ELECTRONICA DE POTENCIA II (ELT 3712)

ELECTRONICA DE POTENCIA II
(ELT 3712)
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HORARIO:MARTES Y JUEVES 14.30-16:00
PONDERACION
3 EX.PARCIALES 35%
EX.FINAL 35%
LABORATORIO y proyecto 20%
AUX y trabajos 10%
BIBLIOGRAFIA
ELECTRONICA DE POTENCIA CIRCUITOS, DISPOSITIVOS Y
APLICACIONES , RASHID, Tercera edicion
ELECTRONICA DE POTENCIA, J.L.ANTUNES ALMEIDA
POWER ELECTRONICS, NED MOHAM
Fundamentals of Power Electronics (Erikson)
POWER ELECTRONICS, WILLIAMS
Switching Power Supply Design, Pressman
INTRODUCION A LOS CONVERTIDORES CC-CA, Denizar Cruz
POWER ELECTRONICS, DEWAN
TEXTO DE LA MATERIA
CAPITULO I
CIRCUITOS BASICOS
CON DIODOS Y SCR
 Introducción
Los convertidores estáticos son un
conjunto de circuitos RLC, asociados a un
conjunto de interruptores (diodo, BJTs,
SCR, etc.), que abren y cierran en
momentos determinados.
 En Electrónica de Potencia es de suma
importancia el estudio preliminar de los
circuitos de primer orden y segundo
asociados con interruptores estáticos

CIRCUITOS DE PRIMER ORDEN

Circuito RC en serie con un SCR
SCR EN ON
iC
0
E  V AK  VC  VR
dVC
E  Vc  iC R como iC  C
tenemos:
dt
dVc Vc
E


dt
RC RC
De la ecuacion
t
RC
t
RC
t
RC
t
RC
E
E
VCe 
e dt VCe  e .RC  Cte

RC
RC
VC  E  Cte.e
Si t=0, Vc=0→Cte=-E
t
  RC

Vc  E1 e 




Tenemos
dVC
iC  C

dt
E
ic  e
R

t
RC

t
RC
Curvas de tensión y corriente
SCR en OFF
Si t=0→Vc=0, t=∞→Vc=E
Conclusión
Hay dos formas de apagar el SCR
 Disminuir la corriente por debajo de
Ih(corriente de mantenimiento)
 Invertir la tensión de alimentación
(conmutación forzada)
 En este tipo de circuito no es posible
alterar instantáneamente el nivel de
tensión en los bornes del capacitor, en
aproximadamente 3T el SCR se bloquea.

Circuito RL en serie con un SCR
iL
En t>0, SCR en ON
diL
E  VR  VL  iL R  L
dt
De la ecuacion
Tenemos
VL  L
diL
dt
diL
R E
 iL 
dt
L L
iL
R

t

E
L
1  e

R 
VL  Ee
R
 t
L




Si t=0→i L=0, t=∞→iL=E/R
R
 t 
E

iL  1  e L 
R

VL  Ee
R
 t
L
Conclusión

En este circuito la corriente en el SCR no
se anula jamás, por tanto es necesario
circuitos auxiliares (Conmutación forzada).
Circuito RL con diodo de circulación
Segunda etapa y con condiciones iniales
E
iD(0)  ;vL (0)  0;vR (0)  E
R
iD
v L  v R  v AK  0  v L  v R  0
Segunda etapa con Drl en ON
De la ecuacion
diD
L
 iD R  0
dt
Tenemos
diD
vL  L
dt
iD (t )  I O e
vL   I O Re
R
 t
L
R
 t
L
Curvas de corriente y voltaje
t  0  iD  Io
t    iD  0
Si t=0→VL=-IoR, t=∞→VL=0
Conclusión

Cuando se abre el SCR, el voltaje en la
inductancia cambia de polaridad
Circuito RL con diodo de rueda libre
y recuperación
Ecuaciones
E
1) SCR  ON  i  I o   regimen  permanente
R
2) SCR  OFF  vL  vR  E1  0
di D
E1
R
 iD  
dt
L
L
R
E1 
E1   L t
iD     I 0  .e  graficamos
R 
R
Corriente de la segunda etapa
Si  t  o  iD  Io
Si  t  t1  iD  0
E1 
E1   RL t
iD     I 0   .e
R 
R
En t1 toda la energía almacenada en la inductancia
es transferida a la batería E1
Calculo de t1
Si  t  t 1  i D  0
E1
E1
0  
 (Io 
)e
R
R
t1
 IoR  E1
L

ln 
R
E1


R
t1
L



Realizar el análisis para carga puramente inductiva
Carga de un capacitor a corriente constante
1) Si  S  OFF  vC  0  DRL , en.ON  i  I
2) Si  S  ON  i  i1  ESCI  DRL , en, OFF
Análisis de ecuaciones
Ic  C
dUc
Ic
 Uc  t  Cte
dt
C
Uc 
Ic
I
t  Uc  t
C
C
Si Uc E  DRL ON
La corriente I vuelve a circular por el
diodo y el capacitor se encuentra
cargado a Uc=E
El tiempo de carga del capacitor:
Si  t  t f  vc  E
t
f

EC
I
Voltaje del capacitor
Circuito de recuperación con
transformador


S  ON Se acumula energía en LP D en OFF
S OFF Se transfiere energía de LP a LS  D
en ON (transfiere energía a E).
CIRCUITOS DE SEGUNDO ORDEN
En  t  0  S , en, ON
E  Uc  U L
dUc dic
d2Uc
ic  C
 C 2
dt
dt
dt
d 2Uc
E  Uc  LC
 resolviendo
2
dt
Solución de la ecuación de 2do orden
Vc(t )  E  ( E  Vco) cos wot  I LO
L
i L ( t )  ( E  Vco ) senw o t  I LO
C
L
senwot
C
L
cos w o t
C
Ejemplo

Condiciones iniciales: Vco=0, ILO=0 y E≠0
Vc(t )  E  ( E  Vco) cos wot  I LO
L
senwo t
C
L
L
i L (t )  ( E  Vco) senwo t  I LO
cos wo t
C
C
L
i L (t )  Esenw o t
C
Vc(t)  E  E coswot
Cuando la corriente del circuito se anula en , el tiristor se bloque a partir
de ese momento el capacitor permanece cargado con tensión 2E
Inversión de la polaridad en un capacitor


La inversión de la polaridad en un capacitor (situación muy
encontrada en aplicaciones de conversores de CC-CC, en
conmutación forzada), se puede analizar como un caso
particular, donde las condiciones iniciales son:
E=0, ILO=0 y Vco = -Vo
Vc ( t )  Vo cos wo t
L
i (t )  Vosenw o t
C
Curvas de corriente y voltaje
Conclusión

La polaridad del capacitor se invierte
durante el medio periodo de operación, La
energía almacenada en el capacitor es
transferida al inductor y en seguida
devuelta al capacitor. Esto permite
determinar la corriente máxima que
circula por el inductor.
Corriente máxima en el inductor
t 
to

t 

2

1
E C 
CU
2
1
E L 
LI
2
2
0
2
LMAX
como  EC  EL
entonces  I LMAX
C
 Uo
L
Ejercicio1

Los SCR son disparados alternadamente con Vc(t)=0,
i(t)=0 y E≠0, graficar vc(t) e iL(t) hasta 4¶
Ejercicio2

Hallar las expresiones de corriente de la
inductancia y voltaje del capacitor
E  vL (t )  vc (t )
iL (t )  iC (t )  I
d (iC  I )
diC
diL
vL  L
L
L
dt
dt
dt
dvC
d 2vC
iC  C
 vL  LC 2
dt
dt