Electrónica Industrial: Técnicas de Poténcia

Argumento de Electrónica Industrial: Técnicas de Poténcia

1. Introducción a la electrónica de potencia
2. diodo y transistor de potencia
3. tiristor. estados de bloqueo y conduccion
4. tiristor. disparo y bloqueo
5. otros componentes. asociacion, refrigeracion y proteccion
6. interruptores estaticos
7. reguladores
8. rectificadores no controlados (1)
9. rectificadores no controlados (2)
10. rectificadores controlados
11. cicloconvertidores
12. inversores. configuraciones
13. inversores con transistores
14. inversores con tiristores
15. aplicaciones. fiabilidad. ruido0PRÓLOGO A LA 2ª EDICIÓN XV

CAPITULO 1. Introducción a la Electrónica de Potencia 1
1.1 Generalidades 1
1.2 Campo de aplicación 2
1.3 Método de análisis 4
1.4 Integración de las ecuaciones diferenciales 6
1.4.1 Caso en que la ecuación es de primer orden 6
1.4.2 Caso en que la ecuación es de segundo orden 8
1.4.3 Aplicación del cálculo operacional 11
1.4.4 Integración numérica 13
1.5 Repaso sobre las formas de onda periódicas 16
1.5.1 Valores característicos de una onda 16
1.5.2 El desarrollo en serie de Fourier 16
1.5.3 Potencia 20

CAPITULO 2. Diodo y transistor de potencia 22
2.1 Diodo. Construcción y encapsulado 22
2.2 Características estáticas 28
2.2.1 Diodo en estado de bloqueo 28
2.2.2 Diodo en estado de conducción 30
2.3 Características dinámicas del diodo 33
2.3.1 Recuperación inversa y directa 33
2.3.2 Sobrecargas transitorias 38
2.4 Transistor. Construcción y encapsulado 38
2.5 Transistor de unión al corte y en saturación 46
2.6 Características dinámicas del transistor de unión 47
2.7 Avalancha secundaria 51
2.8 Protección en la conmutación 53
2.9 El transistor FET al corte y en saturación 55
2.10 Características dinámicas del FET de potencia 58
2.11 El transistor IGT 63
2.12 Transistores de potencia inteligentes (Smart Power) 65

CAPITULO 3. Tiristor. Estados de bloqueo y conducción 67
3.1 Generalidades. Const rucción 67
3.1.1 Estructura de la pastilla semiconductora 68
3.1.2 Encapsulado 69
3.2 Estado de bloqueo 72
3.2.1 Fenómenos internos en bloqueo directo 73
3.2.2 Fenómenos internos en bloqueo inverso 75
3.2.3 Características eléctricas en bloqueo. Pérdidas 75
3.3 Estado de conducción 76
3.3.1 Fenómenos internos en conducción 76
3.3.2 Características eléctricas. Parámetros de intensidad 78
3.3.3 Pérdidas en conducción 79
3.4 El tiristor asimétrico 81

CAPITULO 4. Tiristor. Disparo y bloqueo 83
4.1 Formas de disparo 83
4.1.1 Disparo por tensión excesiva 84
4.1.2 Disparo por derivada de tensión 85
4.1.3 Disparo por luz 88
4.1.4 Disparo por impulso de puerta 89
4.2 Tiempos de disparo 91
4.2.1 Disparo sobre circuito resistivo 91
4.2.2 Disparo sobre circuito inductivo 92
4.3 Características de puerta 93
4.4 Bloqueo 95
4.4.1 Bloqueo estático 96
4.4.2 Bloqueo dinámico 96
4.5 Procedimientos exteriores de bloqueo 98
4.5.1 Bloqueo por fuente inversa de tensión (FIT) 99
4.5.2 Bloqueo por fuente inversa de intensidad (FII) 101

CAPITULO 5. Otros componentes. Asociación, refrigeración y protección 108
5.1 El triac 108
5.1.1 Modos de funcionamiento 109
5.1.2 Construcción y encapsulado 111
5.2 Otros tiristores 112
5.2.1 El SCS (Silicon Controlled Switch) 112
5.2.2 El GTO (Gate Turn-Off Switch) 113
5.2.3 El tiristor fotosensible 122
5.3 El ignitrón 123
5.4 Componentes pasivos de potencia 125
5.4.1 Resistencias 126
5.4.2 Condensadores 128
5.4.3 Bobinas y transformadores 132
5.5 Componentes para disparo y control 154
5.5.1 El transistor monounión 155
5.5.2 El transistor monounión programable (PUT) 156
5.5.3 El diac 157
5.5.4 Optoacopladores 158
5.5.5 Transformadores de impulsos 160
5.5.6 Circuitos integrados y módulos 169
5.6 Asociación de semiconductores 170
5.6.1 Diodos en serie y en paralelo 170
5.6.2 Tiristores en serie y en paralelo 175
5.7 Refrigeración de semiconductores 179
5.8 Protección de semiconductores 183
5.8.1 Protección contra sobretensiones 183
5.8.2 Protección contra sobreintensidades 188

CAPITULO 6. Interruptores estáticos 195
6.1 Características generales 195
6.2 Interruptores estáticos de c.c. con tiristores 197
6.2.1 Bloqueo por condensador en paralelo 197
6.2.2 Bloqueo con inductancia en serie con la carga 200
6.3 Interruptores estáticos de c.a. con tiristores o triacs 204
6.3.1 Interruptores monofásicos de bloqueo natural 204
6.3.2 Interruptores trifásicos de bloqueo natural 208
6.3.3 Interruptores de bloqueo forzado 213
6.4 Interruptores estáticos con transistores 217
6.4.1 Interruptores de c.c 217
6.4.2 Interruptores de c.a. monofásicos 217
6.4.3 Interruptores de c.a. trifásicos 219

CAPITULO 7. Reguladores 221
7.1 Introducción 221
7.2 Reguladores de c.c. disipativos 221
7.3 Reguladores de c.c. no disipativos (troceadores) 223
7.3.1 Circuitos de frecuencia variable. Bloqueo por LC 227
7.3.2 El circuito de Morgan 230
7.3.3 Circuitos con tiempo de conducción variable. Bloqueo por condensador en paralelo 235
7.3.4 El circuito de Jones 237
7.3.5 Bloqueo por fuente inversa de intensidad (FII) 239
7.3.6 Circuitos elevadores 239
7.3.7 Ejemplo de circuito de mando 242
7.4 Reguladores de c.a. 244
7.4.1 El regulador total monofásico con control de fase y carga inductiva 246
7.4.2 Reguladores totales trifásicos con control de fase y carga resistiva 249
7.4.3 El regulador con inductancia saturable polarizada 252
7.4.4 El estabilizador ferrorresonante 253
7.5 Fuentes conmutadas 256
7.5.1 El regulador directo con transformador 258
7.5.2 El convertidor con transformador de toma media 260
7.5.3 El convertidor con batería de toma media 262
7.5.4 El convertidor en puente 265

CAPITULO 8. Rectificadores no controlados (I) 266
8.1 Generalidades. Montajes 266
8.2 Montajes de media onda con secundario en estrella 270
8.2.1 Tensiones 273
8.2.2 Intensidades 275
8.2.3 Caídas de tensión 276
8.2.4 Rendimiento 279
8.3 Montajes de onda completa con secundario en estrella 280
8.3.1 Tensiones 281
8.3.2 Intensidades 282
8.3.3 Caídas de tensión 283
8.3.4 Rendimiento 285

CAPITULO 9. Rectificadores no controlados (II) 286
9.1 Montajes de onda completa con secundario en polígono 286
9.1.1 Tensiones 288
9.1.2 Intensidades 289
9.1.3 Caídas de tensión 291
9.2 Asociación de rectificadores 293
9.2.1 Asociación en serie 293
9.2.2 Asociación en paralelo 293
9.3 Filtros 298
9.4 Tabla resumen 299

CAPITULO 10. Rectificadores controlados 302
10.1 Introducción 302
10.2 Montajes de media onda 302
10.2.1 Tensiones 305
10.2.2 Intensidades 306
10.2.3 Caídas de tensión 307
10.3 Montajes de onda completa con secundario en estrella 308
10.3.1 Montajes totalmente controlados 309
10.3.2 Montajes semicontrolados 310
10.4 Montajes de onda completa con secundario en polígono 314
10.4.1 Montajes totalmente controlados 314
10.4.2 Montajes semicontrolados 315
10.5 Filtros 315

CAPITULO 11.Cicloconvertidores 317
11.1 Introducción 317
11.2 El convertidor de cuatro cuadrantes 318
11.2.1 Funcionamíentosin intensidad circulatoria 321
11.2.2 Funcionamiento con intensidad circulatoria 322
11.3 El cicloconvertidor 324
11.3.1 Funcionamiento sin intensidad circulatoria 327
11.3.2 Funcionamiento con intensidad circulatoria 327
11.4 Circuitos prácticos 329
11.4.1 Circuitos simétricos 329
11.4.2 Circuitos en V 329
11.4.3 Circuitos en A 331

CAPITULO 12. Inversores. Configuraciones 333
12.1 Introducción. 333
12.2 Configuración del circuito de potencia 334
12.2.1 Transformador de toma media 335
12.2.2 Batería de toma media 336
12.2.3 Puente monofásico 339
12.2.4 Puente trifásico 339
12.3 El inversor como fuente de intensidad 342
12.4 Regulación de la tensión de salida 342
12.4.1 Variación de la tensión de entrada 344
12.4.2 Control de ancho de impulso 344
12.4.3 Modulación de impulsos de alta frecuencia 349
12.5 Filtrado de la tensión de salida 351
12.5.1 Caso monofásico con onda rectangular alterna de frecuencia fija y ancho variable 353
12.5.2 Caso trifásico con onda rectangular alterna de frecuencia fija y ancho variable 359
12.6 El inversor con modulador y filtro integrado 361

CAPITULO 13. Inversores con transistores 364
13.1 Introducción 364
13.2 Inversores autoexcitados 364
13.3 Inversores con excitación independiente 369
13.3.1 Circuito en puente 371
13.3.2 Circuito con dos transformadores de toma media 373
13.3.3 Circuito con un transformador de toma media y transistor en serie 374
13.3.4 Circuito con dos transformadores de toma media y transistor en serie 375
13.3.5 Circuito con dos transformadores de toma media y onda bidireccional 378
13.3.6 Circuito en puente de alta frecuencia 379
13.3.7 Circuito con transformador de toma media y transistor en serie de alta frecuencia 381
13.3.8 Amplificador de potencia en clase B 381
13.3.9 Inversor ferrorresonante 383
13.3.10 Tabla comparativa 385

CAPITULO 14. Inversores con tiristores 386
14.1 Introducción 386
14.2 Inversores de bloqueo natural. El circuito de Mapham 387
14.3 Inversores de bloqueo forzado 391
14.3.1 El inversor en FIT de Wagner 392
14.3.2 El inversor en FIT de Thorborg 398
14.3.3 El inversor en FII de McMurray 400
14.3.4 Variantes del inversor de McMurray 407
14.3.5 Tabla de clasificación de los inversores con tiristores de bloqueo forzado 409

CAPITULO 15. Aplicaciones. Fiabilidad. Ruido 415
15.1 Aplicaciones más importantes 415
15.2 Carga de baterías 420
15.2.1 Limitación por resistencia 421
15.2.2 Limitación por bobina 422
15.3 Control de velocidad de motores 426
15.3.1 Motores de c.c. 427
15.3.2 Motores de inducción 428
15.4 Fuentes de alimentación 430
15.5 Estabilizadores de c.a 434
15.5.1 Estabilizadores de tomas 434
15.5.2 Estabilizadores de regulación continua 436
15.5.3 Acondicionadores de línea 439
15.6 Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) 439
15.7 Interruptores estáticos 444
15.8 Fiabilidad 444
15.8.1 Teoría 445
15.8.2 Ejemplos 450
15.9 Ruido 456

BIBLIOGRAFÍA . . . 463

NOMENCLATURA Y NOTACIÓN DE TÉRMINOS CORRESPONDIENTES A SEMICONDUCTORES DISCRETOS. EQUIVALENTES EN INGLÉS 469