INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE SAN ANDRÉS TUXTLA INGENIERÍA MECATRÓNICA ASIGNATURA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA APLICADA DOCENTE: M.C. MAURICIO CAIXBA SÁNCHEZ UNIDAD 1 TEMA:
Semiconductores de potencia Aplicación de maquinas eléctricas Arranque y paro de motor c.c con igbt Control de velocidad de motor de cc NOMBRES DE ESTUDIANTES (Equipo 5): Melchi Caixba Alfredo Baeza Villegas Bernardo Arturo Salazar santos salvador González Alvízar Joaquín Zapo quino Israel Alberto FECHA: 10 de Febrero de 2016
OBJETIVO GENERAL El conocimiento que lleva al funcionamiento de distintos dispositivos relacionados a los motores eléctricos son la base fundamental de cómo se comportan, sus avances tecnológicos y su aplicación de la electrónica de potencia que enriqueceremos a fin de resolver los problemas técnicos y de industrias
Objetivos específicos Es importante desde una temprana etapa llevar como herramienta criterios de cómo se estructuran los comportamientos de dispositivos y motores, pues su estudio llevara relación en el área laboral donde nosotros como estudiantes manipularemos, con nuestros conocimientos básicos
Introducción.
Los motores eléctricos han llegado a formar parte importante en la vida del ser Humano. El simple hecho de convertir la energía eléctrica en energía mecánica Trae consigo montones de aplicaciones y facilidades. Desde cosas tan cotidianas como abrir el portón eléctrico, hasta el movimiento de las bandas en una planta de producción a nivel industrial. El manejo y control de los diversos tipos de motores ha permitido a las industrias mejorar y optimizar sus procesos.
APLICACIÓN DE MAQUINAS ELECTRICAS Durante muchos años el sector de la electrónica de potencia ha centrado su investigación en el desarrollo de componentes capaces de alcanzar grandes velocidades de conmutación y grandes cargas y que fueran sustitutivos de las tecnologías anteriores que, para ciertas aplicaciones, ya habían quedado obsoletas como es el caso del transistor bipolar BJT bipolar junction transistor, los MOSFET y de los VDMOS , DMOSFET vertical. para ello, los investigadores han combinado desde hace más de dos décadas las posibilidades de los transistores bipolares y los denominados MOSFET, un transistor de efecto de campo basado en la estructura most metal oxide semiconductor La aplicación de motores y generadores eléctricos requiere considerar los siguientes a) Economía b) Comportamiento y características de la carga c) Fuentes disponibles d) Selección de motores y generadores e) Protección y seguridad En los últimos años han tomado gran relevancia los factores económicos, incluyendo no solo la inversión inicial sino también el costo de operación y mantenimiento del equipo a lo largo de los años. Se están mejorando mucho los diseños para mejorar la eficiencia y por lo tanto los costos de operación del equipo. Un problema que frecuentemente se encuentra el ingeniero consiste en adaptar el motor a la carga para su operación óptima desde un punto de vista técnico. Es importante para este fin que los motores tengan la capacidad de arrancar la carga que deberán mover y en muchos casos en un tiempo preestablecido, además no deberán sufrir sobrecalentamiento en operación normal y no deberán causar perturbaciones en la red a la que se encuentran conectados que puedan dañar otros equipos o causar malestar por medio de variaciones en la iluminación La aplicación de un motor generalmente va acompañada con el estudio de la fuente disponible para usar este motor o la selección de esta fuente cuando no se dispone de la fuente o la fuente no tiene la capacidad adecuada. La fuente a usar debe formar parte del estudio económico. Es muy importante que el motor o generador cuente de la protección adecuada para evitar que este sufra daños o para que la vida útil del motor no se vea afectada. Sin embargo de mucha mayor importancia es que el motor cuente con la protección adecuada para que no presente peligro para el hombre. Entre otros factores se deben prevenir desboques de motores de C. D., se debe prevenir que el personal que labore cerca del equipo eléctrico pueda electrocutarse y que no ocurran incendios o explosiones por deficiencias del equipo eléctrico o por falta de protecciones.
ARRANQUE Y PARO DE UN MOTOR CC CON IGBT Los IGBT acumulan la mayor parte del mercado de componentes de potencia para aplicaciones de media y alta tensión, no sólo por su capacidad de potencia sino también porque son tan rápidos que la frecuencia de los impulsos que generan son imperceptibles por el oído humano. Esta particularidad los ha hecho especialmente interesantes para el desarrollo de los sistemas de aire acondicionado, frigoríficos, lavavajillas, ect., en los que los consumidores son especialmente sensibles al ruido que emiten. la mayor parte de los ruidos de los compresores procede de la utilización de transistores no demasiado rápidos y que sólo se activan y desactivan en frecuencias audibles por las personas. Pero las aplicaciones de igbt van mucho más allá del control de motores. Algunos fabricantes de tecnologías de consumo ya los están utilizando para mejorar sus dispositivos o dotarles de nuevas capacidades. por ejemplo, una de las últimas aplicaciones de estos transistores ha permitido integrarlos en los teléfonos móviles para dotar a sus cámaras de un flash de xenón realmente potente. Esto ha sido posible gracias a que los IGBT han reducido enormemente sus dimensiones El transistor Bipolar de Puerta Aislada (IGBT) El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia híbrido que combina los atributos del BJT y del MOSFET. Posee una compuerta tipo MOSFET y por consiguiente tiene una alta impedancia de entrada. El gate maneja voltaje como el MOSFET. Al igual que el MOSFET de potencia, el IGBT no exhibe el fenómeno de ruptura secundario como el BJT. Generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. La tensión de control de puerta es de unos 15V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta. Características de funcionamiento: Alta capacidad de manejar corriente como un bipolar Facilidad de manejo mosfet El IGBT se suele usar cuando se dan estas condiciones: • Bajo ciclo de trabajo • Baja frecuencia 20 kHz • Aplicaciones de alta tensión 1000 V • Alta potencia 5 kW
CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS. TRANSISTOR IGBT. CURVA CARACTERISTICA Y SIMBOLOS.
FUNCIONAMIENTO DEL TRANSISTOR IGBT
CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DE C.C Las técnicas de control de motores dc son herramientas que se utilizan para controlar la velocidad, el par y el suministro de potencia de los motores de corriente continua. El control de motores puede llevarse a cabo mediante tiristores y un conocimiento básico de electrónica de potencia. La mayoría de motores utilizados en la industria se conectan directamente a las líneas de distribución eléctrica, y se alimentan con corriente alterna o corriente directa. Las terminales de los devanados del motor se conectan directamente a las líneas de suministro eléctrico, y sus características de operación se mantienen inalterables, al tener una tensión de entrada constante. El motor trabaja en condiciones nominales cuando se alimenta con la tensión indicada en la placa de operación, entregando potencia constante a la carga conectada en el eje.
La naturaleza de la carga que se acopla al eje del motor define el comportamiento de esta máquina. Para el caso de una carga liviana, el motor desarrollara una velocidad relativamente alta y un par de giro bajo. Por el contrario, si se dispone de una carga pesada o difícil de mover, el motor se moverá a una velocidad menor y entregara más par, pues una mayor carga lo exige. Sin embargo, si la carga se mantiene constante, la operación del motor también se mantendrá constante, sin posibilidades de controlar la velocidad debido a que la tensión de suministro no se ve modificada. Existen casos en la industria que requieren el manejo de las características de operación de los motores. Este control se suele hacer mediante tiristores. La combinación del motor, los tiristores de control y demás componentes electrónicos asociados son conocidos como el sistema de control de velocidad, sistema de accionamiento o sistema de excitación de motor. Fuerza electromotriz factores que facilitan su maneje La intensidad del campo magnético mientras más intenso sea el campo, la fuerza contra electromotriz tiende a ser mayor la velocidad de rotación mientras mayor sea la velocidad, la fuerza electromotriz tiende a ser mayor también puede variar hay diferentes formatos para desarrollarlo.
Forma de variar la velocidad de un motor dc en derivación Ajustar el voltaje y la corriente aplicado al devanado del campo Al aumentar el voltaje de campo, el motor desacelera Ajustar el voltaje y la corriente aplicado a la armadura. Al aumentar el voltaje en la armadura el motor acelera.
Control de armadura con tiristor
uso de tiristores para control de motores dc
En este caso el SRC sillicone controlled rectifier puede hacer la mayor parte de las funciones de un reóstato, en el control de la corriente promedio de una carga sin las limitaciones de gran potencia. Estos son pequeños, poco costosos y eficientes en energía es natural acoplar el motor para control de armadura para la velocidad del motor según la figura el scr proporciona entonces rectificación de media onda y control al devanado de armadura. Si se da un temprano disparo del SCR, el voltaje y la corriente promedio de la armadura aumentan y el motor puede trabajar con más rapidez. Al disparar la más tarde, se reducen el voltaje y la corriente promedio y el motor trabaja más lento.
Sistema de control de media onda y una fase para la velocidad de un motor de dc en derivación La velocidad del motor se ajusta con el potenciómetro de 25 k. al girarlo hacia arriba, aumenta la velocidad del motor, esto se debe a que el voltaje de compuerta en relación con tierra se vuelve una parte mayor del voltaje respectivo de la línea de ca, y esto permite que el voltaje de compuerta a cátodo llegue más temprano en el ciclo al valor del voltaje de disparo del SCR. La relación entre la velocidad y el ángulo de retardo de disparo, para este sistema, se gráfica. Se puede ver que la acción de control de velocidad se logra en un ajuste bastante apretado de unos 70˚ a 110˚. Cuando disminuye la fuerza electromotriz, baja el voltaje de cátodo a tierra, porque VK depende de gran parte de la fuerza electromotriz. Si VK disminuye, el disparo del SCR se efectúa antes porque VG no tiene que aumentar tanto para que el voltaje cátodo ánodo sea lo suficientemente grande como para disparar el SCR. Un aumento en el par de giro produce una reducción en el ángulo de disparo, a su vez, esto nos da una mayor corriente y voltaje de armadura elevando la velocidad y compensando cualquier caída de velocidad
Sistema de control de media onda monofásico para la velocidad de un motor Control de media onda para velocidades de un motor
El funcionamiento de este control se describe a continuación: la corriente alterna que llega se rectifica en un puente de onda completa, cuyo voltaje pulsante de dc se aplica al devanado de campo y al circuito de control de armadura. Se carga el capacitor con la corriente que fluye por el devanado de la armadura, de baja resistencia, a través del diodo d2 y el potenciómetro para el ajuste de velocidad luego sigue a la placa superior del capacitor. El capacitor se carga hasta llegar al voltaje de transición conductiva del sus interruptor unilateral de silicio. En ese instante el sus permite que se descargue parte del capacitor en la compuerta del scr, disparándolo. El ángulo de disparo se determina por la resistencia del potenciómetro de ajuste de velocidad, que determina la rapidez de carga de c. el diodo d3 suprime toda polarización inversa producto del devanado inductivo de la armadura al terminar medio ciclo. Cuando el SCR abre al final de un semiciclo, la corriente continua circulando en el lazo d3 y armadura. El objeto de la combinación r1 d1 es proporcionar una trayectoria de descarga para el capacitor c. recuerde que él sus no vuelve totalmente a los 0 v, cuando se dispara. El capacitor no puede descargar toda su carga a lo largo del circuito cátodo-compuerta del rectificador del silicio. Queda algo de carga en la placa superior de c. a medida que los pulsos del suministro de dc se acercan a 0, la carga en c se descarga a través de r1 y d1. Así el capacitor pierde toda carga residual para comenzar la siguiente pulsación del puente de diodos.
CONCLUSIONES el IGBT es interesante, implementando características de los BJT y de los MOSFET, que generalmente se usan para sistemas de potencia con capacidad de comulación o switcheo , también dice que se puede aplicar en grandes voltajes de más de 1000v, es así como se piensa que por sus características reemplazó a los BJT y a los MOSFET en algunas aplicaciones ya sea por que ocupaban mayor frecuencia de conmutación, necesitaban soportar mayor voltaje u ocupaban soportar mayor potencia, y así progresar con el desarrollo de la tecnología. Los motores de dc, son manipulados por dispositivos electrónicos que varían, desde un aparato sumamente pequeño hasta las grandes industrias, que forjan los mercados, no obstantes es indudables los conocimientos de estos pues saber manipularlos serán nuestra tarea, existen otros dispositivos que también coadyuvan pero las mejor tecnología son los tiristores
bibliografica
http://ccpot.galeon.com/enlaces1737117.html http://www.ibercom.net/userfiles/file/industrial/igbt.pdf http://almadeherrero.blogspot.com/2010/01/transistores-igbt.html http://www.mty.itesm.mx/etie/deptos/ie/profesores/jrodrigu/conv2/ap/APLI MO1.HTM
