ELECTRÓNICA DE POTENCIA

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CAPíTULO 1. INTRODUCCiÓN I
1.1. Introducción........................................................................................................ l
1.2. Clasificación de los convertidores 2
1.3. Interruptores electrónicos 3
El diodo 3
Tiristores 4
Transistores 5
lA. Selección de los interruptores 8
1.5. SPICE y PSpice Il 8
1.6. Los interruptores en PSpice 10
El interruptor controlado por tensión 10
Transistores II
Diodos II
Dispositivos SCR 13
Problemas de convergencia en PSpice 14
1.7. Comparación de resultados de simulación en PSpice 15
Bibliografía 15
Problemas 16
CAPíTULO 2. CÁLCULOS DE POTENCIA .
2.1. Introducción .
2.2. Potencia y energía .
Potencia instantánea .
Energía .
Potencia media .
2.3. Bobinas y condensadores .
2.4. Recuperación de la energía ..
Transistor en conducción: O< t < t 1 ..
Transistor en corte: t 1 < t < T .
Transistores en conducción: O< t < t 1 .
Transistores en corte: t 1 < t < T ..
2.5. Valor eficaz o valor cuadrático medio ..
2.6. Potencia aparente y factor de potencia ..
La potencia aparente, S .
Factor de potencia .
2.7. Cálculos de potencia en circuitos de alterna con señales sinusoidales T ..
2.8. Cálculos de potencia para formas de ondas periódicas no sinusoidales ~~.
Las series de Fourier .
Potencia media .
Fuente no sinusoidal y carga lineal .
Fuente sinusoidal y carga no lineal .
2.9. Cálculos de potencia usando PSpice .
2.10. Resumen .
Bibliografía .
Problemas .
Potencia instantánea y media .
Recuperación de energía .
Valores eficaces (rms) .
Formas de ondas no sinusoidales ..
PSpice .
CAPíTULO 3. RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA: FUNDAMENTOS BÁSICOS
DE ANÁLISIS .
3.1. Introducción .
3.2. Carga resistiva .
Creación de una componente de continua utilizando un interruptor electrónico
.
3.3. Carga resistiva-inductiva .
3.4. Simulación mediante PSpice ..
Uso de programas de simulación para cálculo numérico ..
3.5. Carga RL-generador .
Alimentación de un generador de corriente continua a partir de un generador
de corriente alterna .
3.6. Carga bobina-generador .
Uso de la inductancia para limitar la corriente ..
3.7. El diodo de libre circulación 82
Creación de una corriente continua 82
Reducción de los armónicos de la corriente de carga 86
3.8. Rectificador de media onda con un filtro de condensador 88
Creación de una tensión 'continua a partir de un generador de alterna 88
3.9. El rectificador de media onda controlado 94
Carga resistiva 96
Carga R-L 97
Carga RL-generador 100
3.10. Soluciones de PSpice para rectificadores controlados 102
Modelado del SCR en PSpice ,................................................ 102
3.11. Conmutación 105
Efecto de la inductancia del generador ,. 105
3.12. Resumen 107
Problemas 108
Rectificador de media onda con carga resistiva 108
Rectificador de media onda con carga R-L 108
Rectificador de media onda con carga RL-generador 109
Diodo de libre circulación 110
Rectificador de media onda con un condensador de filtro 110
Rectificador de media onda controlado 111
Conmutación ,. 112
Designación de problemas 113
7
~
2
5
CAPíTULO 4. RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA V TRIFÁSICOS:
CONVERSiÓN CA-CC .
4.1. Introducción , .
4.2. Rectificadores monofásicos de onda completa .
El rectificador en puente .
El rectificador con transformador de toma media ..
Carga resistiva '" .
Carga R-L .
Armónicos del generador .
Simulación en PSpice ,.
Carga RL-generador .
Filtro de salida basado en condensador .
Dobladores de tensión .
Salida con filtro L-C .
Corriente continua para la salida con filtro L-C ..
Corriente discontinua para la salida con filtro L-C ..
4.3. Rectificadores controlados de onda completa .
Carga resistiva .
Carga R-L, corriente discontinua .
Carga R-L, corriente continua .
Simulación en PSpice de los rectificadores controlados de onda completa .
Rectificador controlado con carga RL-generador .
El convertidor monofásico controlado operando como un inversor .
4.4. Rectificadores trifásicos .
4.5. Rectificadores controlados trifásicos .
Simulación en PSpice de los rectificadores controlados trifásicos .
Rectificadores de doce pulsos .
El convertidor trifásico operando como un inversor .
4.6. Transmisión de potencia continua .
4.7. Conmutación: el efecto de la inductancia del generador .
Rectificador monofásico en puente .
Rectificador trifásico .
4.8. Resumen .
Problemas .
Rectificadores monofásicos no controlados '" .
Rectificadores monofásicos controlados .
Rectificadores trifásicos no controlados ..
Rectificadores trifásicos controlados .
Problemas de diseño .
CAPíTULO 5. CONTROLADORES DE TENSiÓN ALTERNA: CONVERTIDORES
CA-CA .
5.1. Introducción .
5.2. El controlador de tensión alterna monofásico ..
Funcionamiento básico .
Controlador monofásico con carga resistiva ..
Controlador monofásico con carga R-L .
Simulación en PSpice de los controladores de tensión alterna monofásicos "
5.3. Controladores trifásicos de tensión .
Carga resistiva conectada en estrella ..
Carga R-L conectada en estrella .
Carga resistiva conectada en triángulo .
5.4. Control de la velocidad de los motores de inducción ..
5.5. Control de VAR estático (compensador estático de reactiva) .
5.6. Resumen .
Problemas .
Controladores de tensión monofásicos .
Controladores de tensión trifásicos .
CAPíTULO 6. CONVERTIDORES CC-CC .
6.1. Reguladores lineales de tensión .
6.2. Un convertidor conmutado básico .
6.3. El convertidor reductor .
Relaciones entre la tensión y la corriente ., '" .
Rizado de la tensión de salida ,.. , , .
6.4. Consideraciones de diseño , '" .
6.5. El convertidor elevador
RelacIOnes entre la tensión y la corriente 212
Rizadu de la tensión de salida 216
6.6. El convertidor reductor-elevador 217
Relaciones entre la tensión y la corriente 218
Rizado de la tensión de salida .. 222
6.7. El convertidor éuk 223
6.8. Efectos no ideales en el funciunamiento de un convertidor 228
Caídas de tensión en los interruptores 228
Resistencia del condensador: efecto en el rizado 229
Resistencia de la bobina 230
Pérdidas de conmutación 231
6.9. Funcionamiento con corriente discontinua 233
Convertidor reductor con corriente discontinua 233
Convertidor elevador con corriente discontinua 236
6. J O. Simulación en PSpice de los convertidores CC-CC 239
Un modelo conmutado en PSpice 240
Un modelo de circuito promediado 243
6.11. Resumen 248
Bibliografía 249
Problemas 250
Convertidores lineales 250
Convertidor conmutado básico 251
Convertidor reductor 251
Convertidor elevador 252
Convertidor reductor-elevador 253
Convertidor éuk 253
Efectos no ideales 254
Corriente discontinua 254
PSpice 254
CAPíTULO 7. FUENTES DE ALIMENTACiÓN DE CORRIENTE CONTINUA.. 257
7.1. Introducción 257
7.2. Modelos de transformadores 257
7.3. El convertidor fIyback 259
Análisis con el interruptor cerrado 259
Análisis con el interruptor abierto .. 261
Modo de corriente discontinua en el convertidor fIyback 266
Resumen del funcionamiento del convertidor fIyback 268
7.4. El convertidor forward 268
Análisis con el interruptor cerrado 268
Análisis con el interruptor abierto 270
Resumen del funcionamiento del convertidor forward 273
7.5. Convertidor forward con dos interruptores 275
7.6. El convertidor push-pull 277
Interruptor Sw1 cerrado 277
Interruptor Sw2 cerrado '" .
Ambos interruptores abiertos .
Resumen del funcionamiento del convertidor push-pull .
7.7. Convertidores CC-CC en puente completo y en semi-puente .
7.8. Convertidores alimentados en corriente ..
Sw¡ cerrado y Sw2 abierto .
Sw¡ abierto y SW2 cerrado .
Sw¡ y SW2 cerrados .
7.9. Convertidores con múltiples salidas ..
7.10. Elección de convertidores .
7.11. Simulación en PSpice de las fuentes de alimentación de continua .
Convertidor flyback .
Convertidor forward '" '"
Convertidor push-pull .
Convertidor alimentado en corriente ..
7.12. Control de las fuentes de alimentación , '" '" ..
Estabilidad del bucle de control .
Análisis en pequeña señal .
Función de transferencia del interruptor .
Función de transferencia del filtro '" .
Función de transferencia del circuito PWM .
Amplificador de error con compensación ..
Diseño de un amplificador de error compensado ..
Simulación en PSpice del control por realimentación ..
Circuitos de control PWM ..
Bibliografía .
Problemas .
Convertidor flyback .
Convertidor forward .
Convertidor push-pull .
Convertidor alimentado en corriente .
PSpice .
Control .
CAPíTULO 8. INVERSORES: CONVERSiÓN DE CONTINUA EN ALTERNA ..
8.1. Introducción .
8.2. El puente convertidor de onda completa .
8.3. El inversor de onda cuadrada .
8.4. Análisis mediante series de Fourier .
8.5. Distorsión armónica total .
8.6. Simulación en PSpice de los inversores de onda cuadrada .
8.7. Control de armónicos y de amplitud .
8.8. El inversor en medio puente ..
8.9. Salida con modulación por anchura de impulsos ..
Conmutación bipolar .
Conmutación unipolar .
8.10. Definiciones y consideraciones relativas a la modulación PWM ..
8.11. Armónicos en la modulación PWM 337
Conmutación bipolar 337
Conmutación unipolar .. , ,. 341
8.12. Simulación de inversores con modulación por anchura de impulsos .. 342
PWM bipolar 342
PWM unipolar 346
8.13. Inversores trifásicos 351
Inversor de seis pasos 351
Inversor trifásico PWM 354
8.14. Simulación en PSpice de los inversores trifásicos 356
Inversores trifásicos de seis pasos 356
Inversores trifásicos PWM 357
8.15. Control de velocidad de motores de inducción 358
8.16. Resumen .
Bibliografía 360
Problemas 360
Inversor de onda cuadrada y análisis de Fourier 360
Control de armónicos y de amplitud 361
Inversores con modulación por anchura de impulsos 362
Inversores trifásicos 363
CAPíTULO 9. CONVERTIDORES RESONANTES .
9.1. Introducción .
9.2. Convertidor conmutado resonante: conmutación a corriente cero .
Funcionamiento básico .
Análisis para O< t < ti .
Análisis para ti < t < t 2 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••
Análisis para t 2 < t < t 3 ••..••.•••.•••.••..••..••..••.••..••...•..••..•..••..••..•..••..•..••...••.••..•...•
Análisis para t3 < t < T .
Tensión de salida .
9.3. Convertidor conmutado resonante: conmutación a tensión cero .
Funcionamiento básico .
Análisis para O< t < t 1 ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••••••••••••••
Análisis para ti < t < t 2 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••••••
Análisis para t 2 < t < t 3 ••..••...•...•..••..••..•..•••.••...•..•...•..••..••..•.•.•...•..••..•..••...•..••..
Análisis para t 3 < t < T .
Tensión de salida .
9.4. El inversor resonante serie .
Pérdidas de conmutación .
Control de amplitud .
9.5. Convertidor CC-CC resonante serie .
Funcionamiento básico '" .
Funcionamiento para W s > W o .
Funcionamiento para w2/2 < w, < W o .
Funcionamiento para W s < wo/2 .
Variantes del convertidor CC-CC resonante serie .
9.6. Convertidor CC-CC resonante paralelo .
9.7. Convertidor CC-CC serie-paralelo .
9.8. Comparación de convertidores resonantes .
9.9. El convertidor resonante con paso intermedio por corriente continua .
9.10. Resumen .
Bibliografía .
Problemas .
Convertidor resonante de conmutación a corriente cero .
Convertidor resonante de conmutación a tensión cero ..
Inversor resonante .
Convertidor CC-CC resonante serie .
Convertidor CC-CC resonante paralelo .
Convertidor CC-CC serie-paralelo .
Convertidor resonante con paso intermedio por corriente continua .
CAPíTULO 10. CIRCUITOS DE EXCITACiÓN Y DE PROTECCiÓN ..
10.1. Introducción .
10.2. Circuito de excitación para MOSFET .
10.3. Circuitos de excitación para el transistor bipolar .
lOA. Circuitos de excitación de tiristor .
10.5. Circuitos de protección para el transistor ..
10.6. Circuitos de protección de recuperación de energía .
10.7. Circuitos de protección para el tiristor .
10.8. Resumen .
Bibliografía .
Problemas .
Circuitos de excitación para MOSFET .
Circuito de excitación del transistor bipolar ..
Circuitos de protección .
APÉNDICE A. SERIES DE FOURIER PARA ALGUNAS FORMAS DE ONDAS
COMUNES .
Las series de Fourier .
Sinusoide rectificada de media onda (Figura A.I) '" '" .
Sinusoide rectificada de onda completa (Figura A.2) .
Rectificador trifásico en puente (Figura A.3) .
Forma de onda pulsante (Figura AA) '"
Onda cuadrada (Figura A.5) .
Onda cuadrada modificada (Figura A.6) .
Inversor trifásico de seis pasos (Figura A.7) ..
APÉNDICE B. PROMEDIO DEL ESPACIO DE ESTADOS .
Pequeña señal y régimen permanente .
Ecuaciones de estado para el convertidor reductor .
Bibliografía .
íNDICE

Comentarios