Electronica potencia (2)

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    12-Jan-2017

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<ul><li><p>ELECTRNICA DE POTENCIA:</p><p>Aspectos Generales y Convertidores Electrnicos</p><p>Alexander Bueno MontillaUNIVERSIDAD SIMN BOLVAR</p><p>Departamento de Conversin y</p><p>Transporte de Energa</p><p>Febrero, 2012</p></li><li><p>I</p></li><li><p>II</p></li><li><p>ndice general</p><p>ndice general III</p><p>I Conceptos Bsicos 1</p><p>1. Anlisis de los Circuitos Mediante Series de Fourier. 3</p><p>1.1. Serie de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3</p><p>1.2. Expresiones de la Serie de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4</p><p>1.3. Serie de Fourier forma compleja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5</p><p>1.4. Transformada Rpida de Fourier (FFT ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5</p><p>1.5. Simetra de la Funcin g(t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6</p><p>1.5.1. Funcin Par . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6</p><p>1.5.2. Funcin Impar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6</p><p>1.5.3. Simetra de Media Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7</p><p>1.6. Coeficientes de Fourier de Ondas Simtricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7</p><p>1.6.1. Funciones Pares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8</p><p>1.6.2. Funciones Impares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8</p><p>1.6.3. Funciones con Simetra de Media Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8</p><p>1.7. Valor Efectivo o Eficaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9</p><p>1.8. Valor Medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10</p><p>1.9. Factor de Distorsin Armnica Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10</p><p>1.10. Factor de Rizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10</p><p>1.11. Factor de Forma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10</p><p>III</p></li><li><p>IV NDICE GENERAL</p><p>1.12. Anlisis de Circuitos Elctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11</p><p>1.13. Clculo de Potencia Para Formas de Onda Peridicas No Sinusoidales . . . . . . . 12</p><p>1.13.1. Potencia Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12</p><p>1.13.2. Potencia Aparente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13</p><p>1.13.3. Factor de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13</p><p>1.14. Potencia de Distorsin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13</p><p>1.15. Ejemplo de Aplicacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15</p><p>1.16. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18</p><p>2. Calidad de Servicio Elctrico 19</p><p>2.1. Transitorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19</p><p>2.1.1. Impulso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19</p><p>2.1.2. Oscilaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20</p><p>2.2. Variaciones de Tensin de Corta Duracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21</p><p>2.2.1. Hueco o Sag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21</p><p>2.2.2. Oleaje o Swell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22</p><p>2.2.3. Interrupcin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22</p><p>2.3. Variaciones de Tensin de Larga Duracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23</p><p>2.4. Desbalance de tensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24</p><p>2.5. Parpadeo de tensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25</p><p>2.6. Desbalance de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25</p><p>2.7. Distorsin en la Forma de Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26</p><p>2.8. Caracterstica y Clasificacin de los fenmenos Electromagnticos . . . . . . . . . 29</p><p>3. Circuitos con Interruptores 31</p><p>3.1. Definiciones: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31</p><p>3.2. Circuito Resistivo: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31</p><p>3.3. Circuito Resistivo Capacitivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33</p><p>3.3.1. Resolucin de la Ecuacin Diferencial en Corriente . . . . . . . . . . . . . 34</p><p>3.3.2. Solucin de la Ecuacin Diferencial Utilizando Transformada de Laplace . 35</p></li><li><p>NDICE GENERAL V</p><p>3.3.3. Formas de Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36</p><p>3.4. Circuito Resistivo Inductivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37</p><p>3.4.1. Resolucin de la Ecuacin Diferencial en Corriente: . . . . . . . . . . . . 38</p><p>3.4.2. Resolucin de la Ecuacin Diferencial por Transformada de Laplace . . . . 38</p><p>3.4.3. Formas de Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39</p><p>3.5. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39</p><p>3.5.1. Solucin Homognea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40</p><p>3.5.2. Solucin Particular Fuente Constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40</p><p>3.5.3. Solucin Particular (Rgimen Sinusoidal Permanente) . . . . . . . . . . . 40</p><p>3.5.4. Solucin Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41</p><p>3.5.4.1. Solucin Particular por el Mtodo Clsico. . . . . . . . . . . . . 41</p><p>3.5.5. Formas de Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42</p><p>3.6. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43</p><p>II Aspectos Generales y Dispositivos 45</p><p>4. Introduccin 47</p><p>4.1. Resea Histrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47</p><p>4.2. Funciones Bsicas de los Convertidores Electrnicos de Potencia . . . . . . . . . . 48</p><p>4.3. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49</p><p>4.3.1. Residencial: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49</p><p>4.3.2. Comercial: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50</p><p>4.3.3. Industrial: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50</p><p>4.3.4. Transporte: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51</p><p>4.3.5. Transmisin y Otras Utilidades: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51</p><p>4.4. Dispositivos Semiconductores de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51</p><p>4.4.1. Diodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51</p><p>4.4.2. Tiristor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53</p><p>4.4.3. Triac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56</p></li><li><p>VI NDICE GENERAL</p><p>4.4.4. Tiristores Auto Desactivables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57</p><p>4.4.5. Transistores BJT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59</p><p>4.4.6. MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61</p><p>4.4.7. IGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63</p><p>4.4.8. SIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64</p><p>4.5. Clasificacin de los Semiconductores de Potencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65</p><p>4.6. Seleccin de Semiconductores de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67</p><p>4.7. Ventajas y Desventajas de la Electrnica de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . 67</p><p>III Puentes AC - DC 69</p><p>5. Rectificadores de Media Onda No Controlado 71</p><p>5.1. Aspectos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71</p><p>5.2. Rectificador con Carga Resistiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72</p><p>5.2.1. Tensin Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74</p><p>5.2.2. Corriente Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75</p><p>5.2.3. Tensin Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75</p><p>5.2.4. Corriente Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75</p><p>5.2.5. Factor de Rizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76</p><p>5.3. Rectificador con Carga Resistiva Inductiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76</p><p>5.3.1. Tensin Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80</p><p>5.3.2. Corriente Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80</p><p>5.3.3. Tensin Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80</p><p>5.3.4. Corriente Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80</p><p>5.3.5. Factor de Rizado en Tensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81</p><p>5.3.6. Simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81</p><p>5.4. Rectificador con Carga Inductiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84</p><p>5.4.1. Tensin Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86</p><p>5.4.2. Corriente Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86</p></li><li><p>NDICE GENERAL VII</p><p>5.4.3. Tensin Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87</p><p>5.4.4. Corriente Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87</p><p>5.4.5. Simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87</p><p>5.5. Rectificador con Diodo de Descarga Libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89</p><p>5.5.1. Rgimen transitorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91</p><p>5.5.2. Estado Estacionario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91</p><p>5.5.2.1. Tensin Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95</p><p>5.5.2.2. Tensin Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95</p><p>5.5.2.3. Corriente Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95</p><p>5.5.2.4. Corriente Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96</p><p>5.5.3. Simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96</p><p>5.6. Rectificador con Carga Activa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98</p><p>5.6.1. Solucin Homognea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99</p><p>5.6.2. Solucin Particular Fuente Constante: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100</p><p>5.6.3. Solucin Particular (Rgimen Sinusoidal Permanente) . . . . . . . . . . . 100</p><p>5.6.4. Solucin Total: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100</p><p>5.6.5. Tensin Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102</p><p>5.6.6. Corriente Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102</p><p>5.6.7. Tensin Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103</p><p>5.6.8. Corriente Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103</p><p>5.6.9. Simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103</p><p>5.7. Ejemplo: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105</p><p>5.7.1. Rectificador con Carga RC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105</p><p>5.7.1.1. Simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108</p><p>5.8. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110</p><p>6. Rectificador de Media Onda Controlado 115</p><p>6.1. Aspectos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115</p><p>6.2. Rectificador con Carga Resistiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116</p></li><li><p>VIII NDICE GENERAL</p><p>6.2.1. Tensin Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118</p><p>6.2.2. Corriente Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118</p><p>6.2.3. Tensin Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118</p><p>6.2.4. Corriente Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119</p><p>6.2.5. Factor de Rizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119</p><p>6.3. Rectificador con Carga Resistiva Inductiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119</p><p>6.3.1. La corriente para t t t es: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120</p><p>6.3.1.1. Solucin Homognea. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120</p><p>6.3.1.2. Solucin Particular (Rgimen Sinusoidal Permanente) . . . . . . 120</p><p>6.3.1.3. Solucin Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120</p><p>6.3.2. Tensin Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123</p><p>6.3.3. Corriente Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123</p><p>6.3.4. Tensin Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123</p><p>6.3.5. Corriente Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123</p><p>6.3.6. Factor de Rizado en Tensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124</p><p>6.3.7. Simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124</p><p>6.4. Rectificador con Carga Inductiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126</p><p>6.4.1. Tensin Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128</p><p>6.4.2. Corriente Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128</p><p>6.4.3. Tensin Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129</p><p>6.4.4. Corriente Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129</p><p>6.4.5. Simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129</p><p>6.5. Rectificador con Carga Activa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131</p><p>6.5.1. Clculo del lmite de controlabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132</p><p>6.5.2. Solucin Homognea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133</p><p>6.5.3. Solucin Particular Fuente Constante: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133</p><p>6.5.4. Solucin Particular (Rgimen Sinusoidal Permanente) . . . . . . . . . . . 133</p><p>6.5.5. Solucin Total: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134</p><p>6.5.6. Tensin Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136</p></li><li><p>NDICE GENERAL IX</p><p>6.5.7. Corriente Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136</p><p>6.5.8. Tensin Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136</p><p>6.5.9. Corriente Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136</p><p>6.5.10. Simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137</p><p>6.6. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139</p><p>7. Rectificador Monofsico 141</p><p>7.1. Aspectos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141</p><p>7.2. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141</p><p>7.3. Esquema del Rectificador de Onda Completo Monofsico . . . . . . . . . . . . . . 142</p><p>7.4. Operacin del Puente Rectificador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142</p><p>7.5. Circuito Equivalente del Puente Rectificador Monofsico . . . . . . . . . . . . . . 146</p><p>7.6. Anlisis de la Condicin No Continuada de Corriente . ....</p></li></ul>