Download indice
Document related concepts
Transcript
Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica Electrónica Industrial Aplicada CONMUTACIÓN EN RECTIFICADORES 1.- Introducción. 2.- Conceptos varios sobre rectificadores 3.- Conmutación monofásicos. en rectificadores 3.1 Circuito ideal ( Ls = 0 e Id(t) = Id ) . 3.2 Efecto de Ls. 4.- Conmutación trifásicos. en rectificadores 4.1 Circuito ideal ( Ls = 0 e Id(t) = Id ) . 4.2 Efecto de Ls. 5.- Funcionamiento como ondulador. 5.1 Ángulo de extinción. 5.2 Fallo de conmutación. Referencias: 1. Mohan,Undeland,Robbins; Power electronics. John wiley &Sons 2. Curso asistido con simulaciones dinámicas interactivas sobre el tema “ Convertidores cnmutados por red”http://www.iie.edu.uy Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 1 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica 1.- Introducción. Hasta ahora hemos considerado que cuando un tiristor se cebaba, el semiconductor lo hacía instantáneamente, despreciando la influencia de la conmutación natural. Pero siempre existen inductancias en el circuito que no permiten variaciones tan rápidas de las corrientes, es decir, la conmutación provoca un solapamiento de las intensidades que circulan por los tiristores. Este fenómeno implica una reducción de la tensión continua de salida , así como una modificación de la señal de entrada de línea, además de influir sobre la característica del convertidor. Es importante estudiar y analizar también las componentes armónicas generadas por lo convertidores estáticos y en este caso particular por los rectificadores. 2.- Conceptos previos Rectificador onda completa monofásico y filtro LC Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 2 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica Modo de conducción continuo Modo de conducción discontinuo Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 3 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica Rectificador Trifásico onda completa Modo de conducción continua. Ideal Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 4 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica Típica forma de onda en CCM Modo de conducción discontinua Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 5 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica Rectificador trifásico totalmente controlado DC salida voltaje en función del ángulo de retardo Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 6 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica Modo inversor Armónicos y factor de potencia Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 7 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica Potencias Acoplamiento. Rectificador 12 pulsos Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 8 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 9 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica 3.- Conmutación en rectificadores monofásicos. 3.1.- Circuito ideal. Al mencionar la palabra ideal nos referimos exactamente a que la inductancia de linea existente en el circuito es nula, y que refiriéndonos al circuito de la figura, Id(t) = Id. Este circuito puede ser redibujado resultando la parte b de la gráfica. La corriente Id fluye a través del grupo de tiristores 1 (1, 3)y de los tiristores del grupo dos(2,4). Si fuese aplicado un impulso cte a las puertas de los tiristores, los tiristores de la figura se comportarían como diodos. Estas condiciones quedan representadas en la figura siguiente. Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 10 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica Ahora consideramos el efecto de añadir un tiempo de retardo llamado ángulo de retardo. Cuando wt = la conmutación de la corriente de los tiristores 3 y 4 a los tiristores 1 y 2 es instantánea debido a que asumimos que Ls = 0. Cuando los tiristores están conduciendo Vd = Vs. Los tiristores 1 y 2 conducen hasta +, momento en el cual el 3 y 4 son disparados y empiezan a conducir. Entonces ocurre que la tensión media depende del ángulo de conducción La potencia consumida a través del convertidor será: Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 11 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica 3.2.- Efecto de Ls. Tras haber visto el circuito anterior, si nosotros incluimos una inductancia tal y como queda reflejado en el circuito de la figura. Para un ángulo de conducción determinado, obtenemos un intervalo de conmutación u. Durante el intervalo de conmutación, todos los tiristores conducen, Vd = 0 y VLs = Vs en la figura 3.2.1. Vs = VLs = Ls d is d 't Multiplicando ambos lados por d(wt) e integrando obtenemos el intervalo de conmutación Au : Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 12 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica Au = 2 w Ls Id Esta variación influye negativamente quedándonos: Vd = 0.9 Vs cos - 2 / * wLsId 4.- Conmutación en rectificadores trifásicos. 4.1.- Circuito ideal. Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 13 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica . Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 14 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica 4.2.- Efecto de Ls. Al igual que hicimos con los rectificadores mofásicos, incluiremos una inductancia Ls quedándonos el circuito de la figura . Ahora, para un ángulo de conducción , la conmutación de la intensidad hace que obtengamos un ángulo de conducción finito u. Considerando la situación cuando los tiristores 5 y 6 han estado conduciendo previamente, y que wt = , la corriente comienza a conmutar del tiristor 5 al 1. Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 15 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica El instante en el que Van se hace más positivo que Vcn ( instante de conducción natural para el tiristor) es elegido como origen wt = 0 en esta figura. Durante el intervalo de conmutación, los tiristores 1 y 5 conducen simultáneamente. La corriente ia de la figura crece desde 0 a Id mientra que ic decrece desde Id hasta 0, en cuyo instante la conmutación acaba. durante el intervalo de conmutación < wt < + u Vpn = Van - VLs Donde La reducción de tensión debido a la conmutación es: Durante la conmutación , las fases a y c se solapan (de ahí que se llame efecto de solapamiento) , ocurre: Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 16 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica Asumimos que Id(=ia+ic) es cte durante el intervalo de conmutación. El ángulo de conmutación tendrá un valor(ver razonamiento en ref 1)de : Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 17 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica 5.- Funcionamiento como ondulador. El fenómeno de solapamiento implica problemas específicos en el funcionamiento como ondulador. La solicitación a la que se somete el tiristor llega a ser crítica en lo que concierne al tiempo de descebado tq a respetar. Como vamos a ver, este fenómeno implica una limitación del rango admisible de variación del ángulo de retardo de disparo. 5.1.- Ángulo de extinción La figura 5.1.1 muestra la forma de las tensiones y de las corrientes para = 150º. A causa de gran ángulo de disparo, la tensión en bornes del tiristor es positiva durante la mayor parte del tiempo. Solamente es negativa durante un período correspondiente a wt =, es llamado ángulo de extinción. debe ser superior a tq del tiristor a fin de asegurar un bloqueo perfecto. Se tiene pues: t = /w > tq tq nos indica el tiempo el cual el semiconductor (una vez terminada la conmutación y en estado de bloqueo) permanecerá polarizado inversamente (Ua-k<0). Este es un parámetro importante puesto que los tiristores necesitan permanecer un tiempo finito polarizados en inversa para volver a bloquear tensión directa (Ua-k>0), de lo contrario al polarizarse nuevamente en directa Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 18 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica podría volver al estado de conducción bloqueando al otro tiristor de la conmutación. Es por esto por lo que el ángulo () debe ser superior siempre a (wtq), siendo (tq) un dato ofrecido por el fabricante del componente. En la hoja de datos de un tiristor común de 2000 A, 3000 V, podemos ver que (tq) vale 250 uS, lo que aproximadamente equivale a 4.5º. En la práctica el ángulo () suele ser bastante mayor. Este tiempo que ofrece el fabricante suele estar definido como Hold-off, que según la norma IEC 551-05-38, es el tiempo que va entre la extinción de corriente en una llave y la capacidad de soportar tensión directa. Un ángulo de extinción = 10º debe ser tenido en cuenta en todos los casos. El ángulo de retardo del disparo admisible depende además de u. En general se limita = 150º. Para el límite de funcionamiento como ondulador se tiene: + u = 180º - Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 19 Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica 5.2 Falla de conmutación Estos fallos en las conmutaciones pueden ser debidos: A un cebado prematuro A un no bloqueo al final de la conducción Al no producirse cebado Electrónica Industrial Aplicada. Prof. J.D. Aguilar 20