UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA De: Danny Armijos Loyola F: 15.11.21! "ara: In#. $an%el A%#%s&o "esan&es Consulta N°1 1) Tiristo Tiristorr desacti desactivad vado o por compue compuerta rta (GTO (GTO)) . Son semiconductores discretos que actúan como interrupt interruptore ores s completa completament mente e controla controlables bles,, los cuales cuales pueden pueden ser encendid encendidos os y apag apagad ados os en cualqu cualquier ier momen momento to con con una una señal señal de compu compuert erta a posit positiva iva o nega negativ tiva a respectivamente. Estos componentes están optimizados para tener muy bajas pérdidas de cond conducc ucción ión y diseñ diseñad ados os para para trabaj trabajar ar en las más dema demanda ndante ntes s aplic aplicaci acion ones es indu indust stri rial ales es.. Esto Estos s comp compon onen ente tes s son son alta altame ment nte e util utiliz izad ados os en onv onver erti tido dore res s de !lto "oltaje "oltaje y y !lta #otencia #otencia para para aplicaciones de baja y media $recuencia $recuencia.. Estructura %n tiristor &'( tiene la estructura muy similar a un tiristor S) convencional, como se muestra en la $igura *. con sus + capas de silicio #-#- y tres terminales/ ánodo !, cátodo 0 y puerta &.
Figura. 1 Símbolo y estructura interna de un GTO !mbos estados, tanto el estado de encendido encendido como el estado de apagado, apagado, son controlados por la corriente en la puerta &. CARACTERISTICAS:
El disparo se realiza mediante una "&0 12 El bloqueo se realiza con una "&0 3 2. 4a ventaja del bloqueo por puerta es que no se precisan de los circuitos de bloqueo $orzado que requieren los S). 4a desventaja es que la corriente de puerta tiene que ser muc5o mayor por lo que el generador debe estar más dimensionado. El &'( con respecto al S) disipa menos potencia
6%-7(-!87E-'( %n tiristor &'(, al igual que un S) puede activarse mediante mediante la aplicación de una señal positiva de compuerta. Sin embargo, se puede desactivar mediante una señal negativa de compuerta. %n &'( es un dispositivo de enganc5e y se construir con especi$icaciones de
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA De: Danny Armijos Loyola F: 15.11.21! "ara: In#. $an%el A%#%s&o "esan&es corriente y voltajes similares a las de un S). %n &'( se activa aplicando a su compuerta un pulso positivo corto y se desactiva mediante un pulso negativo corto.
Figura. 2 INTENSIDAD
DE PUERTA EN EL ENCENDIDO DE UN GTO
ENCEN!I!O !E "N GTO !l igual que ocurre con un tiristor convencional, para llevar a cabo el encendido de un &'( es necesario aplicar una determinada corriente entrante por la puerta. Sin embargo, en el encendido de un &'( la corriente má9ima por la puerta 7 &8 y la velocidad de variación de dic5a corriente al principio de la conducción deben ser lo su$icientemente grandes como para asegurar que la corriente circula por todas las islas cátodo $igura :.+. Si esto no $uese as; y sólo algunas islas cátodo condujeran, la densidad de corriente en estas islas ser;a tan elevada que el e9cesivo calentamiento en zonas localizadas podr;a provocar la destrucción del dispositivo.
A#AGA!O E9isten < $ormas de apagarlo. %na $orma es reduciendo la corriente de ánodo 7! por medios e9ternos 5asta un valor menor a la corriente de 5olding 75, en la cual, la acción regenerativa interna no es e$ectiva. 4a segunda $orma de apagarlo es por medio de un pulso en el gate, y este es el método más recomendable porque proporciona un mejor control.
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Figura. 3 Curva característica del apagado de un GTO
!l comenzar a circular corriente positiva por la puerta, la corriente de ánodo a cátodo se concentra en las zonas situadas entre los terminales de puerta, aumentando la densidad de corriente en estas zonas. =e esta $orma, el &'( no comienza a apagarse 5asta que la corriente de ánodo a cátodo 5a quedado reducida a pequeños $ilamentos entre los terminales de puerta. Entonces la tensión v !0, 5asta entonces muy pequeña al estar el &'( en $uncionamiento, comienza a aumentar. omo la gran densidad de corriente que circula por estos pequeños $ilamentos podr;a ocasionar su destrucción, se utiliza un condensador snubber en paralelo con el &'(, que o$rece a la corriente un camino alternativo por donde circular. !s;, cuando v !0 comienza a aumentar el condensador comienza a cargarse, por lo que parte de la corriente que circulaba por el &'( lo 5ace a5ora por el condensador. En general se suelen llegar a potencias entorno a los >22?@ como má9imo. 4a tensión ánodoAcátodo en conducción directa también es más elevada que para los tiristores convencionales. Operaci$n
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Figura. 4 Curva de operación de un GTO
"entajas de los &'( sobre los S). •
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Eliminación de los componentes au9iliares en la conmutación $orzada, que da como resultado una reducción en costo, peso y volumen. Eliminación del ruido acústico y electromagnético debido a la eliminación de bobinas de inducción en la conmutación.
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=esactivación más rápida, permitiendo $recuencias de conmutación más altas.
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%na e$iciencia mejorada de los convertidores.
"entajas sobre los transistores bipolares en aplicaciones de baja potencia. •
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8ás alta capacidad de voltaje de bloqueo. !lta relación de corriente de pico controlable a corriente promedio. !lta relación de corriente de pulsación pico a corriente promedio,t;picamente de *2/*. !lta ganancia en estado activo t;picamente de :22 Señal de compuerta pulsada de corta duración. Bajo condiciones de pulsación de carga, un &'( pasa a una
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA De: Danny Armijos Loyola F: 15.11.21! "ara: In#. $an%el A%#%s&o "esan&es saturación más pro$unda debido a la acción regenerativa. #or otra parte, un transistor bipolar tiende a salirse de saturación. #rincipales aplicaciones en la industria •
'roceadores y convertidores
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ontrol de motores as;ncronos
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7nversores
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aldeo inductivo
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)ecti$icadores
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Soldadura al arco
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Sistema de alimentación ininterrumpida S!7
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ontrol de motores
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'racción eléctrica
%) Tiristores de inducción estática (SITH). Es un tipo de tiristor el cual tiene la posibilidad de activarse con un voltaje positivo de compuerta y una de sus principales caracter;stica es su baja resistencia en estado activo. #rincipio de $uncionamiento #or lo general, un S7'C es activado al aplicarle un voltaje positivo de compuerta, como los tiristores normales, y desactivado al aplicarle un voltaje negativo a su compuerta. %n S7'C es un dispositivo de portadores minoritarios. omo consecuencia, el S7'C tiene una baja resistencia en estado activo as; como una baja ca;da de potencial, y se puede $abricar con especi$icaciones de voltaje y corriente más altas.
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Figura. 5 Grafca del uncionamiento de encendido apagado de un !"T#
aracter;sticas %n S7'C tiene velocidades de conmutación muy rápidas y capacidades altas de
dvDdt y diDdt. El tiempo de conmutación es del orden de * a : us. 4a especi$icación de voltaje puede alcanzar 5asta <>22 " y la de corriente está limitada a >22 ! y l a
$recuencia se encuentra en los *22 0Cz. Este dispositivo es e9tremadamente sensible a su proceso de $abricación, por lo
que pequeñas variaciones en el proceso de manu$actura pueden producir cambios de importancia en sus caracter;sticas.
Figura. $ !im%olo del !"T#
Aplicaciones: •
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)ecti$icación de corriente A arga de bater;as A Soldadura A &eneración de #otencia a distancia A #rocesos electroqu;micos A )egulación de $uentes de $uentes de alimentación. ontrol de velocidad de motores A 8aquinas 5erramientas A "e5;culos de tracción
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA De: Danny Armijos Loyola F: 15.11.21! "ara: In#. $an%el A%#%s&o "esan&es Sustitución de ve5;culos electromecánicos A )elés A #rotectores de sobrecarga A &raduadores de iluminación A Sistema de encendido de motores de e9plosión ontrol de potencia A )adar A 4aser e impulsos A &eneradores de ultrasonido ircuitos lógicos A 8ultivibradores de potencia A ontrol de tiempo, controladores A 6ines de carrera, detección de niveles A ircuitos de alarma A ontrol de alumbrado de emergencia •
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SE&ICON!"CTORES '"E GENERAN #"SOS !E !IS#ARO E9isten una gran variedad de dispositivos semiconductores que pueden utilizarse para generar pulsos de disparo. Entre ellos tenemos aquellos que actúan como transistores y otros lo 5acen como tiristores. Se los utiliza para generar pulsos de disparo en circuitos de relajación osciladores o como disparadores por nivel de tensión. 'ransistores disparadores/ A %' / 'ransistor unijuntura. A %'/ 'ransistor unijuntura complementario A =7!/ =isparador bidirecional tipo npn. 'iristores disparadores/ A #%'/ 'ransistor unijuntura programable. A 4!#%'/ 'ransistor unijuntura programable activado por luz. A =7(=( SC(04EF/ =iodo tiristor. A S%S / onmutador unilateral de silicio A =7!/ =iodo tiristor bidireccional •
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Comparación de prestaciones de los interruptores entre los diferentes dispositivos de electrónica de potencia. TABLA DE PRESTACIOES.
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Rei$n de utili*aci$n
+I+IOGRA,IA -1. Eduard +allester / Ro0ert #iu2 Electr$nica de #otencia ,undamentales / Estructuras +3sicas &Arcom0o "niversitaria -%.!aniel 4 5ard Electronica de #otencia #retince 5all
#rincipios
UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA De: Danny Armijos Loyola F: 15.11.21! "ara: In#. $an%el A%#%s&o "esan&es -6. !ispositivos de electr$nica de #otencia 7ttp:88999ancapcomu/8docsconcursos8ARC5I;OS8%<%=A&A!OS <%=,INAI>A!OS8%=118RE,<%=?@%=11<%=TECNICO<%=A"!ANTE <%=&ANTENI&IENTO<%=E<%=INGENIERIA8=B<%=<%=&ATERIA<%=!E <%=EST"!IO8EECTRO&ECANICO<%=EECTRONICO8!IS#OSITI;OS<%=!E <%=EECTRONICA<%=!E<%=#OTENCIA#!, -?. !ispositivos de electr$nica de #otencia 7ttp:88dispositivoselectronicadepotencia0lospotcom8%=1%8=680lopost7tml -D.Tiristor desactivado por compuerta 7ttps:88999ecuredcu8Tiristordesactivadoporcompuerta(GTO)
[email protected] de inducci$n est3tica 7ttps:88999ecuredcu8Tiristordeinducci$nest3tica
