RECTIFICADORES CONTROLADOS
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RECTIFICADORES CONTROLADOS
• Un triac poder mirarse como un "tiristor bidireccional" debido a que conduce en ambas direcciones. Por el triac estándar, la corriente circula en cualquiera de las dos direcciones entre los terminales principales MT1 y MT2. Esto es iniciado por una corriente pequeña de señal aplicada entre el terminal de puerta y MT1.
EncendidoEl triac estándar puede ser disparado por circulación de corriente positiva o negativa entre compuerta y MT1.
ApagadoPara apagar al tiristor, la corriente de carga debe reducirse por debajo de la IH (corriente de mantenimiento), por el tiempo suficiente para permitir a todos los portadores evacuar la juntura. Esto es logrado por "conmutación forzada" en circuitos CC o al final del hemiciclo de conducción en circuitos de CA. (La conmutación forzada es cuando la corriente de carga neta del circuito ocasiona que la misma se haga cero de forma tal, que el tiristor se apague). A este punto, el tiristor habrá vuelto totalmente a su estado bloqueando.
R1
•Para disparar un tiristor (o triac), una corriente de compuerta => IGT debe aplicarse hasta que la corriente de carga sea => IL. Esta condición debe encontrarse también al bajar la temperatura de funcionamiento esperada
R2
•Para apagar (conmutar) un tiristor (o triac), la corriente de carga debe ser < IH por un tiempo suficiente para permitir que este retorne al estado de bloqueo. Esta condición tiene que ser satisfecha para alcanzar la mejor operación con la temperatura.
R3
•Cuando diseñamos un circuito de disparo para triacs, trataremos de no dispararlo al en el 3º cuadrante. (MT2-,G+), cuando esto sea posible.
Métodos alternativos de disparo.
VGT
• Para minimizar el ruido que toma la compuerta, el largo de conexión tiene que ser lo mas corto posible. El retorno al terminal MT1 (o cátodo) tiene que retornar en forma directa al terminal propiamente dicho. Colocar una resistencia de no mas de 1 kW, entre los terminales de compuerta y MT1 o cátodo. Una red snubber es aconsejable para la compuerta. La alternativa de utilizar la serie H de triacs, si lo anterior es insuficiente
• Cuando altas dvD/dt o dvCOM/dt es probable que causen problemas, unasolución es la colocación de una red snubber entre los terminales MT1 y MT2.
• Cuando altas diCOM/dt son probables causas del problema, la colocación de un inductor de algunos mH en serie con la carga mitiga el problema.
• El uso de Hi-com Triacs es una solución alternativa para ambos casos.
VDRM
• Si la tensión VDRM del triac es probablemente superada, por transitorios de línea se pueden adoptar las siguientes medidas:
• · Limitar la di/dt con una inductancia no saturable de algunos mH en serie con la carga.
• · Usar MOV entre la alimentación en combinación con filtros del lado de la alimentación.
Red Snubber
La red Snubber es un arreglo RC que se conecta en paralelo al tiristor en un circuito de conmutación, como una protección para el dv/dt. Es básicamente un circuito de frenado al apagado del tiristor, cuyo objetivo es amortiguar el efecto de una variación voltaje / tiempo que en algún momento pudiera ser destructiva para el tiristor.
Un buen circuito de disparo y evitar los disparos en el 3º cuadrantes mejora notablemente la capacidad de absorción de diT/dt
Si la diT/dt se espera superar un inductor de núcleo de aire de algunos mH o una termistor NTC debe ser colocado en serie con la carga, o en el circuito de control (este último circuito de disparo).Una alternativa puede ser el empleo de circuitos de disparo por cruce por cero para cargas resistivas.
Métodos de Montaje para triacs
Para cargas pequeñas o de corriente de muy corta duración (es decir menos de 1 segundo), podría ser posible operar el triac en el aire libre. En la mayoría de los casos, sin embargo, se fijaría al disipador de calor o al chasis del equipo (siempre que pueda disipar calor).
Los tres métodos principales de sujetar el triac al disipador son:a) broche o clipb) atornillandoc) remachando.Los métodos más comunes son a y b. El sistema remachado no es aconsejado, salvo excepcionalmente.
Resistencia térmicaLa resistencia térmica Rth es la resistencia, al flujo de calor, desde el ambiente hasta la juntura.Es análogo a la resistencia eléctrica; es decir así como:· Resistencia eléctrica R = V / I.· Resistencia térmica Rth = T / P.Donde T es la temperatura que sube en ºK y P es la potencia a disipar en Vatios. Por lotanto Rth se expresa en ºK / W.
Para un dispositivo montado verticalmente en el aire libre, la resistencia térmica es determinada por la resistencia térmica juntura – ambiente (Rthj-a). Esta es típicamente 100 ºK/W para el encapsulado SOT82, 60 ºK / W para el SOT78 y 55 ºK / W para los encapsulados aislados Fpack y X-pack.Para un dispositivo NO aislado montado en un disipador, la resistencia juntura–ambiente es la suma de la resistencia térmica juntura - carcaza (Rthjc) mas la resistencia térmica carcaza - disipador (Rthcd) mas la resistencia térmica disipador – ambiente (Rthda).
Rthja = Rthjc + Rthjc + Rthjc (para montaje sin aislación)Rth j-a = Rth j-h + Rth h-a (paquete aislado).Rth j-c [= Rthj-mb ] o Rth j-d [= Rthj-h ], se fijan y puede encontrarse en la hoja de datos para cada dispositivo.Rth h-a es regido por el tamaño del disipador y del aire que pasa sin restricción por el disipador.
El cálculo del disipador
Tres tiristores Tensión de salida variable. Depende de a (ángulo de disparo) Tensión positiva y negativa Potencia variable Funcionamiento en dos cuadrantes
U R
U S
U T
T1
T2
T3
U O
U R
U S
U T
R L
L
Tensión positiva entre ánodo – cátodo Impulso de corriente en puerta
Entrada en conducción
Carga Inductiva
Rectificador trifásico de media onda controlado
0
6 a
65 a
U R U S U TU O
IG1
t
t
t
t
IG2
IG3
23
U R
U S
U T
T1
T2
T3 U 0
U R
U S
U T
R L
L
IG1
IG2
IG3
Referencia de disparos
a ángulo de disparo
Rectificador trifásico de media onda controlado
6
a
65
U R U S U TU 0
IT1
IT2
IT3
t
t
t
t
23
Angulo de disparo de T1:
3
URT1
T2
T3 R
US
UT
UR
US
UT U0
Rectificador trifásico de media onda controlado
6
a
65
U R U S U TU 0
IT1
IT2
IT3
t
t
t
t
23
a
Rectificador trifásico de media onda controlado
URT1
T2
T3
US
UT
UR
US
UT U0
Angulo de disparo de T2:
3
6
a
65
U R U S U TU 0
IT1
IT2
IT3
t
t
t
t
23
a
a
Rectificador trifásico de media onda controladoUR
T1
T2
T3 RL
L
US
UT
UR
US
UT U0
Angulo de disparo de T3:
3
0
6
65
U RU S
U TU O
ta a
+-
+++
Valor medio y eficaz
a
a
a cossen MMCC UtdtUU
233
23 6
5
60
Rectificador trifásico de media onda controlado
a
a
a 2cos8
3613
23 6
5
6
220 MMeff UtdtsenUU
--
Variación del ángulo de retraso a
0
6 a
65
U R US U T0
IT1
IT2
IT3
t
t
t
t
U
T1 T2T3
U RT
+++
+
---
U RS
U RT
T1
T2
T3
R L
L
UR
US
UT UO
UT
Valor medio nulo
Rectificador trifásico de media onda controlado
Caso en que a=90º Caída de tensión en T1
0
6
a
65
UR US UT0
IT1
IT2
IT3
t
t
t
t
U
T1T3
U RT U RSU RS
T2
Variación del ángulo de retraso a
Rectificador trifásico de media onda controladoCaso en que a=150º
T1
T2
T3
R L
L
UR
US
UT UO
UT
Caída de tensión en T1
Tensión de salida siempre negativa.
Energía devuelta a la entrada.
Rectificador trifásico de media onda controladoCaso en que a=180º
T1
T2
T3
R L
L
UR
US
UT UO
UT
Caída de tensión en T1
Tensión de salida mínima (más
negativa).
0
6
a
65
U R US UT0
IT1
IT2
I T3
t
t
t
t
U
T1 T2T3
U RTU RS U RS
Energía devuelta a la entrada máxima.
Variación del ángulo de retraso a
Tensión de salida siempre positiva
a
U O
6 3
3
2
65
a a
23
34
U R U S U T
T1 T2 T3 0 < a < 6
Valor medioa
a
a cos2
3323 6
5
60 MMCC UtdtsenUU
Rectificador trifásico de media onda controladoComportamiento con carga resistiva
a
a 6
123
23
60 cossen MMCC UtdtUU
Rectificador trifásico de media onda controladoComportamiento con carga resistiva
a
U O
amax
67
6
U R U SU T
T1 T2 T3
t
< a < 65
6
La tensión de salida se anula pero no se hace negativaValor medio
a
MU233
MU
233
65
Carga resistiva o con diodo delibre circulación
Carga inductiva
2
6
U O
0a MUU
2
330
o180a MUU
2
330
Zona como inversor(se devuelve energía a la entrada)
Zona de rectificador(se entrega energía a la carga)
Rectificador trifásico de media onda controladoVariación de la tensión de salida
UR
U S
UT
T1
T2
T3
U0
UR
US
UT
R L
L
D L
Rectificador trifásico de media onda controladoComportamiento con carga inductiva y diodo de libre circulación
a
U0
amax
67
6
UR U S UT
T1 T2 T3
IT1
IT2
IT3
IDLDiodo de libre
circulación
Cuando la tensión de salida se tiende a ser negativa, el diodo de libre circulación se polariza directamente y entra en conducción.
Tres diodos y tres tiristores Funcionamiento en un cuadrante Aplicaciones de alta potencia
Tensión de salida viene expresada como diferencia de:
Rectificador trifásico media onda controlado (UAN)
-Rectificador trifásico no controlado (UBN)
BNAN UUU 0 a
cos1
233
OU
U R
U S
U T
I OT 1
T 2
T 3
D 4
D 5
D 6
UO
R L
L
A
BCarga Inductiva
Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado
a
a
a cos1
233
23 6
5
2
2
60 MRTRSCC UtdUtdUU
U TS U STU TR
U O
a
U R U S U T
67
6
U RTU RS U SR
65
2 a
Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado
0 < a < 3
a
a
a26
5
2
22
6
20 3
32
433
23 cosMRTRSeff UtdUtdUU
UAN
UBN
UO
La tensión de salida es siempre positiva y continua.
Éste es el ángulo de disparo límite para que no existan tramos de tensión cero.
U RSU ST U TR
U R U S U T
T3 T1 T2 T3
a
U AN
t
U RS U ST U TR
U R U S U T
D1 D2 D3D3
U BN
t
Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado
a = 3
U R
U S
U T
I OT 1
T 2
T 3
D 4
D 5
D 6
UO
R L
L
A
B
UAN
a
a cos1
233
23 6
7
60 MRTCC UtdUU
U TS U ST U TRU O
a
UR S U T
67
6
U RTU RS U SRU UU O
UR S U T
676
7
6
U U
U
t
Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado
a = 3
aa
a 2
21
433
23 6
7
6
20 senMRSeff UtdUU
UBN
UANUO
U RS U ST U TR
U R U S U T
D1 D2 D3D3
U BN
t
Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado
a >3
U RS U ST U TR
U R U S U T
U AN
t
a=120º
T3 T1 T3T2
U R
U S
U T
I OT 1
T 2
T 3
D 4
D 5
D 6
UO
R L
L
A
B
UAN
UBN
Ahora aparecerán tramos con tensión cero, porque UAN y UBN coinciden en ellos.
a
a cos1
233
23 6
7
60 MRTCC UtdUU
U TS U ST U TRU O
a
UR S U T
67
6
U RTU RS U SRU UU O
UR S U T
676
7
6
U U
U
t
Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado
aa
a 221
433
23 6
7
6
20 senUtdUU MRTeff
UAN
UBN
UO
a >3
La tensión de salida depende del ángulo de disparo a
0 < a < 3
Tensión de salida siempre positiva o continua
Tensión de salida discontinua. Tramos de tensión cero
a
MU33
Carga inductiva
2
U O
Margen de variación del ángulo de disparo a
Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado
a >3
U R
U S
U T
I OT 1
T 2 T 3
U 0
T 4 T 5 T 6
R L
L
B
A
Seis tiristores. Funcionamiento en dos cuadrantes. Tensión de salida positiva y negativa. Combinación de dos rectificadores de media onda controlados. Potencias elevadas.
BNAN UUU 0
Rectificador trifásico de doble onda controlado
U RS U ST U TR
U R U S U T
T4 T5 T6 T4a
U BN
URS
UR
T3 T1 T2 T3
a
UAN UST UTR
US UT
Rectificador trifásico de doble onda controlado
U R
U S
U T
I OT 1
T 2 T 3
U 0
T 4 T 5 T 6
R L
L
B
AUAN
UBN
0 < a <2
a
a
a
cosMRSCC UtdUU 333 2
6
0
Rectificador trifásico de doble onda controlado
U RS U ST U TR
U R U S U T
U 0
t
a
6 2
a
a
a
a 2
433
2133 2
6
20 cosMRSeff UtdUU
UAN
UBN
UO=UAN-UBN 0 < a <
2
U RS
t
6
2
U ST U TR
U RS U S U T
U O
a = /2 VALOR MEDIO NULO
Rectificador trifásico de doble onda controlado
UAN
UBN
UO=UAN-UBN
Rectificador trifásico de doble onda controlado
U R
U S
U T
I OT 1
T 2 T 3
U 0
T 4 T 5 T 6
R L
L
B
A
UAN
UBN
a >2
UBN
UAN
a
UR US UT
URS URT UST USR UTR UTS URS
URS URT UST USR UTR UTS URS
a
T1 T2T3
UR US UT
T6 T4T5T4
a
a
a
cosMRSCC UtdUU 333 2
6
0
Rectificador trifásico de doble onda controlado
a
a
a 2
433
2133 2
6
20 cosMRSeff UtdUU
UAN
UBN
UO=UAN-UBN
a >2
U 0
t
U R U S U T
U RS U ST U TR
a
6π
a
2π
VALOR MEDIO NEGATIVO
Variación de la tensión de salida
º0a MUU
33
0
o180a MUU
33
0
a
MU33
MU 33
Cargainductiva
2
U O
Inversor
Rectificador
Rectificador trifásico de doble onda controlado