Electronica Potencia
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Transcript of Electronica Potencia
E LECTRNICA DE P OTENCIA :Aspectos Generales y Convertidores Electrnicos
Alexander Bueno MontillaU NIVERSIDAD S IMN B OLVARDepartamento de Conversin yTransporte de EnergaMarzo, 2011
I
II
ndice general
ndice general
I
III
Conceptos Bsicos
1
1. Anlisis de los Circuitos Mediante Series de Fourier.
3
1.1. Serie de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.2. Expresiones de la Serie de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.3. Serie de Fourier forma compleja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.4. Transformada Rpida de Fourier (FFT ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.5. Simetra de la Funcin g(t) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.5.1. Funcin Par . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.5.2. Funcin Impar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.5.3. Simetra de Media Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.6. Coeficientes de Fourier de Ondas Simtricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.6.1. Funciones Pares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.6.2. Funciones Impares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.6.3. Funciones con Simetra de Media Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.7. Valor Efectivo o Eficaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
1.8. Valor Medio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
1.9. Factor de Distorsin Armnica Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
1.10. Factor de Rizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
1.11. Factor de Forma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
III
NDICE GENERAL
IV
1.12. Anlisis de Circuitos Elctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
1.13. Clculo de Potencia Para Formas de Onda Peridicas No Sinusoidales . . . . . . .
12
1.13.1. Potencia Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12
1.13.2. Potencia Aparente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
1.13.3. Factor de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
1.14. Potencia de Distorsin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13
1.15. Ejemplo de Aplicacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
15
2. Calidad de Servicio Elctrico
17
2.1. Transitorios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
2.1.1. Impulso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
17
2.1.2. Oscilaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
2.2. Variaciones de Tensin de Corta Duracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
2.2.1. Hueco o Sag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
2.2.2. Oleaje o Swell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
2.2.3. Interrupcin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
2.3. Variaciones de Tensin de Larga Duracin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
2.4. Desbalance de tensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
22
2.5. Parpadeo de tensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
2.6. Desbalance de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
2.7. Distorsin en la Forma de Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
3. Circuitos con Interruptores
27
3.1. Definiciones: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
3.2. Circuito Resistivo: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
3.3. Circuito Resistivo Capacitivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
3.3.1. Resolucin de la Ecuacin Diferencial en Corriente . . . . . . . . . . . . .
30
3.3.2. Solucin de la Ecuacin Diferencial Utilizando Transformada de Laplace .
31
3.3.3. Formas de Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
32
3.4. Circuito Resistivo Inductivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
33
NDICE GENERAL3.4.1. Resolucin de la Ecuacin Diferencial en Corriente: . . . . . . . . . . . .
34
3.4.2. Resolucin de la Ecuacin Diferencial por Transformada de Laplace . . . .
34
3.4.3. Formas de Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
3.5. Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
3.5.1. Solucin Homognea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
3.5.2. Solucin Particular Fuente Constante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
3.5.3. Solucin Particular (Rgimen Sinusoidal Permanente) . . . . . . . . . . .
36
3.5.4. Solucin Total . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
3.5.4.1.
II
V
Solucin Particular por el Mtodo Clsico. . . . . . . . . . . . .
37
3.5.5. Formas de Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
Aspectos Generales y Dispositivos
4. Introduccin
4143
4.1. Resea Histrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
4.2. Funciones Bsicas de los Convertidores Electrnicos de Potencia . . . . . . . . . .
44
4.3. Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
4.3.1. Residencial: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
4.3.2. Comercial: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
4.3.3. Industrial: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
4.3.4. Transporte: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
4.3.5. Transmisin y Otras Utilidades: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
4.4. Dispositivos Semiconductores de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
4.4.1. Diodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
4.4.2. Tiristor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
4.4.3. Triac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
4.4.4. Tiristores Auto Desactivables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
4.4.5. Transistores BJT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
55
4.4.6. MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
NDICE GENERAL
VI
III
4.4.7. IGBT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
4.4.8. SIT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
4.5. Clasificacin de los Semiconductores de Potencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61
4.6. Seleccin de Semiconductores de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
4.7. Ventajas y Desventajas de la Electrnica de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . .
63
Puentes AC - DC
5. Rectificadores de Media Onda No Controlado
6567
5.1. Aspectos Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
67
5.2. Rectificador con Carga Resistiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
68
5.2.1. Tensin Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
5.2.2. Corriente Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
5.2.3. Tensin Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
5.2.4. Corriente Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
71
5.2.5. Factor de Rizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
5.3. Rectificador con Carga Resistiva Inductiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
5.3.1. Tensin Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
5.3.2. Corriente Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
5.3.3. Tensin Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
5.3.4. Corriente Efectiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
5.3.5. Factor de Rizado en Tensin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
5.3.6. Simulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .