Clase 1 2 11-04-2020

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Electrónica de Potencia 
Clase 1.2 
Prof. Verena Mercado Polo 
M.Sc. Ing. Electricista 
INGENIERÍA MECATRÓNICA 
Diodo 
 Es el interruptor mas simple. No se puede controlar, en el sentido de 
que son las tensiones y corriente del circuito las que determinan los 
estados de conducción (activado) y de corte (desactivado) del diodo. 
 Una característica dinámica importante de un diodo no ideal es la 
corriente de recuperación inversa. 
 
Característica i-v Real Característica i-v Ideal 
Tiristores 
 Son interruptores electrónicos utilizados en circuitos electrónicos de 
potencia donde es necesario controlar la activación del interruptor. 
 Son dispositivos de 3 terminales: rectificador controlado de silicio 
(SCR), el triac, el tiristor de bloqueo por puerta (GTO) y el tiristor MCT 
o tiristor controlado por MOS (Metal Oxido Semiconductor). 
SCR GTO 
Triac MCT 
Transistores 
 Son interruptores utilizados en circuitos de electrónica. Los circuitos 
de excitación de los transistores se diseñan para que éstos estén 
completamente saturados (activados) o en corte (desactivados). 
 Los transistores utilizados son los BJT (Transistores de Unión 
Bipolar), los MOSFET y dispositivos híbridos, como por ejemplo, los 
transistores de unión bipolar de puerta aislada (IGBT). 
BJT (NPN) Característica del BJT 
Configuración 
Darlington 
Característica ideal 
Transistores 
IGBT 
Característica del 
MOSFET 
MOSFET 
Característica ideal 
Rectificador de Media Onda 
Carga Resistiva 
El objetivo es crear una tensión de carga que 
tenga una componente de continua no nula 
Rectificador de Media Onda 
Ejemplo 1 
Para el rectificador de media onda, el generador produce 
una sinusoide de 120V rms a una frecuencia de 60 Hz. La 
resistencia de carga es de 5Ω. Determine: a) La corriente 
media en la carga, b) La potencia media absorbida por la 
carga y c) El factor de potencia del circuito 
a) La corriente será: 
𝐼 =
𝑉𝑜
𝑅
=
𝑉𝑚
𝜋𝑅
=
2(120)
𝜋(5)
 𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝐼 = 10,8 𝐴 
b) La potencia media absorbida por la resistencia es: 
𝑃 =
𝑉𝑟𝑚𝑠
2
𝑅
=
𝑉𝑚
2
2
𝑅
=
2 120
2
2
5
=
84,92
5
 𝑃𝑜𝑟 𝑙𝑜 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝐼 = 1440𝑊 
c) El factor de potencia del circuito es: 
𝑓𝑝 =
𝑃
𝑆
=
𝑃
𝑉𝑟𝑚𝑠𝐼𝑟𝑚𝑠
=
𝑃
𝑉𝑟𝑚𝑠
𝑉𝑚
2𝑅
=
1440
120 17
 𝑃𝑜𝑟 𝑡𝑎𝑛𝑡𝑜 𝑓𝑝 = 0,7 
Valor pico del voltaje es 𝑉𝑚 = 2 120 
Tensión media
𝑉𝑚
𝜋
 
Rectificador de Media Onda 
Carga Inductiva-Resistiva 
Respuesta forzada: 
Respuesta Natural: 
Rectificador de Media Onda 
Carga Inductiva-Resistiva 
Rectificador de Media Onda 
Ejemplo 2 
Para el rectificador de media onda, con carga R-L: con R-100 
Ω, L=0,1H, 𝜔 = 377𝑟𝑎𝑑/𝑠 y 𝑉𝑚 = 100 𝑉, determine: a) La 
corriente eléctrica del circuito, b) la corriente media y 
corriente eficaz, c) la potencia absorbida por la carga RL y d) 
el factor de potencia. 
a) La corriente será: 
b) La corriente media y la eficaz: 
𝑍 = 𝑅2 + 𝜔𝐿 2 = 1002 + (377)(0,1 )2 = 106,9 Ω 
𝜃 = 𝑡𝑎𝑛−1
𝜔𝐿
𝑅
= 20,7 𝑜 𝜏 = 𝐿 𝑅 =
0,1
100 =0,003s 
𝑖 𝜔𝑡 =
𝑉𝑚
𝑍
𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 𝜃 + 𝑠𝑒𝑛𝜃. 𝑒−
𝜔𝑡
𝜔𝜏 =
100
106,9
𝑠𝑒𝑛 377𝑡 − 20,7 + 𝑠𝑒𝑛(20,7)𝑒−
𝑡
𝜏 
𝑖 𝜔𝑡 = 0,936𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 20,7 + 0,331𝑒−333,3𝑡 para 0 ≤ 𝜔𝑡 ≤ 𝛽 
𝑠𝑒𝑛 𝛽 − 𝜃 + 𝑠𝑒𝑛𝜃. 𝑒−
𝛽
0,377 = 0 resolviendo 𝛽 = 201𝑜 o 𝛽 = 3,5𝑟𝑎𝑑 
𝐼𝑜 =
1
2𝜋
 0,936𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 20,7 + 0,331𝑒−333,3𝑡 𝑑 𝜔𝑡 = 0,308𝐴
3,5
0
 
𝐼𝑟𝑚𝑠 =
1
2𝜋
 0,936𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 20,7 + 0,331𝑒−333,3𝑡 2𝑑 𝜔𝑡 = 0,474𝐴
3,5
0
 
Rectificador de Media Onda 
Ejemplo 2 
c) la potencia absorbida por la carga RL: 
b) La corriente media y la eficaz: 
𝑃 =
1
2𝜋
 𝑝 𝜔𝑡 𝑑 𝜔𝑡 =
2𝜋
0
1
2𝜋
 𝑣 𝜔𝑡 𝑖 𝜔𝑡 𝑑 𝜔𝑡
2𝜋
0
 
𝑃 =
1
2𝜋
 100𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 0,936𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 20,7 + 0,331𝑒−333,3𝑡 𝑑 𝜔𝑡
2𝜋
0
 
𝑃 =
1
2𝜋
 100𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 0,936𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 20,7 𝑑 𝜔𝑡 +
1
2𝜋
 100𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 0,331𝑒−333,3𝑡 𝑑 𝜔𝑡
2𝜋
0
2𝜋
0
 
𝑃 =
1
2𝜋
 93,6 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 20,7 𝑑 𝜔𝑡 +
1
2𝜋
 33,1 𝑒−333,3𝑡𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 𝑑 𝜔𝑡
2𝜋
0
2𝜋
0
 
𝑃 =
1
2𝜋
 93,6 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 20,7 𝑑 𝜔𝑡 +
1
2𝜋
 33,1 𝑒−333,3𝑡𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 𝑑 𝜔𝑡
2𝜋
0
2𝜋
0
 
𝑓𝑝 =
𝑃
𝑆
=
𝑃
𝑉𝑟𝑚𝑠𝐼𝑟𝑚𝑠
=
22,4
100
2
 0,474
= 0,67 
𝑃 = 14,9 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 20,7 𝑑 𝜔𝑡 + 5,27 𝑒−333,3𝑡𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 𝑑 𝜔𝑡
2𝜋
0
2𝜋
0
 
𝑃 = 22,4𝑊 
Rectificador de Media Onda Controlado 
Una forma de controlar la salida de un rectificador de media onda es utilizar SCR en 
vez de diodos. Se deben cumplir dos condiciones antes de que el SCR pueda entrar en 
conducción: 
 El SCR de estar polarizado en directo (𝑉𝑆𝐶𝑅 > 0) 
 Se debe aplicar una corriente a la puerta del SCR 
 
Se aplica una señal de puerta en 
𝜔𝑡 = 𝛼 , donde 𝛼 es el ángulo 
de disparo 
Rectificador de Media Onda Controlados 
Ejemplo 3. 
Diseñe un circuito que genere una tensión media de 40 V en una resistencia de 
carga de 100 Ω a partir de un generador de alterna de 120 Vrms a 60 Hz. 
Determine el ángulo de disparo del SCR, la potencia absorbida por la resistencia y 
el factor de potencia. 
Solución: 
Si se utiliza un rectificador controlado 
 𝑉𝑜 =
𝑉𝑚
2𝜋
1 + 𝑐𝑜𝑠𝛼 → 
1 + 𝑐𝑜𝑠𝛼 = 𝑉𝑜
2𝜋
𝑉𝑚
 
𝛼 = 𝑐𝑜𝑠−1 𝑉𝑜
2𝜋
𝑉𝑚
− 1 
𝛼 = 𝑐𝑜𝑠−1 40
2𝜋
2 120
− 1 
𝛼 = 61,20 = 1,07𝑟𝑎𝑑 
𝑉𝑟𝑚𝑠 =
2 120
2
1 −
1,07
𝜋
+
𝑠𝑒𝑛 2(1,07)
2𝜋
 
𝑉𝑟𝑚𝑠 = 75,6 𝑉 
𝑃𝑅 =
𝑉𝑟𝑚𝑠
2
𝑅
=
75,62
100
= 57,1 𝑊 
𝑝𝑓 =
𝑃
𝑆
=
𝑃
𝑉𝑟𝑚𝑠𝐼𝑟𝑚𝑠
=
57,1 𝑊
(120) 75,6 100 
= 0,63 
Rectificador de Media Onda Controlados 
Carga R-L 
 
Para 𝛼 ≤ 𝜔𝑡 ≤ 𝛽 
Para otros casos 
 𝛽 es el ángulo de extinción, y se define como el 
ángulo para el que la corriente se hace cero 
Rectificador de Media Onda Controlados 
Ejemplo 4. 
Para el rectificador controlado de media onda con carga RL, el generador es de 
120Vrms a 60Hz, R=20Ω, L=0,04H y el ángulo de disparo es de 45º. Determina a) 
Una expresión para 𝑖(𝑡). b) la corriente media. c) la potencia absorbida por la 
carga y d) el factor de potencia. 
Solución: a) Con base en los parámetros 
𝑉𝑚 = 120 2 = 169,7 𝑉 
𝑍 = 𝑅2 + 𝜔𝐿 2 0,5 = 202 + 377.0,04 2 0,5 = 25 Ω 
𝜃 = 𝑡𝑎𝑛−1 𝜔𝐿 𝑅 = 𝑡𝑎𝑛
−1 377.0,04
20 = 0,646 𝑟𝑎𝑑 
𝜔𝜏 = 𝜔𝐿 𝑅 =
377.0,04
20 = 0,754 
𝛼 = 45 = 0,785 𝑟𝑎𝑑 
 
 
𝑖 𝜔𝑡 =
169,7
25
𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 0,646 − 𝑠𝑒𝑛 0,785 − 0,646 𝑒
− 0,785−𝜔𝑡 0,754 
 
𝑖 𝜔𝑡 = 6,78𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 0,646 − 2,67𝑒− 1,04−𝜔𝑡 𝛽 = 3,79 
Rectificador de Media Onda Controlados 
Ejemplo 4. continuación 
Para el rectificador controlado de media onda con carga RL, el generador es de 
120Vrms a 60Hz, R=20Ω, L=0,04H y el ángulo de disparo es de 45º. Determina a) 
Una expresión para 𝑖(𝑡). b) la corriente media. c) la potencia absorbida por la 
carga y d) el factor de potencia. 
Solución: b) La corriente media 
𝐼 =
1
2𝜋
 6,78𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 0,646 − 2,67𝑒− 1,04−𝜔𝑡 𝑑(𝜔𝑡)
3,79
0,785
 
𝐼 = 2,19𝐴 
b) La potencia absorbida por la carga 𝑃 = 𝐼𝑟𝑚𝑠
2 𝑅 
𝐼𝑟𝑚𝑠 =
1
2𝜋
 6,78𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 − 0,646 − 2,67𝑒− 1,04−𝜔𝑡 𝑑(𝜔𝑡)
3,79
0,785
= 3,26𝐴 
𝑃 = 3,26 2 20 = 213𝑊 
c) La potencia absorbida por la carga 
𝑝𝑓 =
𝑃
𝑆
=
213
120 3,26
= 0,54