POTENTZIAKO BIHURGAILUAK: sarrera.pdf

POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA

Eibarko IITUE 26ko IRA 1

0. SARRERA.

0.1. POTENTZIA ELEKTRONIKOA.

0.1.1 Potentzia elektronikoaren funtzio naguziak.

0.1.2. Bihurgailuen sailkapena.

0.1.3. Zirkuituaren karga.

0.1.3.1. Karga R bada.

0.1.3.2. Karga L bada.

0.1.3.3. Karga RL bada.

0.1.4. Kommutazio arazoak.

0.1.5. Potentziako dispositibo erdi-eroaleak.

0.1.5.1. Erdieroale bakoitzaren aplikazioak.

.



0. SARRERA.

0.1. POTENTZIA ELEKTRONIKOA.

Potentzia elektronikoa, ingeniaritza elektronikoaren adar bat, potentzia altuko energia

elektronikoaren eraldaketa eta kommutazioaren teknologian datza. Elektrizitatea eraldatzen

eta egokitzen arduratzen da makina elektrikoak kontrolatzeko, ekipo ezberdinak elikatzeko,

elektrizitate garraiorako etab. Kondentsadore, bobinak eta On-Off eran lan egiten duten erdi-

eroaleak erabiltzen dira eraginkortasun handienaz energia prozesatzeko.

Lehenago aipatutako erdieroaleetatik hauek dira erabilienak: diodoak eta potentziako

transistoreak, tiristore eta bestelako eratorriak, `Triac´, `Diac ´, aldebakarreko kommutagailua,

`UJT´ transistorea, transistore programagarria (`PUT´) eta `Shockley´ diodoa. Ezaugarri

bereziekin potentzia altuetan lan egin dezaketen tiristoreak aurki ditzakegu: Foto-Tiristoreak,

ate bikoitzezko tiristoreak eta atetik blokeaturiko tiristoreak (`GTO´).

Potentzia zirkuituetako oinarrizko osagaiek baldintza hauek bete beharko dituzte:

Bi estatu argi eta garbi zehaztuta edukitzea; inpedantzia handikoa (blokeoan) eta

inpedantzia txikikoa (kondukzioan).

Egoera batetik besterako aldaketaren kontrola erraz egitea eta potentzia baxuarekin.

Blokeo egoeran gai izatea intentsitate handiak eta tentsio altuak jasaten. Eta

kondukzio egoeran elektrodoen arteko tentsioa jaitsiera txikia izatea. Bi baldintza

hauek gaitu egiten dute potentzia handiak kudeatzeko.

Egoera batetik bestera igarotzeko abiadura handia edukitzea. Zenbat eta

funtzionamendu-frekuentzia handiagoa eduki energia xahutze gehiago egongo da. Beraz,

potentzia desagerpena maiztasunaren menpe dago.

0.1.1. Erdi-eroaleak.



0.1.1. Potentzia elektronikoaren funtzio nagusiak.

1.- Sarreraren eta irteeraren artean energia elektrikoaren fluxua prozesatu eta

kontrolatu.

0.1.1. Potentziako sistema elektrikoaren diagrama.

Karga elikatzeko sortzen diren tentsioa eta korronteak ahalik eta egokienak izan

daitezen nahi da. Gehienetan potentziako bihurgailuaren sarrera sare elektrikotik dator eta

maiztasuna 50 edo 60 Hz izaten da. Sarrerako tentsioaren eta korrontearen artean sortzen den

fase diferentzia bihurgailuaren eta kontrolaren menpe dago. Irteerako tentsioa, korrontea,

maiztasuna eta fase kopurua; karga elektrikoaren araberakoa izango da.

Kontrolatzaileak, erreferentzia-balio zehatz batekin konparatzen du irteerako seinalea,

bien arteko aldea ahalik eta txikiena izan dadin. Batzuetan energiaren noranzkoa aldatu egin

daiteke, orduan irteera eta sarrerako funtzioak aldatu egiten dira.

2.- Errendimendu handia lortu etapa elektronikoen artean ekipoen berotzea gutxitzeko

eta bateriaren iraupena luzatzeko.

0.1.2. irudia.

3.- Daukagun energia elektriko mota kargak behar duen erara egokitu.

a) Tentsioaren edo korrontearen maila eraldatu.



0.1.3. irudia.

b) Maiztasunaren eraldaketa.

0.1.4. irudia.

c) Uhin formaren eraldaketa (sinusoidala, karratua, ...).

0.1.5. irudia.

d) Fase kopuruaren eraldaketa, hau da: monofasikoa, trifasikoa eta abar erabiliz.

0.1.2. Bihurgailuen sailkapena.

Erdieroaleen bitartez irteerako uhinak kontrolatu eta bihur ditzakegu zirkuitu

elektrikoak erabiliz. Bihurgailuekin sortzen diren uhinak ez direnez idealak, kontutan

hartzeko harmonikoak sortzen dira, `EMC´ interferentzi elektromagnetikoak. Sarrera eta

irteeraren arteko maiztasunaren arabera sailka daitezke:

KA-KZ bihurgailuak. Artezgailuak.

Artezgailuen bitartez energia, seinale alterno batetik seinale jarrai batera igarotzen da.

Hau diodoak edo tiristoreak erabilita egin daiteke. Tiristoreekin eginikoa bada uhin osoko

bihurgailu kontrolatua izango delarik.



0.1.6. KA-KZ bihurgailuak.

Artezgailuen erabilera nagusiak honako hauek dira: Elikatze iturri moduan, DC

motorrak kontrolatzea, bateriak kargatzea, elektrolisi-upelen kontrola, etenik gabeko elikadura

sistema gisa, tentsio handiko korronte zuzeneko garraioa.

KZ-KA bihurgailuak. Inbertsoreak.

Inbertsoreek sarrerako korronte zuzena korronte alternora igarotzea dute magnitude

eta frekuentzia jakin batean.

0.1.7. KZ-KA bihurgailuak.

Inbertsoak kasu hauetan erabiltzen dira gehien bat: Korronte alternoko motorren

kontrola, etenik gabeko elikadura sistema gisa, eguzki eta aire energi sistemak egokitzeko.

KZ-KZ bihurgailuak.

Korronte zuzeneko tentsio iturri konstantea erabiliz errendimendu handiko korronte

zuzeneko tentsio aldakorra lortzeko erabiltzen dira. Erdieroaleak erabiliz seinale bat beste

seinale baten bidez eteten du.

0.1.8. KZ-KZ bihurgailuak.



`Chopper´ gehien erabiltzen diren aparatuak hauek dira: Elikatze iturri kommutatuak,

korronte zuzeneko motorren kontrola.

KA-KA bihurgailuak.

Korronte alternoko erreguladoreak, seinale alterno batetik beste seinale alterno bat

jasotzen dugu ezaugarri ezberdinekin. Helburua; Vo(rms), tentsio efikaza kontrolatzea da.

Sarrera eta irteerako maiztasuna berbera izango da korronte alternoko erreguladoreetan eta

maiztasun ezberdina ziklo bihurgailuak erabilita.

0.1.9. KA-KA bihurgailuak.

Aplikazio nagusiak honako hauek dira: berogailuen kontrola, motor unibertsalen

kontrola, korronte alternoko motorrak abiatzeko sistemak.

0.1.3. Zirkuituaren karga.

Kargaren arabera potentzia eta potentzia faktorea aldatu egiten dira. 3 kasu ikusiko

ditugu:

0.1.3.1. Karga erresistentzia bat bada.

0.1.10. R kargan.



Erresistentziari tentsio sinusoidal bat konektatzen badiogu, korronte bat sortuko da.

Potentzia erresistentzian xahutu da erresistentzia berotuz.Korrontea I = V / R eta

potentzia P = I × V edo P = V ² / R, RMS balioak izango dira.

Uhin urdina tentsio sinusoidala da. Tentsioa 1v RMS eta tentsioa gaina(tension de

pico)1.414V. Uhin gorria, korrontea sinusoidalak 1A RMS ditu eta 1.414A intentsitate

gaina. Orduan erresistentzia 1OHM izan beharko du. Uhin berdea berehalako potentzia da,

momentuko tentsio eta intentsitatea biderkatuz.

Berehalako potentzia:

1.414V × 1.414A = 2W

Batez bestekoa potentzia: 1W.

0.1.11. RL kargan.

0.1.3.2. Karga bobina bat bada.

Induktore bat jartzen badugu karga bezala korronteak tentsioarekiko 90°-ko atzerapena

izango du. Hau ondo ikusten da uhin gorrian, 0.1.13. irudian. Berehalako potentzia negatiboa

bilakatzen da eta induktore puru batek ez duenez berorik xahutzen, orregatik bere potentzia

faktorea 0 da.

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1 1 1 2 2 2 3 3 30

1( ) ( ) cos( ) cos( ) cos( ) ...

T

avg avg rms rms rms rms rms rmsP V t I t dt V I V I V I V IT



0.1.12. irudia.

Honek esan nahi du ziklo zati honetan, energia induktoreak bueltatzen duela

iturrira.Induktorean metatzen den energia:

E=½ ×I ²× L

Induktore perfektua bada, potentzia negatiboa eta positiboa ezeztatu egingo dira

horrela tentsioa 1v eta intentsitatea 1A geratuz.

0.1.13. irudia.

Potentzia eta VAren arteko proportzioa Potentzia faktorea deritzo:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )_ 1 1 1 2 2 2 3 3 3

( ) ( )

cos( ) cos( ) cos( ) ...avg avg rms rms rms rms rms rmsbatez besteko

prms rmsaparentea

P V I V I V I V IPk

P S V I



0.1.3.3. Karga erresistentzia eta bobina bada.

0.1.14. RL kargarekin.

Induktore eta erresistentzia elkarren artean paraleloan konektatuta aurkitzen dira.

Erresistentzia sarrerako tentsioarekin fasean dago baina bobinak 90º atzerapena du.

0.1.15. irudia.

0.1.4. Kommutazio arazoak.

Erdieroaleak kommutatzen direnean zirkuituko elementuen portaera ikusiko dugu

jarraian:

Kondentsadorea: Vc-k ezin du bat-batean aldatu. Araubide egonkorrean

kondentsadorearen batez besteko korrontea zero da.



0.1.16. Vc uhina.

Kondentsadorearen intentsitatea:

Metaturiko energia:

Kondentsadorearen bataz besteko intentsitatea:

Harila-bobina: iL-k ezin du bat-batean aldatu.Araubide egonkorrean harilak batez

besteko tentsioa zero da. Zirkuituak induktiboek kapazitiboaen kontrako joera dute. Hasieran

korronteak zailtasunak ditu zirkulatzeko kanpo magnetikoa sortzen den bitartean. Gero

induktoreak ia eroale bat bezala lan egiten du. Deskonektatzen badugu korronte auto-induzitu

bat sortuko da bobinaren eremu magnetikoa dela eta.

0.1.17. IL uhina.

Bobinaren tentsioa:

0)()(11

)(

tvTtvT

Cdt

dt

dvC

Tdti

TavgI cc

Tt

t

Tt

t

ccc

dt

dvCi c

c

2

2

1cc CVE

dt

diLv L

L



Metaturiko energia:

Bobinaren bataz besteko tentsioa:

Karga induktibo bat deskonektatzen dugunean, bide bat behar dugu, hariletik

korrontea pasa dadin. Bide hori ez badago, harila dela eta korronte jaitsiera handia legoke eta :

Sortuko litzatekeen gaintentsioak transistorea suntsituko luke.

0.1.18. Kommutazioa.

Bobinatik intentsitatea igarotzean eremu magnetiko bat sortzen da eta esaten da bobina

edo induktoreak energia magnetikoa gordetzen duela. Bobinari ez zaio gustatzen zeharkatzen

duen korrontea kentzea eta gain tentsioa bat sortzen du, batzuetan oso handia segidan kentzen

bada. Hau da txinparten sortzailea. Zirkuitu induktibo batean transistore bat badago kontaktu

lanak egiten, zabaltzen denean sortzen duen gain tentsioak arazoak sor ditzake.

Arazoa konpontzeko korronteari bide bat eman behar zaio eta horretarako, diodo

bolantea deritzona erabiliko dugu. Diodoak, indukziozko kargaren paraleloan konektatuta,

gain tentsio hau saihesten du. Honek transistorea irekitzen denean bobinatik zioan korronte

guztia diodotik iragatea ahalbidetzen du. Horrela bobinatik doan korrontea apurka-apurka

jaisten hasiko da.

2

2

1LL LIE

0)()(11

)(

tiTtiT

Ldt

dt

diL

Tdtv

TavgV LL

Tt

t

Tt

t

LLL

CE CC L CCV V V V L

diV L

dt



0.1.19. Diodo bolantea.

Maiztasunak, L eta C osagai erreaktiboetan duen eragina:

F maiztasunean kommutatzen duten zirkuituetako osagai erreaktiboek izaten duten

inpedantzia espresio honen bidez adierazi daiteke :

Inpedantzia edo maiztasun altuetan lan egiteak, L eta C-ren balioak txikiagoak direla

dakar (txikiagoak eta merkeagoak).

0.1.5. Potentziako dispositibo erdi-eroaleak.

0.1.20. Erdi-eroaleak.

Transistoreek ez dute gune aktiboan lan egiten eta ON-OFF etengailu gisa jokatzen

dute. Tentsioa eta korrontea handiak izanik gune horretan potentzia galerak handiak izaten

dira. Honek transistorearen berotzea eta errendimendu gutxitzea dakar.

1

2CZ

f C 2LZ f L



0.1.21. Transistoreen ezaugarriak.

Behar dugun potentzia eta frekuentziaren arabera erdi-eroale bat edo bestea erabiltzen

da:

0.1.1. Taula.

`MOSFETá frekuentzia altuetarako erabiltzen da baina ezin dute potentzia handiekin

lan egin. Potentzia altuak eta frekuentzi txikiak dauden kasurako egokiagoak dira tiristore,

`Triac´ eta `GTOák; adibidez sare elektrikoen kontrol sistemetarako.

0.1.5.1. Erdieroale bakoitzaren aplikazioak.

Egun, kontsumitzen dugun energia elektrikoaren %50, elektronikoki prozesatua dago.

Potentzia elektronikako aplikazio-eremu garrantzitsuenetakoak hauek dira:

Motor elektrikoen kontrola bihurgailuek abiadura,posizioa etab. Kontrolatzen duten,

aire egokitu sistemetan asko erabilia da, faktore potentzia kontrolatzeko sistema, sare

elektrikoan,elikatze-iturri kommutatuetan eta argiztapen kontrola egiteko erabil daitezke.

Potentziaren arabera erdieroaleen hiru bloke nagusiak eta hauen aplikazioak ikusiko

ditugu:

Potentzia altuko erdi-eroaleak:

Trakzio elektrikoan, `Chopper´ eta bihurgailu bezala eta industrian, inbertsore,

artezgailu eta motor asinkronoen kontrol giza lan egin dezakete.

Aparatuak

`MOSFET´

ÌGBT´

Tiristoreak/`Triacs´/`GTO´

Potentzia

10 W - 1 kW

1 kW - 10 kW

5 MW-raino;

Maiztasuna

1 MHz –raino.

5 -50 kHz.

50 Hz - 400 Hz.



0.1.2. Taula.

Potentziako moduluak:

Arku soldadura, etengabeko elikatze sistema (`EES´), motoren kontrola edo trakzio

elektriko giza erabil daitezke.

0.1.3. Taula.

Potentzia baxuko erdi-eroaleen:

Mugimenduen kontrola bateria kargatzaileak eta argien kontrola egiteko erabiltzen

dira.

0.1.4. Taula.

Dispositiboa

Artezgailu estandar edo azkarra

Potentzia Transistorea

Tiristore estandarra edo azkarra

`GTO´

Intentsitatea maximoa

50 - 4800 A

5 - 400 A

40 - 2300 A

300 - 3000 A

Dispositiboa

Transistoreen modulua

`SCR´ / artezgailuen modulua

`GTO´ Moduluak

`IGBT´

Intentsitate maximoa

5 - 600 A. 1600 V.

20 - 300 A. 2400 V.

100 - 200 A. 1200 V.

50 - 300 A. 1400 V.

Dispositiboa maximoa

`SCR´

`Triac´

`Mosfet´

Intentsitatea

0'8 - 40 A. 1200 V.

0'8 - 40 A. 800 V

2 - 40 A. 900 V



Potentzia-aplikazioak hobeto ikus daitezke potentzia eta maiztasunaren baitako

hurrengo grafikoan:

0.1.22. Aplikazioak.

POTENTZIAKO BIHURGAILUAK: sarrera.pdf

Documents

Transcript of POTENTZIAKO BIHURGAILUAK: sarrera.pdf