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FUNDAMENTOS DE EELECTRÓNICA INDUSTRIAL HERNÁN VALENCIA GALLÓN
FUNDAMENTOS DE EELECTRÓNICA INDUSTRIAL
HERNÁN VALENCIA GALLÓN MARGARITA MARÍA SALDARRIAGA ALZATE JOSÉ GIRALDO OSPINA Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Universidad Pontificia Bolivariana 2013
CONTENIDO
CAPÍTULO1: INTRODUCCIÓN A LA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
1
1.1. INTRODUCCIÓN 1.2. GENERALIDADES Y CAMPO DE APLICACIÓN 1.3. PROCESOS INDUSTRIALES 1.3.1. Procesos Continuos 1.3.2. Procesos Discontinuos 1.3.3. Controladores Lógicos Programables (PLC) 1.4. REGULACIÓN 1.5. APLICACIONES
1 4 6 7 7 7 9 10
CAPÍTULO 2: SISTEMAS DE RECTIFICACIÓN POLIFÁSICA SIMPLE Y CONTROLADA
12
2.1. INTRODUCCIÓN 2.2. RECTIFICADOR TRIFÁSICO DE MEDIA ONDA 2.3. RECTIFICADOR TRIFÁSICO DE ONDA COMPLETA EN PUENTE 2.4. RECTIFICADOR DE M FASES, ANÁLISIS GENERALIZADO 2.4.1. Relaciones del Circuito 2.5. FACTOR DE UTILIZACIÓN DEL TRANSFORMA TRANSFORMADOR DOR 2.6. RECTIFICADOR HEXAFÁSICO DE MEDIA ONDA 2.7. RECTIFICADOR TRIFÁSICO DE DOBLE ESTRELLA 2.8. SELECCIÓN DEL CIRCUITO RECTIFICADOR 2.9. RECTIFICADORES POLIFÁSICOS CON FILTROS INDUCTIVOS 2.10. RECTIFICADORES POLIFÁSICOS CON FILTRO LC 2.11. EFECTO DE LA REACTANCIA DE PÉRDIDAS DEL TRANSFORMADOR 2.11.1. Análisis en el Rectificador de Media Onda 2.11.2. Análisis en el Rectificador de Onda Completa 2.12. CONEXIÓN DE DIODOS RECTIFICADORES EN SERIE Y PARALELO 2.13. CONSIDERACIONES TÉRMICAS 2.14. DISIPADORES TÉRMICOS
CAPÍTULO3: RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO Y OTROS TIRISTORES 3.1. INTRODUCCIÓN 3.2. RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO –SCR 3.2.1. Definición 3.2.2. Estructura Básica 3.2.3. Comportamiento 3.3. NOMENCLATURA ESTANDARIZADA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE TIRISTORES 3.4. ENCAPSULADO DEL SCR 3.5. CHEQUEO DEL SCR 3.6. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL SCR 3.7. MODOS DE APAGADO PARA EL SCR 3.8. ALGUNAS APLICACIONES DEL SCR 3.8.1. Control de Potencia 3.8.2. Conmutación 3.8.3. Conmutación a Voltaje Cero 3.8.4. Protección Contra Sobre-Voltaje 3.9. CIRCUITOS BÁSICOS DE REGULACIÓN 3.9.1. Regulador de CD de media Onda 3.9.2. Reguladores de CD de Onda Completa 3.9.3. Regulador de CA de Media Onda 3.9.4. Regulador de CA de Onda Completa 3.9.5. Regulador Trifásico de CD 3.10. RECTIFICADORES CONTROLADOS 3.10.1. Rectificadores Controlados de Media Onda 3.10.2. Voltaje de Salida de un Rectificador Controlado 3.10.3. Rectificador Semicontrolado de Onda Completa 3.11. CARACTERÍSTICAS DE COMPUERTA DE LOS SCR 3.12. CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN 3.13. ESPECIFICACIONES DE CORRIENTE 3.14. CIRCUITOS DE CONTROL PARA EL DISPARO DEL SCR 3.14.1. Acoples para SCR 3.15. EMPLEO DEL UJT Y DEL PUT 3.15.1. Transistor de Una Juntura – UJT 3.15.1.1. Polarización del UJT 3.15.1.2. Modelo Lineal Equivalente 3.15.1.3. Circuito Oscilador Básico con UJT
3.15.1.4. Diseño de un Oscilador con UJT o PUT 169 3.15.1.5. Compensación Térmica del UJT 171 3.15.1.6. Circuito Generador de Pulsos con UJT 174 3.15.2. Transistor de Una Juntura Programable – PUT 180 3.15.2.1. Circuito Oscilador Típico con PUT 184 3.15.2.2. Compensación Térmica en el PUT 186 3.16. OTROS TIRISTORES 190 3.16.1. Dispositivos Unidireccionales 190 3.16.1.1. Diodo de Cuatro Capas – D4 190 3.16.1.2. Interruptor Unilateral de Silicio – SUS 192 3.16.1.3. Tiristor de apagado por Compuerta – GTO 195 3.16.1.4. Transistor Bipolar de Compuerta Aislada – IGBT 195 3.16.2. Dispositivos Bidireccionales 197 3.16.2.1. Diodo Bilateral de Silicio – BDS 197 3.16.2.2. Interruptor Bilateral de Silicio – SBS 198 3.16.2.3. Interruptor Asimétrico de Silicio – SAS o ASBS 200 3.16.2.4. Diodo de Disparo Bilateral – DIAC 201 3.17. EL SCR COMO INTERRUPTOR ESTÁTICO 203 3.17.1. El SCR “Cerrado” 205 3.17.2. El SCR “Abierto” 206 3.18. OPERACIÓN DEL SCR COMO RECTIFICADOR CONTROLADO CON CARGA INDUCTIVA (R-L) 221 3.19. REGULACIÓN AUTOMÁTICA DE VOLTAJE EN ALTERNADORES 232 3.19.1. Generador sin Escobillas ( Brushless Generator ) 236 3.19.2. Regulación Automática de Voltaje 240 3.19.3. Tipos de Reguladores 240 3.19.4. Reguladores Electrónicos de Voltaje 242 3.19.5. Estructura Básica de un Regulador de Voltaje Electrónico 244 3.19.6. Ajustes del Regulador de Voltaje 245 3.19.7. Características de los Reguladores de Voltaje 246 3.19.8. Especificaciones Típicas de un Regulador de Voltaje 246 3.20. OPERACIÓN DEL SCR COMO RECTIFICADOR CONTROLADO CON CARGA R-L-V 247 3.20.1. Para Media Onda 249 3.20.2. Para Onda Completa en Conducción Discontinua 251 3.20.3. Para Onda Completa en Conducción Continua 251 3.21. REGULACIÓN ELECTRÓNICA EN MÁQUINAS DE CD 255 3.22. PROTECCIÓN DEL SCR 261
3.23. REGULADOR DE TENISÓN PARA EL GENERADOR DE UNA PLANTA ELÉCTRICA – EJEMPLOS DE SELECCIÓN 271
CAPÍTULO 4. APLICACIONES GENERALES DE LOS TIRISTORES
280
4.1. INTRODUCCIÓN 4.2. RELÉS Y CONTACTORES DE ESTADO E STADO SÓLIDO – SSR Y SSC 4.2.1. Relés de Estado Sólido – SSR 4.2.1.1. Especificaciones Básicas para un SSR 4.2.1.2. Accionamiento o Retención del SSR Mediante Mando por Pulsadores 4.2.1.3. Arrancador Estático Para Motor Monofásico 4.2.1.4. Detector de Secuencia con SSR 4.2.2. Contactores de Estado Sólido – SSC 4.3. REGULACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA 4.3.1. Con SCR 4.3.2. Con UJT y PUT 4.3.2.1. Rampa Exponencial 4.3.2.2. Rampa Pedestal Exponencial 4.3.2.3. Rampa Lineal 4.3.2.4. Rampa Pedestal Lineal 4.3.2.5. Rampa Lineal con Ajuste por Tensión 4.4. CIRCUITOS DE PROTECCIÓN DE SOBRETENSIÓN CON SCR 4.5. TEMPORIZADORES ELECTRÓNICOS 4.5.1. Con SCR 4.5.2. Con PUT 4.5.2.1. Circuito Temporizador Electrónico 4.5.2.2. Circuito Temporizador al Trabajo 4.6. CIRCUITOS DE CONMUTACIÓN ESTÁTICA 4.6.1. Con SCR 4.6.2. Con PUT 4.7. CIRCUITO CARGADOR DE BATERÍAS 4.8. CIRCUITOS DE REGULACIÓN DE VELOCIDAD Y TORQUE EN MOTORES 4.8.1. Con SCR 4.8.2. Con UJT 4.8.3. Control de Velocidad Monofásico con SCR y D4
4.9. CIRCUITOS INVERSORES ESTÁTICOS CON SCR 4.10. LUZ DE EMERGENCIA DE OPERACIÓN AUTOMÁTICA 4.11. CIRCUITO DESVANECEDOR DE LUZ CON SCR 4.12. DOSIFICADOR PARA LLENADO DE TANQUES CON PUT 4.13. VARIADORES DE VELOCIDAD Y ARRANCADOR ARRANCADORES ES SUAVES 4.13.1. Estructura Básica de un Variador 4.13.2. Consideraciones, Ventajas y Desventajas 4.13.2.1. Factores a Tener en Cuenta 4.13.2.2. Ventajas 4.13.2.3. Inconvenientes 4.13.3. Tipos Básicos de Variadores 4.13.3.1. Rectificador Controlado Para Motor de Corriente Continua Continua 4.13.3.2. Regulador de Tensión Para P ara Arranque de Motores Asíncronos 4.13.4. Arrancadores Suaves 4.14. INVERSORES CON IGBT 4.14.1. Inversor Monofásico 4.14.2. Inversor trifásico 4.14.3. Inversores Multinivel
339 346 346 350 351 352 352 352 353 353 353 354
CAPÍTTULO 5. TRIAC, QUADRAC Y SCS
361
5.1. INTRODUCCIÓN 5.2. EL TRIAC 5.3. EL QUDRAC 5.4. INTERRUPTOR CONTROALDO DE SILICIO – SCS 5.5. APLICACIONES DE LOS TRIACS Y DE LOS QUADRACS 5.5.1. Circuito de Regulación de Corriente Alterna con TRIAC 5.5.2. Inversor de Marcha Para un Motor de CD Serie con TRIAC 5.5.3. Arrancador Trifásico Para un Motor de Inducción de Jaula de Ardilla con TRIAC 5.5.4. Inversor de Marcha Para un Motor Monofásico Reversible con TRIAC 5.5.5. Arranque de un Motor Monofásico con Desconexión Automática del Devanado Auxiliar con TRIAC 5.5.6. Apagachispas Electrónico con TRIAC 5.5.7. Control Automático de Temperatura con TRAC 5.5.8. Desvanecedor de Luz con QUADRAC