funcional y diagrama de pulsos. Datos técnicos. Aplicaciones típicas de un controlador de potencia de corriente alterna. Potencia reactiva de control. Generalidades. Medición de la potencia reactiva en un circuito W con carga resistiva. Armónicos de corriente «Factor de potencia total». Controlador de potencia trifásico. Generalidades. Consideraciones de tensión. Curvas características de control. Controlador de potencia de corriente continua. Generalidades. Controlador de potencia de corriente continua con transistor. Controlador de corriente continua de operación «analógica». Controlador de potencia de corriente continua de «conmutación». Controlador de potencia de corriente continua con tiristores. Tipos de control para controladores de potencia de corriente continua. Control de ancho de pulso. Control de frecuencia. Control de dos posiciones. Controlador transistorizado para un motor de corriente continua de , kW. Controlador de corriente continua de tiristor con circuito en anillo. Generalidades. Circuito experimental de un controlador de corriente continua de tiristor con circuito en anillo. Proceso de encendido. Proceso de apagado. Conclusiones. Símbolos utilizados. Tensiones. Corrientes. Potencias. Otras magnitudes.

Convertidores de potencia no controlados (rectificadores).

Terminología básica y definiciones. Ejemplo: tensión pulsátil; corriente pulsátil. Consideración de potencia. Ejemplo: Determinación del factor de rizo. Circuito rectificador de media onda (M ). Generalidades. Consideración de tensión. Número de pulsos y factor de rizo. Determinación del factor de rizo. Consideración de corriente. Consideración de potencia. Convertidores de potencia de onda completa. Generalidades. Circuito con toma central de onda completa (M ). Circuito en puente de onda completa (B ). Consideración de tensión. Número de pulsos y factor de rizo. Consideración de corriente. Consideración de potencia. Convertidor de potencia de onda completa con carga inductiva. Convertidor de potencia de tres pulsos. Generalidades. Circuito con toma central de tres pulsos (M ). Consideración de tensión. Número de pulsos y factor de rizo. Consideración de corriente. Consideración de potencia. Convertidor de potencia de seis pulsos. Generalidades. Consideración de tensión. Consideración de corriente. Consideración de potencia. Sumario. Datos importantes de un rectificador. Diseño de un convertidor de potencia. Conclusión. Símbolos utilizados. Tensiones. Corrientes. Potencias. Otras magnitudes.

Convertidores de potencia controlados.

Generalidades. Convertidor de potencia de media onda. Generalidades. Convertidor de potencia de media onda con carga resistiva. Consideración de tensión. Consideración de corriente. Curva característica de control. Ejemplo: convertidor de potencia de media onda. Convertidor de potencia de media onda con carga inductiva. Convertidor de potencia de media onda con carga resistiva-inductiva. Convertidor de potencia multipulso totalmente controlado. Generalidades. Circuito en puente de onda completa (B ). Generalidades. Consideración de tensión. Curva característica de control. Modo de espacio. Consideración de tensión inversa. Modo inversor. Circuito de tres pulsos controlado con toma central. Rango de control del convertidor de potencia de tres pulsos. Consideración de tensión. Ejemplo: convertidor de potencia de tres pulsos. Operación con diferentes tipos de carga. Proceso de conmutación como ejemplo del circuito M. Estabilidad del inversor. Circuito en puente trifásico totalmente controlado (B ). Generalidades. Rango de control del convertidor de potencia B. Secuencia de ios pulsos de disparo. Convertidor de potencia B con cargas diferentes. Operación con fuerza electromotriz de retorno. Curvas características de carga de los convertidores de potencia controlados. Convertidores de potencia semicontrolados. Generalidades. Circuito en puente semicontrolado de onda completa. Circuito en puente de onda completa semicontrolado simétrico. Circuito en puente de onda completa semicontrolado asimétrico. Circuito en puente semicontrolado de seis pulsos. Consideración de potencia. Generalidades. Potencia en la ingeniería del convertidor de potencia. Circuitos que economizan potencia reactiva. Compensación de potencia reactiva. Convertidores de potencia semicontrolados. Circuitos con diodo de libre circulación. Control de fase con secuencia B HZ. Convertidores de potencia de apagado. Efectos de los reactivos sobre el sistema. Símbolos utilizados. Tensiones. Corrientes. Potencias. Otras magnitudes.

Impulsores convertidores de potencia con motor de corriente continua.

Motores de corriente continua. Generalidades. Modo de operación del motor de corriente continua. Circuitos básicos. Motor Shunt. Motor serie. Motor compuesto. Modos de operación de una máquina de corriente continua. Motor de corriente continua y máquina impulsada. Generalidades. Magnitudes mecánicas características. Ejemplo: Impulsor de levantamiento. Magnitudes características del impulsor. Cálculode un impulsor. Características de los convertidores de potencia. Generalidades. Operación de un cuadrante. Operación de dos cuadrantes. Operación de cuatro cuadrantes. Convertidor de potencia de un cuadrante. Generalidades. Principio del impulsor Q controlado. Construcción de un convertidor Q típico. Generalidades. Integrador de valor requerido IVR. Controlador de velocidad. Generador de valor real de velocidad. Control de tensión de armadura. Controlador de corriente. Medición del valor real de corriente. Generalidades. Convertidor de corriente continua. Convertidor de corriente alterna. Convertidor shunt. Unidad de control. Unidad de potencia. Sincronización. Convertidor de un cuadrante con Inyección de corriente. Generalidades. Inyección de corriente. Aplicaciones típicas. Operación con tensión de referencia maestra. Modo de inversión. Frenado electrodinámico. Control de la relación de corriente. Convertidor de cuatro cuadrantes. Generalidades. Convertidor de cuatro cuadrantes con conmutación. electromecánica del circuito de armadura. Convertidor Q con conmutación electrónica. Generalidades. Integrador de valor requerido. Particularidades de los consoladores n y los consoladores. Interruptor de monitoreo con inhibición del controlador. Lógica de inversión. Convertidor de cuatro cuadrantes con facilidad de inversión directa. Optimización del ajuste de controladores. Generalidades. Guías de optimización. Determinación del modo de operación del convertidor. Símbolos utilizados. Tensiones. Corrientes. Otras magnitudes.

Convertidores de potencia con motor asincrono trifásico.

Sistema trifásico. Conexión estrella y delta. Consumo de potencia con cargas simétricas. Motor asincrono trifásico. Generalidades. Modo de operación. Generación de torque. Inversión del campo giratorio. Número de pares de polos. Tipos de diseño. Rotor en jaula de ardilla. Rotor con desplazamiento de corriente. Rotor de anillos rozantes. Motor y máquina impulsada. Generalidades. Magnitudes características de motores. Determinación de datos de potencia. Magnitudes características de máquinas impulsadas. Diseño de un impulsor de ventilador. Ajuste de velocidad. Generalidades. Controlador en circuito de estator. Controlador en circuito del rotor. Fuerza electromotriz de retorno en circuito de rotor. Ajuste de velocidad con convertidor directo. Generalidades. Convertidor trapecial. Convertidor de ciclo. Ajuste de velocidad con convertidor indirecto. Generalidades. Inversor trifásico. Convertidor con enlace de corriente continua. Convertidor con enlace de tensión continua. Tensión de enlace variable. Tensión de enlace constante. Convertidor de frecuencia de baja potencia. Generalidades. Aplicaciones típicas. Tendencia de desarrollo en electrónica de potencia. Símbolos utilizados. Tensiones. Corrientes. Potencias. Magnitudes características de impulsores y motores. Otras magnitudes. Indice alfabético.

Contenido del Libro de Hojas des trabajo

Indice

Explicaciones sobre el convertidor-rectificador de entrenamiento SR

Explicaciones sobre el equipo técnico adicional

Explicaciones para las Hojas de trabajo del Curso IV

Indicaciones sobre los métodos de medición

Hojas de trabajo

 Generador de función rampa, amplificador de control

 Controlador de potencia de corriente alterna semicontrolado WH

 Controlador de potencia de corriente alterna totalmente controlado WC ...

 Controlador de potencia trifásico semicontrolado WH

 Controlador de potencia trifásico totalmente controlado WC

 Controlador de potencia de corriente alterna con control en lazo cerrado WC (tipo )

 Circuito rectificador de media onda MU

 Circuito en puente de onda completa BU

 Circuito rectificador trifásico de media onda MU

 Circuito en puente trifásico de onda completa BU

 Convertidor de potencia de media onda MC

 Circuito en puente totalmente controlado BC -

 Convertidor de potencia trifásico controlado MC

 Circuito en puente semicontrolado simétrico BHC

 Circuito en puente semicontrolado asimétrico BHZ

 Circuito en puente trifásico semicontrolado BH

 Circuito en puente trifásico totalmente controlado BC con. carga activa ....

 Motor de corriente continua de velocidad controlada

 Convertidor de potencia de un cuadrante Tipo

 Convertidor de potencia de cuatro cuadrantes Tipo

 Convertidor de potencia de un cuadrante Tipo

 Convertidor de pulsos controlados Tipo

Comentarios sobre los ejemplos de Preguntas de exámenes

para el examen práctico al final del Curso IV

Ejemplos de preguntas del examen práctico

Contenido del Libro de Preguntas de exámenes

Indice

Prólogo   

Notas explicativas acerca de las preguntas de las hojas de examen del Curso IV  

Preguntas de exámenes para los ejercicios escritos    

 Introducción a la electrónica de potencia     

 Interruptores electrónicos    

 Controladores electrónicos de potencia .    

 Convertidores de potencia no controlados (rectificadores)    

 Convertidores de potencia controlados      

 Impulsores de convertidor de potencia con motor de corriente continua....    

 Convertidores de potencia con motor asíncrono trifásico     

Indicaciones de solución