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PrefacioAcerca del autor
Capítulo 11.1
Capítulo 2
2.12.22.3
Aplicaciones de la electrónica de potencia 11.1.1 Historia de la electrónica de potencia
Dispositivos semiconductores de potencia 51.2.1 Diodos de potencia 51.2.2 Tiristores 6
1.2.3 Transistores de potencia 9Características de control de los dispositivos de potenciaCaracterísticas y especificaciones de los interruptores
1.4.1 Características ideales 16
1.4.2 Características de los dispositivos prácticos1.4.3 Especificaciones de interruptor 181.4.4 Opciones de dispositivo 19
Tipos de circuitos electrónicos de potencia 20Diseño de equipo de electrónica de potencia 23Determinación del valor cuadrático medio de las formas de ondaEfectos periféricos 24Módulos de potencia 26Módulos inteligentes 26Revistas y conferencias sobre electrónica de potenciaResumen 29Referencias 29
Preguntas de repaso 30
Diodos semi conductores de potencia y circuitosIntroducción 31Fundamentos de semiconductoresCaracterísticas del diodo 33
Introducción 1
21.2
1.31.4
1.51.61.71.81.9
1.101.11
31
1016
17
28
31
xixxxiii
24
vii
viii Contenido
Capítulo 33.13.23.33.43.53.63.73.83.9
3.103.113.12
Capítulo44.14.2
2.42.5
2.62.72.82.9
2.102.112.122.13
Características de recuperación inversaTipos de diodos de potencia 38
2.5.1 Diodos de propósito general2.5.2 Diodos de recuperación rápida2.5.3 Diodos Schottky 39
Diodos de carburo de silicio 39Modelo SPICE de diodo 40Diodos conectados en serie 42Diodos conectados en paralelo 45Diodos con cargas RC y RL 46Diodos con cargas LC y RL 49Diodos de corrida libre 56
Recuperación de la energía aprisionada con un diodoResumen 62Referencias 63Preguntas de repasoProblemas 64
35
3838
63
Rectificadores con diodo s 68
Introducción 68Rectificadores monofásicos de media ondaParámetros de rendimiento 69Rectificadores monofásicos de onda completa 77Rectificador monofásico de onda completa con carga RLRectificadores polifásicos en estrella 87Rectificadores trifásicos en puente 92Rectificador trifásico en puente con carga RLComparaciones de rectificadores con diodosDiseño de circuitos rectificadores 101Voltaje de salida con filtro LC 112Efectos de las inductancias de la fuente y de la cargaResumen 119Referencias 119Preguntas de repasoProblemas 120
68
95101
119
Transistores de potencia 122
4.3
Introducción 122
Transistores bipolares de unión 1234.2.1 Características en estado permanente4.2.2 Características de conmutación 1284.2.3 Límites de conmutación 135
MOSFET de potencia 1374.3.1 Características en estado permanente4.3.2 Características de conmutación 142
141
124
4.4.4.1
4.4.4.
J58
Capítul~
55
¡;
¡;
82
1165555
Capítl!
.-
.
Capítulo 5
5.15.2
Capítulo 66.16.26.36.4
4.44.54.64.74.84.9
4.10
COOLMOSSIT 145IGBT 147
Operación en serie y en paraleloLimitaciones por dildt y por dv/dtModelos SPICE 155
4.9.1 Modelo SPICE del BJT 1554.9.2 Modelo SPICE de MOSFET4.9.3 Modelo SPICE del IGBT
Comparación de transistores 160Resumen 160Referencias 162Preguntas de repasoProblemas 164
144
150151
155158
163
Convertidores CD-CD 166
5.35.45.55.65.75.8
Introducción 166
Principio de operación de bajada 1665.2.1 Gener~ción del ciclo de trabajo 170
Convertidor de bajada con carga RL 171Principio de la operación de subida 176Convertidor de subida con una carga resistivaParámetros de funcionamiento 181Clasificación de los convertidores 182Reguladores de modo de conmutación5.8.1 Reguladores reductores 1865.8.2 Reguladores elevadores 1905.8.3 Reguladores reductores y elevadores5.8.4 Reguladores de Cúk 1985.8.5 Limitaciones de la conversión en una etapa
Comparación de los reguladores 205Convertidor elevador con varias salidas 206
Convertidor elevador alimentado por rectificador de diodoDiseño del circuito interruptor periódico 211Análisis de estado-espacio de los reguladores 217Resumen 221Referencias 221
Preguntas de repasoProblemas 224
179
186
194
5.95.105.115.125.13
223
Inversores modulados por ancho de pulso
Introducción 226
Principio de operación 227Parámetros de rendimiento 230Puentes inversores monofásicos 232
226
Contenido
204
208
ix
x Contenido
6.96.106.116.126.13
Capítulo 77.17.27.37.47.57.6
Inversores trifásicos 237
6.5.1 Conducción a 180 grados 2376.5.2 Conducción a 120 grados 246
Inversores monofásicos controlados por voltaje 2486.6.1 Modulación por ancho de pulso único 2486.6.2 Modulación por ancho de pulso múltiple 2506.6.3 Modulación por ancho de pulso sinusoidal 2536.6.4 Modulación por ancho de pulso sinusoidal modificada6.6.5 Control por desplazamiento de fase 258
Técnicas avanzadas de modulación 260Inversores monofásicos controlados por voltaje6.8.1 PWM sinusoidal 2656.8.2 PWM de 60 grados 2686.8.3 PWM con tercera armónica 2686.8.4 Modulación por vector espacial 2716.8.5 Comparación de las técnicas de PWM
Reducción de armónicas 280Inversores con fuente de corrienteInversor de enlace de CD variableInversor elevador 289Diseño de circuitos de inversorResumen 299Referencias 299
Preguntas de repasoProblemas 301
6.5
6.6
6.76.8
285288
294
300
Tiristores 304
Introducción 304Características de los tiristores 304
Modelo del tiristor empleando dos transistoresActivación del tiristor 309Apagado del tiristor 311Tipos de tiristores 3137.6.1 Tiristores controlados por fase7.6.2 BCT 314
7.6.3 Tiristores de conmutación rápida7.6.4 LASCR 3167.6.5 Tiristores de triodo bidireccional7.6.6 RCT 3177.6.7 GTO 3187.6.8 FET-CTH7.6.9 MTO 323
7.6.10 ETO 3237.6.11 IGCT 3247.6.12 MCT 325
314
322
77
257
264
279
CapítLJ
307
315
316
Capítl
1..........-
I
I
257
Capítulo 88.18.2
Introducción 352Inversores resonantes serie 353
8.2.1 Inversores resonantes serie con interruptores unidireccionales8.2.2 Inversores resonantes serie con interruptores bidireccionales
Respuestas en frecuencia de inversores resonantes serie 3688.3.1 Respuesta en frecuencia para cargas en serie 3688.3.2 Respuesta en frecuencia para cargas en paralelo 3708.3.3 Respuesta en frecuencia para cargas en serie-paralelo
Inversores resonantes paralelo 374Control de voltaje en inversores resonantesInversor resonante clase E 380Rectificador resonante clase E 383
Convertidores resonantes por conmutación a corriente cero8.8.1 Convertidor resonante ZCS tipo L 3898.8.2 Convertidor resonante ZCS tipo M 391
Convertidores resonantes por conmutación a voltaje ceroComparación entre convertidores resonantes ZCS y ZVSConvertidores resonantes ZVS de dos cuadrantes 396Inversores resonantes de enlace de CD 399Resumen 402Referencias 403
Preguntas de repasoProblemas 404
7.77.87.9
7.107.11
7.6.13 SITH 328
7.6.14 Comparaciones de tiristoresOperación de tiristores en serie 330Operación de tiristores en paralelo 337Protección contra di/di 338Protección contra dv/dt 339Modelos SPICE para tiristores 3417.11.1 Modelo SPICE del tiristor 3417.11.2 Modelo SPICE del GTO 3437.11.3 Modelo SPICE del MCT 3457.11.4 Modelo SPICE del SITH 345Resumen 346Referencias 347
Preguntas de repasoProblemas 350
330
350
Inversores de pulso resonante 352
8.3
8.48.58.68.78.8
377
8.98.108.118.12
403
Capítulo 9 Inversor multinivel
9.1 Introducción 4069.2 El concepto de multinivel
406
407
Contenido
388
393396
xi
353361
372
xii Contenido
-9.39.4
Tipos de inversores multinivel 408Inversor multinivel con diodo fijador9.4.1 Principio de operación 4109.4.2 Propiedades del inversor con diodo fijador9.4.3 Inversor con diodo fijador mejorado 412
Inversor multinivel con capacitores volantes 4149.5.1 Principios de operación 4159.5.2 Características del inversor con capacitores volantes
Inversor multinivel en cascada 4179.6.1 Principio de operación 4189.6.2 Propiedades del inversor en cascada
Aplicaciones 4219.7.1 Compensación de la potencia reactiva 4229.7.2 Interconexión espalda con espalda 4239.7.3 Excitadores de velocidad ajustable 424
Corrientes de conmutación del dispositivo 424Balanceo de voltaje del capacitor de enlace de CDCaracterísticas de inversores multinivel 427Comparación de convertidores multinivel 428Resumen 428Referencias 429Preguntas de repasoProblemas 430
417
409
411
9.5
9.6
4199.7
9.89.9
9.109.11
425
430
Capítulo 10 Rectificadores controlados
10.1 Introducción 431
10.2 Principio de operación del convertidor controlado por fase10.3 Convertidores monofásicos completos 434
10.3.1 Convertidor monofásico completo con carga RLConvertidores monofásicos duales .440Principio de operación de los convertidores trifásicos de media ondaConvertidores trifásicos completos 44710.6.1 Convertidor trifásico completo con carga RL
10.7 Convertidores trifásicos duales 45310.8 Mejoras al factor de potencia 456
10.8.1 Control por ángulo de extinción10.8.2 Control por ángulo simétrico10.8.3 Control por PWM 46110.8.4 PWM Sinusoidal Monofásica 46310.8.5 Rectificador trifásico PWM 465
10.9 Semiconvertidores monofásicos 46710.9.1 Semiconvertidor monofásico con carga RL
10.10 Semiconvertidores trifásicos 47410.10.1 Semiconvertidores trifásicos con carga RL
10.11 Convertidores monofásicos en serie 48010.12 Convertidores de goce pulsos 485
431
432
43810.410.510.6
451
456457
472
479
11
11
Capítli
1111
Capítl443
10.1310.14
Capítulo 11
11.111.211.311.411.511.611.711.811.9
11.1011.1111.1211.13
443Capítulo 12
12.112.212.312.412.512.612.712.8
Diseño de circuitos convertidores 487Efecto de las inductancias de carga y de alimentaciónResumen 494Referencias 495Preguntas de repasoProblemas 497
492
496
Controladores de voltaje de ca 500
Introducción 500
Principio del control de encendido apagadoPrincipio de control por ángulo de fase 503Controladores monofásicos bidireccionales con cargas resistivasControladores monofásicos con cargas inductivas 509Controladores trifásicos de onda completa 514Controladores trifásicos bidireccionales conectados en deltaCambiadores de conexión en un transformador monofásicoCicloconvertidores 52611.9.1 Cicloconvertidores monofásicos 52711.9.2 Cicloconvertidores trifásicos 53011.9.3 Reducción de las armónicas en la salida 530Controladores de voltaje de ca con control por PWMConvertidor matricial 536
Diseño de circuitos convertidores de voltaje de CAEfectos de las inductancias de alimentación y de cargaResumen 546Referencias 547Preguntas de repasoProblemas 548
501
534
537545
547
Interruptores estáticos 551
12.9
Introducción 551
Interruptores de ca monofásicos 551Interruptores de ca trifásicos 554Interruptores trifásicos reversibles 554Interruptores de ca para transferencia de canalInterruptores de CD 557Relevadores de estado sólidoRelevadores microelectrónicos12.8.1 Relevador fotovoltaico12.8.2 Aisladores fotovoltaicosDiseño de interruptores estáticosResumen 567Referencias 567
Preguntas de repasoProblemas 568
556
561563563565566
568
Contenido
518522
xiii
506
Capítulo 14 Fuentes de alimentación
14.1 Introducción 60114.2 Fuentes de alimentación de CD 602
14.2.1 Fuentes de alimentación de cd en modo conmutado14.2.2 Convertidor flyback 60214.2.3 Convertidor directo 606
14.2.4 Convertidor push-pull 61114.2.5 Convertidor en medio puente 61314.2.6 Convertidor en puente completo 61614.2.7 Fuentes de alimentación de cd resonantes14.2.8 Fuentes de alimentación bidireccionales
14.3 Fuentes de alimentación de CA 62114.3.1 Fuentes de alimentación de ca en modo conmutado14.3.2 Fuentes de alimentación de ca resonantes 62314.3.3 Fuentes de alimentación de ca bidireccionales 624Conversiones multietaPA 625Circuitos de control 626Consideraciones de diseño magnético14.6.1 Diseño del transformador14.6.2 Inductor de CD 634
xiv Contenido
Capítulo 13
13.113.213.313.4
13.713.813.9
13.10
13.513.6
Sistemas flexibles de transmisión de ca
Introducción 570
Principio de la transmisión de potencia 571Principio de la compensación por derivaciónCompensadores en derivación 57513.4.1 Reactor controlado por tiristor 57513.4.2 Capacitor conmutado por tiristor 57713.4.3 Compensador de VAR estático 58013.4.4 Compensador avanzado de VAR estáticoPrincipio de la compensación serie 582Compensadores serie 58513.6.1 Capacitor serie conmutado por tiristor 58513.6.2 Capacitor serie controlado por tiristor 58613.6.3 Capacitor serie controlado por conmutación forzada13.6.4 Compensador serie de VAR estático 58913.6.5 SSVC avanzado 589
Principio de la compensación por ángulo de faseCompensador por ángulo de fase 594Controlador unificado de flujo de potencia 596Comparaciones de los compensadores 597Resumen 598Referencias 598
Preguntas de repasoProblemas 599
570
573
581
592
599
601
619619
14.414.514.6 630
630
Capítl
587
602
623
Cap
....
Capítulo 15
15.115.215.315.4
Capítulo 1616.116.2
Propulsores de CD
Introducción 640
Características básicas de los motores de CDModos de operación 645Propulsores monofásicos 64815.4.1 Propulsores monofásicos por convertidor de media onda15.4.2 Propulsores monofásicos por semiconvertidor 65015.4.3 Propulsores monofásicos por convertidor completo15.4.4 Propulsores monofásicos por convertidor dual 652Propulsores trifásicos 65615.5.1 Propulsores trifásicos por convertidor de media onda15.5.2 Propulsores trifásicos por semiconvertidor 65715.5.3 Propulsores trifásicos por semiconvertidor completo15.5.4 Propulsores trifásicos por convertidor dual 658Propulsores por convertidor CD-CD 66215.6.1 Principio del control por potencia 66215.6.2 Principio del control por freno regenerativo 66415.6.3 Principio del convertidor por freno reostático 66715.6.4 Principio del control combinado por freno regenerativo
y reostático 66815.6.5 Propulsores por convertidor CD-CD de dos y cuatro
cuadrantes 669
15.6.6 Convertidores CD-CD polifásicos 670Control en lazo cerrado de los propulsores de CD 67315.7.1 Función de transferencia en lazo abierto 67315.7.2 Función de transferencia en lazo cerrado 67815.7.3 Control por lazo de seguimiento de fase 68415.7.4 Control de propulsores de CD por microcomputadoraResumen 687Referencias 687
Preguntas de repasoProblemas 688
14.6.3 Saturación magnéticaResumen 636Referencias 636Preguntas de repasoProblemas 637
635
637
640
15.5
15.6
15.7
688
Propulsores de CA
Introducción 692
Propulsores para motores de inducción16.2.1 Características de rendimiento16.2.2 Control por voltaje del estator16.2.3 Control por voltaje del rotor
692
641
693694701
703
Contenido
651
657
657
685
649
xv
-
xvi Contenido
Capítulo 1717.117.217.317.4
16.316.4
16.2.4 Control por frecuencia 71116.2.5 Control por frecuencia y voltaje16.2.6 Control por corriente 71616.2.7 Control por voltaje, corriente y frecuenciaControl en lazo cerrado de los motores de inducciónControles vectoriales 72616.4.1 Principio básico del control vectorial 72716.4.2 Transformación directa y del eje de cuadratura16.4.3 Control vectorial indirecto 73416.4.4 Control vectorial directo 736
Propulsores con motores síncronos 73816.5.1 Motores de rotor cilíndrico 738
16.5.2 Motores de polos salientes 74116.5.3 Motores de reluctancia 743
16.5.4 Motores de imán permanente 74316.5.5 Motores de reluctancia conmutada 74416.5.6 Control de motores síncronos en lazo cerrado
16.5.7 Propulsores con motor CD y CA sin escobillasControl de motores a pasos 74916.6.1 Motores a pasos de reluctancia variable16.6.2 Motores a pasos de imán permanenteResumen 756Referencias 756
Preguntas de repasoProblemas 758
713
16.5
16.6750
753
757
17.517.617.717.817.9
Circuitos excitadores de compuerta
Introducción 761Excitador de compuerta para MOSFETExcitador de base para BJT 763Aislamiento de compuerta y excitadores de base17.4.1 Transformadores de pulsos 76917.4.2 Optoacopladores 769Circuitos de disparo para tiristoresTransistor monounión 772
Transistor monounión programable 775Circuitos de disparo para convertidor con tiristoresCI excitadores de compuerta 77717.9.1 CI excitadores para convertidores 78117.9.2 CI de alto voltaje para excitadores de motoresResumen 788Referencias 789
Preguntas de repasoProblemas 790
761
761
770
789
Capítl
720721
728
745747
767
Apénc
Apénc:
Apénc:
Apénc:
Apém
Biblio
Respu
Índice777
784
.
Capítulo 18 Protección de dispositivos y circuitos
18.1 Introducción 791
18.2 Enfriamiento y disipadores de calor 79118.3 Modelado térmico de los dispositivOs conmutadores de potencia
18.3.1 Equivalente eléctrico del modelo térmico 79818.3.2 Circuito equivalente térmico matemático 80018.3.3 Acoplamiento de componentes eléctricos y térmicosCircuitos amortiguadores 803Transitorios de recuperación inversa 804Estados transitorios en los lados de alimentación y de cargaProtección contra voltaje con diodos de selenio y varistoresde metal óxido 813
18.8 Protecciones contra sobrecorriente18.8.1 Acción fusible 81518.8.2 Corriente de falla con fuente de CA18.8.3 Corriente de falla con fuente de CD
18.9 Interferencia electromagnética 82718.9.1 Fuentes de EMI 82818.9.2 Minimización de la generación de EMI18.9.3 Blindaje contra EMI 82918.9.4 Normas para EMI 829Resumen 830Referencias 831Preguntas de repasoProblemas 832
Circuitos trifásicos 835
Circuitos magnéticos 839
Funciones de conmutación de los convertidores
18.418.518.618.7
Apéndice A
Apéndice B
Apéndicee
Apéndice D
Apéndice E
Bibliografía
Contenido
791
801
810
815
822824
828
831
847
Análisis de estados transitorios en CD 853
Análisis de Fourier 857
860
ÍndiceRespuestas a los problemas seleccionados
873
863
xvii
797