folleto electronic a de potencia_04

5/11/2018 Folleto Electronic A de Potencia_04

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Electronica de Potencia y Aplicaciones Aplicaciones

voltaje de campo, 10 cual hace que la velocidad del motor se incremente. La unicadesventaja de esta regi6n es que el par del motor disminuye y puede llegar a pararse si lacarga aumenta demasiado.

Low-Side Switching (Low Voltage)+15V

Gate-to-SourceOn bias. +15 V0tIbias = < t V

Low-Side Switching (Medium Voltage)+150 v

~Gate-lD-SourceOn bias. +15 VOffblas~ < 1 v~_---iCom

Low-Side Switching (High Voltage)+400 V

Figura 8.2 Control de motores DC de imanes permanentes.Existen muchas topologias para el control de un motor DC y el circuito total

depende de si el motor es de imanes permanentes (motores pequefios) 0 de excitaci6nseparada (motores mayores). Un motor pequefio se puede controlar con un solotransistor, en cuyo caso s610 se podra controlar su velocidad. En la figura 8.2 se

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muestran varios circuitos para el control de un motor DC, observe que para bajos voltajesse utilizan MOSFET de potencia por ser mas eficientes, ya para voltajes mayores seutilizan IGBT.

En caso de que se quiera controlar la velocidad y la direcci6n de giro del motordebe utilizarse un puente H como el mostrado en la figura 8.3 .. Esta configuraci6npermite controlar un motor en los cuatro cuadrantes posibles de operaci6n,permitiendonos tambien extraer energia del motor cuando se esta frenando el mismo. Laoperaci6n de este puente se basa en la conmutaci6n en PWM de los transistores en ladiagonal, con esto se controla la velocidad. Cuando se quiere invertir el sentido de giro 0frenar el motor, se dejan de utilizar estos transistores y se conmutan los otros dos.

The motor operates In aforward direction.

Figura 8.3 Control en cuatro cuadrantes de un motor DC mediante un puente H.

8.2 CONTROL DE MOTORES DE INDUCCION DE AC.Para el afio 1995 se fabricaban diariamente 11 millones de motores electricos y se

estima que para el 2005 este valor puede estar cerca de los 22 millones de motoresdiarios, de este total cerca del 20% utilizaran controles electr6nicos. En el caso particularde los Estados Unidos de America, estosmotores consumen mas del 50% de la energiaproducida. EI uso de controles electr6nicos, en Iugar de valvulas y manparas para lareguIaci6n de flujos, produce un ahorro aproximado del 10% en la eficiencia total de unproceso, 1 0 que corresponde al 5% de la energia producida en los Estados Unidos.

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El control de velocidad de motores de corriente alterna no es exactamente unanovedad, pero su difusion es algo reciente. El desarrollo de estos controles ha hecho queel uso de motores de induccion en procesos industriales pase de ocupar un 45% delmercado en 1995 a un 53% en el 2000. Ademas, los nuevos controles permiten laoperacion regenerativa, 0 sea, la recuperacion de la energia cinetica del motor durante elproceso de frenado.

El circuito de potencia utilizado por los diferentes tipos de controles para motoresde induccion de corriente alterna, basicamente es el mismo, solo cambia la estrategia decontrol y los sensores utilizados para la misma. En la figura 8.4 se muestra el circuito depotencia para el control de un motor AC. Primeramente se necesita de un rectificadortrifasico 0 monofasico, dependiendo del tamafio del motor. Luego viene el bus DC, elcual utiliza uno 0 varios capacitores de gran tamafio. Finalmente viene un inversortrifasico, siendo importante acotar, que no se venden controles de velocidad para motoresAC monofasicos. Para algunos controles es posible, aunque tengan una entrada trifasica,alimentarlos de una fuente monofasica, uniendo dos de las entradas.

N

Figura 8.4 Jl4C1 C 1.M/ b~)Circuito de potencia para un control de velocidad para un motor deinduccion de corriente alterna.

Dependiendo del objetivo del control, se pueden tener tres tipos diferentes decontroles para motores AC, estos son:

1. Tipo lnversor: Estos controles mantienen con stante la relacion voltaje/frecuenciay son utilizados basicamente para el control de ventiladores y bombas en sistemasHVAC. Modelo ISH de Baldor. C . ~ { ' \ V " )

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2. Tipo Vectorial: Estos controles trabajan con un modelo matematico del motor ydesacoplan la corriente de linea en dos corrientes, la corriente de par y la de flujo.Son utilizados para bandas transportadoras, elevadores 0 en aplicaciones donde serequiera tener control del par, aun con el rotor detenido. Modelo 18H de Baldor.

3. Tipo Servo: Estos controles son necesarios cuando se debe tener control de laposici6n del eje del motor. La mayo ria es utilizada en robots industriales y suprogramaci6n es mas complicada, ya que se deben defmir posiciones iniciales y

II - I J - t . > -finales, velocidades y aceleraciones. Modelo 21H de Baldor. fi''''''';''\ ,\l,1 -,0

C , _ ] . 1 ~ 1 \ 1 . . . . . . 0"\8.3 SISTEMAS EOLICOS. 4.lO (j.M.d;:(p,...\

los mas utilizados para la generacion de grandes cantidades de energia. Tanto enNorteamerica como en Europa existen muchos parques e6licos donde se genera una grancantidad de energia. En la figura 8.5a se muestra un parque e6lico donde se utilizanmolinos horizontales de tres aspas, los cuales son los mas utilizados. En la figura 8.5b semuestra un molino vertical de dos aspas.

Figura 8.S Energia eolica. a)Parque eolico, b)Molino vertical.



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En la figura 8.6 se muestran los componentes de un generador e6lico. Estosgeneradores trabajan a partir de una velocidad de viento, nonnalmente 5m1s y hasta unvalor que no ponga en peligro la estructura, posiblemente 20m/s. Observese de la figuraque estos sistemas no almacenan energia, por 1 0 que deben estar conectados siempre auna red de transmisi6n de energia para que la misma sea llevada al sitio donde se lenecesita.

Entre los inconvenientes de este sistema estan la inversi6n inicial y la ubicaci6nde los generadores e6licos. No es posible ubicarlos en cualquier lugar, por 1 0 general loslugares donde puede ubicarse un sistema e6lico muestran en su vegetaci6n una pruebaclara de la direcci6n del viento. Por ser sistemas con partes mecanicas tambien requierende eierto nivel de mantenimiento. Entre sus ventajas se puede meneionar que la energiautilizada es gratuita y renovable ya que viene del sol, ademas de que su efieieneia esmayor que la de un sistema fotovoltaieo.

Mill tiplicador Eje de altav e l o c i d a d GOndola

Buje AnemO m etro yv el eta

Unidad der ef ri ge ra ci o n

Pal as corriente

Figura 8.6 Partes de un generador eolico. Los generadores mas utilizados son los de trespalas 0aspas.

En la figura 8.7 se muestra el cireuito de potencia para un generador eolico.Como puede observarse este cireuito no difiere mueho del utilizado para el control develocidad de un motor de corriente altema. . La mayor diferencia esta en las

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caracteristicas de la sefiales alternas, en este caso la entrada es de frecuencia variable y lasalida debe ser de frecuencia constante.

Figura 8.7 Circuito de potencia para la conversion de energia de frecuencia variable afrecuencia constante en un sistema eolico.

En Panama no son muchos los lugares donde puede ubicarse un parque e61icopero si hay varios estudios en desarrollo entre los que podemos mencionar:

1. Cerro Tute, Santa Fe, Veraguas.2. Hornitos, Hornitos, Chiriqui.3. La Miel, Los SantosR ecurso E olico en P anam a a 4 tm s obre e l s ue lo

P r omec li o Anua l IAHMEYER.. INTERNATIONA L

La\fU.1

[Figura 8.8 Mapa eolico de Ia Republica de Panama. Lugares para Ia posible ubicacion

de parques aparecen en azul.

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En la figura 8.8 se observa un mapa e6lico de la Republica de Panama. Las areasazules son las que presentan un regimen de viento 1 0 suficienternente bueno como parasustentar la instalaci6n de un sistema e6lico. Puede observarse, que al igual que ocurreen los sistemas hidroelectricos en nuestro pais, las fuentes de energia estan distantes delas cargas del sistema.

8.4 SISTEMAS FOTOVOL TAICOS.Por mas de un cuarto de siglo, las pilas solares han proveido de energia a los

satelites y naves espaciales en orbita alrededor de la Tierra. Las celulas electricas solaresproveen una altemativa atractiva a los generadores diesel y costosas construcciones deltendido electrico, Estas surninistran una fuente econ6mica de energia a los consumidoresque buscan una fuente energetica confiable para operar su maquinaria y aparatoselectrodornesticos, en lug ares distantes del tendido electrico.

El termino tecnico para "electricidad solar" es el "fotovoltaico", un fen6menonatural descubierto en 1839 por el cientifico frances Edmund Becquerel. Dice asi:"cuando una celula electrica solar es expuesta a la luz solar, se produce una corrienteelectrica -la base de la electricidad". La mayo ria de las pilas solares del mercado actualestan fabricadas de cristal de silicio sumamente puro. Un material semiconductor masbarato, conocido como silicio arnorfo 0 pelicula delgada, ha tenido avances tecnicossignificativos en los ultimos afios.

Las pilas solares s~ sueldan entre sf y luego son incorporadas en paneles 0m6dulos. Los m6dulos se interconectan para formar 1 0 que se conoce como banco. Unsistema independiente utiliza un banco de m6dulos montados sobre un soporte yconectados a equipos de control, un sistema regulador de carga, baterias de almacenaje yun mversor.

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Figura 8.9 Construccion de modules Fotovoltaieos: 1) estruetura, 2)eaja a prueba deagua, 3)himina, 4)proteeei6n contra el clima por 30 afios, 5)eelda pv,6)eubierta de vidrio de alta transmisividad, 7)bus electrico de salida.u-~(;'l>-'

)). \,

Figura 8.10 Aetuador para el seguimiento solar.



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Aunque la fuente de energia para los sistemas fotovoltaicos es el sol, se debe tenerclaro que la energia que contribuye al proceso de conversi6n en la luminica y no asi latermica, En la figura 8.9 se muestran las caracteristicas electricas para un m6dulo solar.Normalmente estas curvas estan definidas por un voltaje de circuito abierto y por unacorriente de corto-circuito, y el punto 6ptimo para la operaci6n del panel es el codo de lacurva. Observe que al aumentar la temperatura del m6dulo, la potencia optima que seobtene al operar en el codo, disminuye, por 1 0 tanto un aumento en la temperatura afectade forma adversa a la producci6n de energia del m6dulo solar.

3

5~=: PIz100mW/cm2~. . . . .Zw 75mW/cm2:a:::lU...J...JWu

5OmW/cm2

1---+---1 ALBUQUERQUE....'-+---1., PHOENIX" M : : : ; ' _ i JL .

~~iiiiiiii;iiii""'~ __ e5,. I

25mW/cm2

CELL VOLTAGE IV)

Figura 8.11 Curvas caracteristicas para un modulo solar generico, Observe como lapotencia optima disminuye al aumentar la temperatura del modulo.

La curva superior es para un cielo despejado, indicando que la mayor cantidad deenergia que se puede obtener del sol a nivel del mar es de lkW/m2. En realidad esta esuna buena cifra, el problema con la tecnologia actual es que la eficiencia de los m6dulos

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no alcanza a superar el 18%, surna a la cual debe restarsele la eficiencia de las baterias,convertidores, conductores y demas. Como si esto fuera poco, el costa de los m6dulos esrealmente alto. Un m6dulo de SOW tiene un costo aproximado de B/. 250.00 y lasbaterias asociadas, que deben ser baterias especiales de cicIo profundo, tienen un costanormalmente superior.

La parte buena de la historia es que los m6dulos fotovoltaicos practicamente nonecesitan mantenimiento y tienen una duraci6n media de 20 afios. Sin embargo, elproblema surge con las baterias, las cuales dificilmente duran mas de 7 afios y crean unproblema ecol6gico al desecharlas. Finalmente se debe indicar que la parte electr6nica,cargadores de bateria, controladores de carga, inversores etc, no es la parte mas costosade la instalaci6n pero si debe ser considerada en el presupuesto.

De 10 anterior se desprende que no es factible dejar de usar la energia que nosprovee un distribuidor mediante una red publica para utilizar energia fotovoltaica. Estos610 se hace factible cuando se trata de lugares remotos y el sistema debe compararsecontra otras altemativas, como un sistema diesel 0 contra la opci6n de construir una lineade interconexi6n con la red publica. Aun en Panama, donde se dice que la energia estasurnamente cara, la inversi6n realizada no seria recuperable ni en 20 afios, que es laduraci6n de los m6dulos solares.

En las siguientes paginas, con las cuales cerramos la presentaci6n de los temasrelacionados a este folIeto, se presentara una metodologia para el disefio de sistemasfotovoltaicos para dos aplicaciones: EI uso como fuente de energia electrica para cargasde corriente altema 0 corriente directa, 0 el uso en sistemas de bombeo. Sea cual sea laaplicaci6n, el primer paso debe ser la estimaci6n de la carga de nuestro sistema.

8.4.1 SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION DE CARGAS ELECTRICAS.

Los pasos a seguir en el disefio de un sistema fotovoltaico para la alimentaci6n decargas electricas son los siguientes:



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Electronica de Polen cia y Aplicaciones Aplicaciones

Determinacion de la carga.Debe hacerse un presupuesto de energia diario, considerando las cargas en

corriente altema y las cargas en corriente directa. Para esto debe tenerse un estimado deltiempo de uso diario de cada una de las cargas. Tambien debe saberse si dichas cargastienen Lm factor de potencia diferente de la unidad para hacer las correcciones del caso.Para algunas cargas que tienen un patron de usodiferente, por ejemplo semanal 0 que suconsumo conocido esta definido anualmente, por ejemplo los refrigeradores, se debepromediar un consumo diario. En 1a tabla 8.1 se establece un estimado de consumoenergetico de algunas cargas comunes, pero 1 0 indicado es buscar los datos de placa decada aparato y obtener el presupuesto diario.

AparltolElectrodomesticos Consumod.CA Promedio(va t ios)Apa ra tol E lec t rodomest icos Cuidados AparatosDomest icos Persona les E le ct ro domest ic o s de CCLicuadora 290385 Ailadora de pelo 40 Bomba sumergible 50200Lavaplatos 11901250 S e ca do ra d e pel o 50 0150 0 Ven tilador de tech o 25Conge lador ( 15 p ie s c ubi cos ) 341600 Her ramien tas de t rabajo Ae fr ig e rador (P 16 ) 65R e fr ig er ad o r ( 12 p ie s c li bi co s) u n if orme CA 33 0 Sierra c ircu la r 8001200 Televisor a color de 10' 60Freidora 1100 -1250 S ierra de mesa 8 00 -9 50 E nf ria do r p or eva po raci6 n 50Ptancha 100 0 T aladro variable d e 3/B' 2 40 A ad io ll oc ac in ta s 35H omo de m ic fo o nd as 300 1450 L ijadora Lieuadora B OMaqu ln a d a e os er 10 0 l Iuminaci6n Vantilador de 8' 1230Tostadora 11001250 Ballo lB-75 l IuminacionM~Quina de pal om it as d e m ai l 1000 Oormitorio lB75 Bano 13-50Lavadora 375550 Comedor 18100 Oormitorio 750Caftlera 8501500 Vestibula 75 Comedor 13-70Aspiradora g ran~ 1250 Caeina 18-100 Vestibulo 25Acond ic ionado r de a ir e 3000-4000 Sala 1875 Cocina 13-75Ca len tador e l8 c tr ic o de agua 5000 P6rtica a entrada principal 7-100 Sala 26 -75Entretenimiento E qu ip o d e b om be o d e a gu a P6rtico a entrada princiapal 1350Radio 71-80 . B omb a d e p oz o p ro fu nd a. 11 3 caballo 350-600T el e is or a c olo r d e 1 9' 100175 Bomba de pozo profunda. 1/2 caballo 400-800

Bomba de circu laci6n 10 -80

Tabla 8.1 Consumo de energia de algunos aparatos electrodomesticos,Si aun no se han adquirido las cargas y se esta analizando que tipo de cargas

obtener, debe considerarse que aunque las cargas de corriente continua son en la mayoriade los casos mas eficientes, su costo es mucho mayor que las cargas de corriente altema,basicamente por facto res de mercado. Adernas, cuando se trabaja en corriente directa se



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hace en 12 6 24V, lo cual aumenta el consumo de corriente y el calibre de los cablesnecesarios para la alimentaci6n de los circuitos.

Presupuesto diario.

Para obtener el presupuesto diario, siguiendo los lineamieritos presentados porKyocera en cuanto a la eficiencia de las baterias y convertidores, se puede utilizar elcuadro mostrado en la figura 8.10, donde se muestran las cargas en corriente altema,corriente directa y las correcciones debidas a la eficiencia de las baterias y convertidoreselectronicos.

A p a r a l o C on su mo d elu e c u o o c m e s u c c Horas d e u sa aparato C o ns um o l ol al d ia ti oO e C A d ia rio X erecuocomesucc e n v a l ia s ho r a( v a l l o s ,IV ~h'l'/. 3:1-VJ

tc...!.l- so V" :,1-L J : .P ~ 1 ( _ 3~'" 0.,,,~l~.

P r e s u p u e st o d ! a ri a de e n e r o l a C A

A p a r a l o Consumo del c o ns u m e t ot alE l e c t r o o o m e s l i c o Ii o fa s d e u s a a p a r a t o d l a r i a end e C C d i ar io X e l e c t f o d o m e s h c o v a t i o s - h o r a(valios)

Presupoesto d ia rlO d e e ne rg fa C C

0Jand0 U S l I J d h ay s m u fU p I ic ad o s /COOsvtrKJ do c I J d a _.to~}sctTodomestit;() pot 81 o o m e r odo hot.. (0 frorx:icMs do hofa)QIJ8 10 u sa d l a tt amen ts , t o (' ]1 / c 865(45 can t ldades pari obl en et 81pi_sto c J I a t i o d B BM rp i> .U f J i I c 8 8 s m n li m Br o pall e.sct>g6Is u s is te m a d e f a ta bla . d Bs e l e c c i O O de s i s t e m a sI + I~ ' +35 ~ de toterencta d el i nv er li do r d e C A lb al er la s L - . J . 2 0l lo d e l ol e" nc i. d el b an co de batefas 1 J ' tJ 't V -, r e s u p u e s l OI IV+ ,....,_ I I '- 1 Ilotal dePresupueslo n ato de e09rg la d iarla en CA . Lv' P r es u p ue s to n e ta d e e n e rg l a diarla en CC energ (;

S i 58 c u e n t a ro n u n r es p a ld o d B e n e tg f a ( g en e ra d o r a I f ll e a e f t1 c l ti c a ), l e a /J c e los s l g u fe n r es c a f c vl o s : L - - - _ _ J 2 > ~~~e~dla.P r es u p ue s to t o ta l d e e o e rg la d i ar iaen va IK l s -hcs / ( fi a (d e arr iba) ' - - - - - ' , - A ju s le de e n e r u l a d e r es p a ld o LI - . J I " " P r es u p u es tQ a j us l ad o d e e n e rg l a d i ar la LI _l

Figura 8.12 Hoja de calculo para disefiar un sistema electrico solar.

Selecci6n del sistema.Con el valor ajustado del presupuesto diario de energia se procede a seleccionar el

sistema a utilizar de la tabla 8.2. Esta tabla tiene varias columnas, las cuales pertenecen adiferente zonas energeticas. Panama esta ubicado en la zona C segun un mapapresentado por la misma compafiia. Bajo esta columna se debe seleccionar un sistemaque satisfaga nuestras necesidades de carga. Ahora bien, si el prosupuesto energeticoestirnado es algo mayor, podemos siempre hacer un ajuste en el consumo, y no se tienenecesariamente que seleccionar el sistema mayor.

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Sistema S is tema local idad de l s i stema po r zonasNo. A B C 0 E F1 240 220 200 18 0 160 1402 480 440 40 0 36 0 320 280

I 3 960 880 BOO 720 64 0 5604 1440 1320 1200 1080 96 0 8405 1920 1760 1600 1440 12BO 11206 2400 200 2000 1800 .1600 14007 2880 2640 2400 2160 1920 16BO8 _J36Q- - - -3080_ 2800 2520 2240 1960

~- 3840 3520 (3200,) 28BO 2560 224010 4800 4400 4000 3600 320 0 280011 5760 5280 4800 4320 384 0 3360

t_:~Ila,...._,ATabla 8.2 Selecci6n del si tema fotovoltaico.~Con el numero del sistema se pasa a la tabla 8.3, donde se indica la cantidad de

m6dulos de 50W que necesita nuestra instalaci6n y el tamafio aproximado del banco debaterias. La selecci6n del valor minimo 0maximo para el rango del banco de baterias nova a determinar si nuestro disefio funciona 0 no, solamente tiene influencia en el tiempode autonomia del sistema, ya que el mismo depende directamente del tarnafio del bancode baterias.

S is temaNo . No . d e m6du lo s Tamaaode l banco de e l t\ c tr lcos so laresd e 5 0 v at io s bater las recomendado'1 1 1 0 0- 20 0 Am p -H o ra a 1 2 v ol Uo s2 2 2 0 0- 3 00 Am p H o ra a 1 2 v ol tio s3 4 4 00 6 00 Am p- Ho ra a 1 2 v olU os4 6 6 00 -8 00 Am p- Ho ra a 1 2 v olU os5 8 8 0 0- 10 0 0 Am p -H o ra a 1 2 v ol lio s6 10 5 0 0- 60 0 Am p -H o ra a 2 4 v o lt io s7 12 6 0 0 80 0 Am p H o ra a 2 4 v ol tio s8 . 14 7 0 0- 90 0 Am p -H o ra a 2 4 v ol tio s

( 9 :::> 16 8 0 0 1 0 00 Am p -H o ra a 2 4 v o ll io s10 18 1 0 00 - 12 0 0 Am p -H e ra a 2 4 v ol Uo s11 24 1 2 00 - 14 0 0 Am p -H o ra a 2 4 v ol li os

Tabla 8.3 Cantidad de modules y tamafio del banco de baterias..L,~ > VI, ;)J)"r'( . 1@ ~ 4 \ J [ - t / - < O Jo 1 0 - >J { p ~vk"(_ "'- itfP,. -_ ":f 7 v. t9 " J - f ! I , ? -

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Inclinacion de los modules

Definido nuestro sistema, debemos saber cual sera la orientaci6n de los m6dulossolares. En el caso de Panama, que esta ubicado entre 7 y 10 de latitud norte, losm6dulos deben estar inclinados 15 hacia el hemisferio sur. Esto es independiente de silos m6dulos tienen 0 no seguimiento solar. Para otras latitudes la inclinaci6n de losm6dulos debe irse variando para obtener la incidencia de la mayor cantidad posible derayos de luz sobre la superficie de los m6dulos.

Arreglo del banco de baterias.

Conocido el tamafio del banco de batenas debe procederse a adquirir las bateriaspara su conformaci6n. Lo mas probable es que no se pueda satisfacer lasespecificaciones del banco de baterias con una sola bateria, por 10 cual las baterias debenser conectadas en serie, para aumentar el voltaje del banco, 0 en paralelo para aumentarsu corriente. Es posible que con diferentes configuraciones se obtengan costos globalesdiferentes. En la figura 8.13 se muestran diferentes arreglos de baterias con los que sesatisfacen las necesidades particulares de varios bancos de baterias. Como la capacidadde almacenarniento de energia es finita y depende de la densidad de la bateria, alaumentar la capacidad de corriente de la bateria normalmente se reduce el voltaje de lacelda.

Adicionalmente a los mostrado en la figura 8.14, las baterias deben colocarse enun lugar donde no puedan congelarse 0 donde la temperatura ambiente pueda ser superiora los 43C, la temperatura 6ptima de almacenamiento debe ser de 21C. Por otro lado,las baterias pueden despedir gas hidr6geno, altamente inflamable, cuando son recargadas,por 10 que no deben estar cerca de calentadores de agua, chimeneas, estufas 0calefactores.



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12v440ah

' Cu a tr o b at er ia s d e 6 V e n s er ie y p a ra le lo

Cua~o ba te r ia sde 6V en sene : s i s temade 2 4V

Dace ba te r ia s t ipo i ndus tr ia l de 2V en se ri e

Figura 8.13 Cinco diseiios basicos para bancos de baterias, Las baterias en serieaumentan el voltaje del sistema. Las baterias en paralelo aumentan lacapacidad de corriente del sistema.

Sistemas de mayor tamafio.

Cuando el sistema que estamos disefiando tiene requerimientos que sobrepasan losdefinidos en la tabla debemos hacer algunas consideraciones para la estimaci6n de lacantidad de m6dulos y el tamafio del banco de baterias. En cuanto a la cantidad dem6dulos debe tomarse el presupuesto diario de energia y dividirse entre cuatro, esto nosdira cuanta energia necesitamos de los m6dulos.

Por ejemplo, si nuestro sistema fuese de 6000W -h por dia, se toma esta cantidad yse divide entre uatro horas, 10 cual da 1500 W. Si se utilizan m6dulos de SOW se' -" '~_I 1--< J - . J _IA ..b '> "'~ ...requeriran 30 m6dulos, sl se utilizan m6dulos de lOOW se requeriran 15 m6dulos.



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Electrdnica de Potencia y Aplicaciones Aplicaciones

Debemos verificar que la cantidad de modules sea par si nuestro sistema es de 24V. Seutilizan 4 horas, ya que la cantidad estimada de horas a pleno sol, en nuestra zona, no esmayor de 6 horas y se necesita algo de energia extra para los dias de autonomia.

Loca lid ad de Ba te rl ase n u n Co be rtiz o

Casa

A is ia ciO n A ' 9

Figura 8.14 Almacenamiento apropiado del banco de baterias.

Para el calculo del banco de baterias se utiliza el presupuesto diario y se dividepor 0.5 (50%). Esto se debe a que, aun siendo de ciclo profundo, las baterias no debendescargarse a menos del 50% de su carga, pues su vida util se ve comprometida. Coneste nuevo valor diario se debe obtener el valor total, considerando la cantidad de dias deautonomia. La mayoria de los sistemas trabajan con cinco dias de autonomia, cantidadque puede ser reducida si se qui ere un sistema mas economico. Finalmente se debedividir entre el voltaje de trabajo, 12 0 24V, para obtener los amperios-hora de lasbaterias. .~ ,( ) . . . \ , . " "~Si se considera en ejemplo de 6,000W-h al dia, esta cantidad debe dividirse por

0.5,10 que genera un valor de 12,000W-h por dia. Cuando esto se multiplica por los diasde autonomia, por ejemplo 4 dias, se obtienen 48,000 W-h. Finalmente se debe dividiresta cantidad por el voltaje de operacion, el cual debe ser de 24V para sistemas de gran~h .40)IJOD.~

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tamafio. Con esta operaci6n se tiene la especificaci6n de las baterias: 2,OOOA-h.Entonces nuestro sistema sera de 2,OOOA-ha 24V.

Sistemas integrados.

En la figura 8.15 se muestra un sistema integrado el cual utiliza los m6dulossolares para transformar la energia luminica en energia electrica. Luego con elcontrolador de carga se realiza la carga de las baterias para que las mismas no se yeansobrecargadas. Con las baterias se alimentan las cargas de corriente continua del usuarioy se alimenta el inversor, el cual genera el voltaje de corriente altema para laalimentaci6n de las cargas de corriente altern a del usuario, Si se utiliza un generadordiesel 0 se tiene una conexi6n a la red publica como respaldo, se puede utilizar uncargador de baterias para pasar esta energia en corriente alterna a corriente directa.

Figura 8.15 Sistema integrado.

Como el voltaje que mantiene el banco de baterias es de 126 24V puede pensarseque el inversor tiene un convertidor DC-DC elevador y luego un circuito inversor dentro



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de sf. En realidad el circuito para el inversor de un sistema fotovoltaico, norrnalmente essemejante al mostrado en la figura 8.16. El voltaje proveniente de los m6dulos es pasadopor un puente inversor de alta frecuencia y aplicado a un transforrnador de alta frecuenciapara aumentar su magnitud. Seguidamente este voltaje es rectificado y por ultimomediante un rectificador controlado trabajando en modo inversor es pasada 1aenergia a lared publica.

Array Fit tercapaci torH i gh - f r equencyt r a n s f o rme r

Rec t i f i e r

L+ + 3

vR III

2

Thyr is to rinve r te r

Figura 8.16 Circuito de potencia para la interconexi6n de un sistema fotovoltaico a la redpublica de energia.

Pregunta:Iz,Que habria que cambiar en el circuito de la figura 8.16 si el objetivo no fuese conectarse Ia la red publica, sino alimentar cargas de corriente altema.Sistemas para luminarias.

Otra aplicaci6n de interes es el uso de los sistemas fotovoltaicos para lurninarias.En el caso de la instalaci6n de nuevas luminarias en lugares donde se tendria que romperaceras y paredes para llevar la alimentaci6n a estas luminarias, y gastar en equipos, partesy mana de obra, vale la pena evaluar el costa de sistemas fotovoltaicos aut6nomos,principalmente si se considera que despues de instal ados no es necesario pagar por laenergia electrica utilizada. En la figura 8.17 se muestra el diagrama con los elementosdel sistema: un m6dulo solar, una bateria y seguramente una fotocelda para activar elsistema.

Ing. Abdiel Bolanos FIE-UTP168-


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Electronica de Paten cia y Aplicaciones Aplicaciones

Pane les So laces deAl ia Et l cl encl a'--_/

t am pa ra d e S a d io a B a jaP le si OO 0 Fluorescente

Enc er ra do fa d e Bal er la s yA fQ ur te cl ur a B as e d eI n l e g r a d o C o n t r o l a d o r Automatico

Figura 8.17 Sistema de iluminacion autonomo con modules solares.

Figura 8.18. Clinica medica movil con sistema Fotovoltaico para mantener refrigeradas lasvacunas.

lng. Abdiel Bolanos -169- FIE-UTP


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SISTEMA FOTOVOLTAICO INSTALADO EN LA ISLA DE COIBA

Reguladores de Carga Banco de Baterias

Inversor

Sistema de Radiocomunicacion

EI sistema fotovoltaico es utilizado para la alimentacion del sistema deradiocomunicacien y de algunos televisores de las instalaciones. EI resto de cargascomo acondicionadores de aire, estan conectados a una planta diesel que solo searranca durante lanoche.

Ing: Abdiel Bolanos -170- FIE-UTP


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Figura 8. 19 Carro solar de la Universidad de Michigan recorri6 1100 millas en USA.

8.4.2 SISTEMAS FOTOVOLT AICOS PARA EL BOMBEO DE AGUA.

Si su instalacion esta localizada en un lugar alejado de fuentes de energiaconfiables y tiene la necesidad de bombear agua para las personas, riego 0 ganado,entonces el bombeo de agua solar puede ser la solucion para satisfacer sus necesidades.La energia solar provee una altemativa deseable a los generadores a base decombustibles, molinos de viento y los tediosos bombeos a mano. La rnayoria de lossistemas de bombeo solares instalados son sistemas pequefios para casas remotas, villas yagua para ganado. Algunos sistemas cuestan poco mas que sus equivalentes decombustible y necesitan de muy poca atenci6n.

En la figura 8.20 se muestran los tipos de bombas que se pueden utilizar parasistemas de bombeo. Pueden ser utilizadas bombas superficiales para nos y lagos,bombas sumergibles para pozos e igual que bombas de tipo gato.



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Banc oSo la r Banc oS o lar

.T anque d e B om ba d eA lm ace na je P re si6 n~asaV~lvUladeRetenci6n

S istem a d e A gu a C on T an qu ep or G raved ad co n u naBomba Sume rgi bl e

C i li nor o deBomba

S is te ma d e A gu a C on T an qu ap ar G raved ad co n u nS um ln ls trc A bie rto d e A gu a

BombaSumergible

S is te ma d e P re sio n c onB om ba T ip o G ato

Figura 8.20 Sistemas de bombeo para agua con fuentes de energia solar.

Como seleccionar un sistema de bombeo solar.

Escoger un sistema de bombeo es como ordenar un traje a la medida. Ustednecesita calcular sus medidas y establecer su proposito. A continuacion se lista lainformacion necesaria para la seleccion del sistema, asi como una estimacion de losrequerimientos de agua para diferentes propositos.

Informacion necesaria para disefiar una bomba solar: Profundidad del pozo 0descripcion de la fuente de agua. Profundidad hasta la superficie del agua: l,Varia?, l,cu


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i,Puede instalarse facilrnente un tanque de almacenaje mas alto que el punto deuso?

Elevaci6n sobre el nivel del mar (para determinar los limites de succi6n). Ubicaci6n geografica del sistema. Acceso solar: i,Hay luz del sol sin obstrucciones cerca de la fuente de agua? Si

no, i,que tan lejos? Complejidad del terreno. Dibuje un mapa 0 diagrama. Describa el equipo existente de bombeo, distribuci6n, almacenaje, etc. i,Sera este sistema la unica fuente de agua disponible?

Guia para Estimar losRequerimientos de Agua:Personas: 10-100 galones (40-400 litros) por dla, dependiendo del estilo de viday medidas de conservaci6n.Ganado grande: 10 galones (40 litros) por dia en climas secos.Animales pequefios: ~ de ga16n por dia por cada 25 lbs. de peso (1 litro por10kg).

\ 6 N - '- z: A ~6-12 galones (20-50 litros) por cien aves por dia.Arboles j6venes: 15 galones (60 litros) por dia en clima seco.Nota: Estos estimados pueden variar segun la temperatura ambiente.~t~~A~ dJ ' * ~ " - '---t>"- " j , _ i"l:) 81l\En la figura 8.21 se muestra una tabla hecha para la selecci6n de un sistema de

bombeo solar en funci6n de la altura requerida y de las necesidades de agua. Observeseque no es estrictamente necesario tomar una bomba con mayor capacidad de bomb eodiario (GPD) que la requerida, ya que se puede analizar la posibilidad de racionalizar elgasto de agua y utilizar un sistema mas econ6mico. Lo contrario ocurre con la altura dela bomba, la cual debe considerar la mayor diferencia de altura entre la superficie delagua y la entrada al tanque de reserva, adernas de las perdidas relativas a la fricci6n en latuberia. Despues que se ha determinado el modelo de bomba a utilizar, en la primeracolumna se indica la cantidad de m6dulos necesarios asi como su disposici6n electrica.

InK; Abdiel Bolanos -173- FIE-UTP


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Caracteristic as d e la Bomba Sumerg ible AY. "M cDo nald " en Galo nes p or D ia (GPO ) yGalones M ax im os por M inuto (M GPM ) B asados en un D ia S olar N orm al de 6 KWH I M . c.

~I

;r-

L ev an ta mi en to T ota l V er ti ca l e n M e tr os ( Pi es )C an tid ad d e 15m (491 30m (981 ' SOm(1641 V 6 0m ( 19 7') 70 m (230') 9Om(2951M6dulosde5 1 Va ti o s Pum p M odel No. Pump M odel No. Pum p M odel N o. P um p M od el N o . Pump M odel No. Pump M odel No.

GPD/MGPM GPD/MGPM GPD/MGPM GPD/MGPM GPD/MGPM GPD/MGPM6 1BOBOOP lBOB15DK 180B 25DJ 180825DJ 0 03 S er is x 2 P ar al el o 4224/10.9 1599/4.1 417/1.3 189 I 0.49 180810DP 180B15DK 180825DJ 180825DJ 0 03 S er is x 3 P ar al el o 6362/13.1 2643/5.5 837/2p 440/1.212 lB 08100P 1808150K 180B150K 1808250J 1B0825DJ 180825DJ

4 S en s x 3 P ar al el o 8474/18.6 3545/8.0 1731 14.6 1167/3.1 910/2.5 366/1.115 1BOB090 ' " IS08100P lBOB150K 1808150K 180825DJ IS 0S25DJ

5 S er is x 3 P ar al el o 9448/23.4 5460/14.9 2329/6.9 1646/5.3 1179/3.6 717 12.416 1808090 '" 180B looP 1808150K 180825DJ 1808250J 180825DJ

4 S en s x 4 P ar al el 0 10587 /21.8 5786 / 12 .3 2632 I 5 .9 1725/3.8 , 1392/3.1 687/1 .7/- ~~~ f".! Js se ns x ~P ar al el o 1808090 '" 1 808100P 5 18081SOK lB0825DJ 1B08250J~/26.9 B171/18.5 8.6 297717.4 2232/6.0 1343/3.525 1808090 . . . 1B 0810DP lBOB150K 1808150K lB08150K 180B250J

SS e ri s x 5P ar a le lo 14373 /28 .5 96B II 20 .1 4 4 8 1 / 9 .5 3788 I B. 3 3078/6.9 1801/4.030 IS 08090M 1808100P 1808100P 1808150K 1808150K lB08150K

5 S en s x 6 P ar al el 0 15734 I 29.5 10732/21.5 6 7 90 / 11 .9 4360 I 8.8 364017.5 223414.8

C om o U tiliz ar E sta T abla:1. C ua nd o s e c on oc e la p ro fu nd id ad d el a gu a y e l levan tam ien to t o ta l

s el ec c ione l a c o lumna mas cer cana a l l evant am ie n to r equer id o .2 . S ele cc io ne lo s g alo ne s p or d ia m as c erc an os a su s n ec esid ad esr nov ie ndose ve rt ic al ment e baj o l a c o lumna de l evan tam ie n tos el ec cio na da p ar a e nc on tr ar l a m e jo r b om ba .3 . M u ev as e h oriz on ta l m e nte a la iz qu ie rd a p ara e nc on tra r la c an tid ad d em 6 du lo s d e 5 1 v at io s r eq ue rid os .N ota: L os G PO e stan basad os en u n d fa so lar bu en a d e 6 K W H/m 2 (in -t en sid ad s ol ar ). L a c an tid ad d e a gu a b ombe ad a p ue de v ar ia rd ep en die nd o d e l os m o de lo s u til iz ad os . a ng u lo d e in cl in ac i6 n y con-d ic io nes c lima tic a s de t empo rada sequn s u l ocal id a d geog r af ic a.

F ac to re s d e C on ve rsio nM etro s a p ies -M u ltip liq u e l os m e tr os p ar 3 .2 8G PO E . U . a m etro s cu bico s p or dia -O iv id a GPO e ntr e 2 6 4.2L ev an tam ie nt o e n p ie s a Ib s. p ar p ul ga dacuadradas - .O iv id a l os p ie s e nt re 2 .3 1

Figura 8.21 Guia para la seleccion de sistemas de bombeo solar con bombas sumergiblespara pozos profundos tipo A.Y. McDonald.

En la figura 822 se muestra una imagen de un sistema de bombeo solar con unabomba de pozo profundo. La ventaja de los sistemas de bombeo solar al compararse conlos sistemas descritos anteriormente, radica en que no necesitan de baterias para elalmacenamiento de energia. En caso de necesitarse almacenar ~nergia, 10 conveniente es



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almacenar el agua a un cierto nivel, de forma que tenga la energia potencial suficientepara suplir nuestras necesidades.

Figura 8.22 Sistema de bombeo solar con una bomba de pozo profundo. EI sistemautiliza seis modules de 50W.

8.4.3 OTROS SISTEMAS.

Ademas de los sistemas presentados, en las siguientes figuras se presentan otrasaplicaciones de las cuaies no se hara mayor analisis, ya que el objetivo es s6lo ilustrarsobre el amplio espectro de aplicaciones de los sistemas fotovoltaicos. Observe que por1 0 general estos sistemas no tienen un facil acceso a Ia red de energia publica.

Figura 8.23 Carro casa con sistema fotovoltaico. Las fuentes de energia del sistema son:los modules solares, el alternador del motor de combustion, el generadordiesel y el tendido electrico.



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Electronica de Polen cia y Aplicaciones Aplicaciones

Figura 8.24 Sistema de comunicacien con alimentacion fotovoltaica.

Ademas de 1 0 mencionado aqui, a la hora de diseftar un sistema fotovoltaico,deben seleccionarse otros equipos como el controlador de carga, el inversor y el cargadorde baterias. Aunque en este folleto no se hacen aclaraciones sobre esta selecci6n sepuede encontrar mas informaci6n sobre estos equipos en la pagina de internetwww.kyocera.com. En esta pagina la compafiia anuncia sus intenciones de incremental'la producci6n de sistemas fotovoltaicos a 120MW para el 2004. Ademas de dar detallessobre su nuevo sistema Samurai, para clientes residenciales, que se muestra en lafigura 8.25.

Figura 8.25 Sistema fotovoltaico Samurai para clientes residenciales. Observe que bay unespacio para la circulacion del aire y evitar el aumento de la temperatura.

lng. Abdiel Bolanos -176- FIE-UTP
http://www.kyocera.com./http://www.kyocera.com./


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PREGUNTAS:1. Cuantos transistores se necesitan para controlar la velocidad de un motor DC de

irnanes permanentes en ambos sentidos de giro.2. Por que es necesario introducir un tiempo muerto "dead time" entre la

conmutaci6n de los transistores superior e inferior de un puente H.3. Cuales son las zonas de operacion en las que puede controlarse la velocidad de un

motor de corriente alterna.4. Que es un control vectorial, e indique la ventaja de este sobre los controles para

motores de corriente alterna de tipo inversor.5. Que es un servo-motor?6. Como afecta la temperatura al desempefio de un panel fotovoltaico.7. Que partes debe tener un sistema fotovoltaico utilizado para alimentar cargas de

corriente alterna?8. Que caracteristicas tendria la vegetacion de una region donde podria ser rentable

la instalacion de un sistema eolico.9. EI circuito mostrado a continuacion permite controlar la velocidad de un motor,

diga si el mismo permite el control de velocidad en ambos sentidos de rotacion 0no, y por que?

+15V

10 ptos10. Utilizando la guia para estirnar los requerimientos de agua mostrada abajo juntocon la tabla para bombas de pozo profundo McDonald, determine cual es el

modelo de bomba que debe utilizarse asi como la cantidad de modulos solares ysu conexion electrica, para una carga con los requerirnientos mostrados. La alturaentre la bomba y la superficie del terreno varia entre 18 y 21 metros. La alturaentre la superficie y la toma del tanque de almacenamiento es de 30 metrosincluyendo las perdidas en la tuberia.



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Personas: 10Ganado grande: 100Animales pequefios: 4S de 7S libras cada unoAves: 1000Arboles j6venes: 3011. Se planea instalar un sistema fotovoltaico para la alimentacion de las cargas

mostradas en la siguiente tabla. EI sistema requiere de un minimo de 3 dias deautonomia. Determine:a. La cantidad de m6dulos de SOWque deben utilizarse asi como su

disposici6nb. La especificaci6n del banco de baterias.c. Cuantas baterias de 6V-1OOA-hse necesitan y como deben conectarse (no

es necesario dibujarlas)Cargas de CA Cargas de CC

Aparato Consumo Horas Vatios-h Aparato Consumo Horas Vatios-hTelevisor 320W 6h 30m Luces 2S0 10Radio SOW 3h Comunic 54W 2h30mAbanico SOW 8hRefriger 27SkW-h al afio



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Electronica de Potencia y Aplicaciones Glosario

GLOSARIOABS: Antilock brake system. Sistema antibloqueo de trenos. Previene el patinado de lasruedas durante la acci6n de frenado maximo. Un diserio ASS debe tener un motor que permitarecircular el fluido de frenos durante la operacion del ASS.AiD converter: Convertidor Analoqo - Digital. Es usado para convertir un voltaje analoqo enun nurnero digital. La precision del convertidor es expresada en bits, y su velocidad la define eltiempo de conversion, usual mente dado en microsegundos Los controles de alto desemperiopara motores requieren de un ND con 10 a 12 bits de resolucion y menos de Zus de tiempo deconversion. .Modo de direccionamiento (addressing mode). Es el rnetodo que utiliza la unidad central deprocesos (CPU) para determinar la direcci6n del operando para una instrucci6n. Algunosmicrocontroladores tienen hasta 16 modos de direccionamiento.Algoritmo (algoritHim). Conjunto de instrucciones de programa que son configuradas 0diseriadas para realizar una tarea, como el resolver una ecuacion rnaternatica 0 leer un teclado.ASIC. Circuitos integrados de aplicacion especifica, los cuales son utilizados algunas vecespara el control de motores. Estos dispositivos pueden variar desde arreglos de compuertasloqicas digitales muy simples hasta dispositivos mixtos, los cuales contienen componentesanalog os y digitales.Lenguaje ensamblador (assembly language). Es el conjunto de instrucciones deproqrarnacion que utiliza un microcontrolador, expresadas en palabras abreviadas 0 nernonicos.Algunos programadores prefieren escribir sus programas de control en lenguaje ensambladorpara obtener ast un maximo desemperio. En tanto este tipo de programaci6n incrementa laeficiencia, se requiere de un alto grado de farniliarizacion con las instrucciones delmicrocontrolador con el que se trabaja, como las instrucciones interactuan entre elias y c6moafectan la operaci6n del MCU.Asincrono (asynchronous). En cuanto a motores AC se refiere, esto significa que el rotor noesta en sincronismo con la frecuencia aplicada al motor (La diferencia es lIamada deslizamiento"slip"). En 1 0 que a comunicacion se refiere, significa que los bits de informaci6n no estanalineados con la serial de reloj del sistema. Para ayudar al receptor con la comunicacion seutil izan bits de start y stop como referencia.Baseplate. La parte inferior de un modulo de potencia, usualmente hecha de cobre 0 aluminio.EI acoplamiento apropiado entre esta base y el disipador de calor es critico para maximizar latransferencia de calor y la confiabilidad del modulo de potencia.Baut rate. Es el nurnero total de bits transmitidos por unidad de tiempo, usual mente unsegundo.Transistor de juntura bipolar (BJT). Transistor con portadores de carga mayoritarios yminoritarios. Estos ofrecen una buena densidad de potencia a altos voltajes pero requieren decircuitos complejos para el rnanejo de la base para operacion a altas frecuencias. Normalmenteno son utilizados a mas de 5kHz en m6dulos de potencia ..Body diode. Es inherente a los MOSFET's de potencia, siendo el diodo parasite que se creaentre el drenaje y la fuente. Su especificacion de corriente es la misma que la del MOSFET, ypresenta la caida de voltaje habitual en un diodo. Los IGST's no contienen este diodo, por 1 0tanto, para la mayoria de las aplicaciones de control de motores se agrega un diodo en elencapsulado.Bootstrap. Metodo de polarizacion de compuerta utilizado en electronics de potencia.

In!(. Abdiel Bolanos -179- FIE-UTP


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Brake-by-wire. Este terrnino se refiere al sistema de frenado automotriz que utiliza sistemaselectronicos para el control del sistema de frenos. La posicion del pedal de freno es sensadaelectronicamente por el controlador del sistema de frenos, que administra la fuerza del frenado.La fuente para la energfa del frenado puede ser neumatica, hidraulica, electrica 0 unacornbinacion de las tres.Breakpoint. Es una direccion 0 valor especffico, 0 una comblnacion de ciertos valores utilizadosen el desarrollo de un sistema con microcontroladores para invocar una interrupcion de software.Motor DC sin brochas (brushless DC motor - BlM). Los BLM tarnbien son lIamados motoresde imanes permanentes excitados trapezoidalmente 0 motores de imanes permanentesconmutados. Estos motores utilizan magnetos en su rotor y requieren de electronica para laconrnutacion de los devanados del estator. Los devanados del estator son conmutadossecuencialmente con PWM 0 pulsos rectangulares de corriente. Los BLM consiguen altosvalores de eficiencia, pero cuestan mas debido a sus magnetos y a la electronica requerida parasu control, debido a que el rotor es sincronizado con la conrnutacion del estator; EI controletectronico (basado en microcontroladores) puede mantener velocidades precisas a altos nivelesde rpm. (a bajos rpm se requiere de sensores adicionales de posicion del eje).Bus. En circuitos digitales, este termino se refiere al conjunto de cables que transmiten serialesloqicas; en controladores de potencia, usual mente se refiere a la linea de alirnentacion depotencia, tal como el bus de alto voltaje 0 el bus de 12V.Unidad Central de procesos (Central processing unit - CPU). Unidad funcional principal deun microcontrolador. EI CPU controla la ejecucion de las instrucciones. Generalmente, el CPUrealiza el control, algunas operaciones aritrneticas, operaciones loqicas y operaciones deentrada/salida.Charge pump. Circuito utilizado para generar voltajes que normalmente son mayores que elvoltaje nominal de la fuente de potencia.CISC. Computadora con un juego de instrucciones complejos. Este es un MCU diferente aprocesador de senates digitales - DSP 0 un computador con un juego reducido de instrucciones-RISC.Clearance: En equipos electricos, este terrnino se refiere a la distancia mas corta a traves delespacio abierto entre dos puntos electricos, como por ejemplo los terminales de un modulo depotencia. Existen estandares para determinar los valores mfnimos de clearance (UL508, UL840,IEC644 y VDE0160).Coeficiente de expansion termica (CTE). EI grado de cambio en las dimensiones del materiallos cuales ocurren a diferentes temperaturas. EI CTE es extremadamente importante en eldiseno de los modules de potencia. Grandes diferencias en los valores de CTE lIevan aproblemas de fiabilidad cuando el modulo de potencia se somete a ciclos termicos.Semiconductor de oxldo rnetallco complementario - CMOS. Tecnologfa de semiconductorque es ampliamente utilizada en la fabricacion de microcomputadores.lazo de control (Control loop). Conjunto de instrucciones que pueden modificar a una unidadexterna. Los lazos de control pueden contener varias condiciones para su finalizacion.Convertidor (converter). Usualmente se trata de un circuito que convierte voltaje AC a voltejeDC. En sistemas electronicos para el control de motores, se utiliza una etapa convertidora paracambiar la energfa de la linea de potencia de AC en DC, la cual luego es regresada a su formaAC por una etapa inversora.



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Creapage. Este terrnino se refiere a la distancia superficial mas corta entre dos puntoselectricos. Una barrera aisladora es usada con frecuencia para disminuir esta distancia minimaconsiderada en los estandar (UL508, UL840, IEC644, YVDE0160).Cola de corriente (current tail). Usual mente se refiere a la corriente de los dispositivoselectronicos de potencia durante el bloqueo (apagado). La cola de corriente se com pone del20% final de la corriente en el dispositive, la cual puede tomar una cantidad de tiempo anormalen decaer.Debug. Proceso por medio del cual se encuentran los errores en un programa 0 circuitoelectronico.Decodificador (decoder). Circuito que ace pta varias entradas, como las provenientes de lossensores de efecto Hall de un motor DC sin 'brochas y convierte estas seriales en senates loqicasdigitales en la determinacion de los tiempos de conrnutacion del motor.Di/dt. Relacion del cambio de la corriente con respecto al tiempo. Este terrnino esespecial mente importante para dispositivos electronicos para el control de motores de grantamario, puesto que ciertos componentes tienen un limite definido para esta relacion. Altosvalores de Dildt implican tam bien campos rnaqneticos elevados que pueden interferir con loscircuitos electronicos cercanos. -Cicio de trabajo (duty cicle). Cantidad de tiempo que una forma de onda rectangular esta enalto Por ejernplo, un cicio de trabajo del 75% significa la forma de onda estara en estado alto el75% del tiempo y en estado bajo el restante 25% del tiempo. Cuando se trata del controlelectronico para motores, se utiliza una serial con un cicio de trabajo variable.DV/dt. Relacion del cambio del voltaje con respecto al tiempo. Este terrnino es especial menteimportante para dispositivos electronicos para el control de motores de gran tamario, puesto queciertos dispositivos tienen un limite definido para esta relacion. EI aislamiento de los devanadosde los motores se ve estresado por altos valores de DV/dt, especialmente a altas temperaturas.Altos valores de DV/dt implica que el acoplamiento capacitive con los dispositivos cercanospuede ser un problema.Freno electrohldraulico (Electrohydraulic brake). Este es un sistema de frenado que empleaelectronica para administrar el sistema de frenado. Un sensor en el pedal del freno detecta laentrada proveniente del conductor.Interferencia electromagnetica (electromagnetic interference - EMI). Radiacion rnaqnetica ycampo capacitive (0 electrostatico) que interfiere con los sistemas electronicos cercanos. Lossensores de gran precision tienden a ser mas sensibles al EMI. La generacion de EMI en 1 0circuitos impresos puede ser minimizada siguiendo reglas especificas de diserio.Descarga electrostatica (Electrostatic discharge - ESD). Esta descarga puede causar seriosdartos a la electronica de un sistema. Los MOSFET y los MCU son especialmente susceptiblesal ESD por causa de su alta impedancia de entrada.FBSOA - Forward-biased safe operating area. Esta es una especificacion especial menteimportante en los circuitos de control para transistores de potencia ya que define los nivelesrnaxirnos de voltaje y corriente que pueden ser manejados de forma segura por el dispositive.cuando este es polarizado en forma directa Exceder estas especificaciones puede provocar lafalla del transistor, especial mente cuando se trata de altos voltajes.Voltaje en directa (forward voltage) Se expresa tarnbien como Vt. Es el voltaje nominal atraves del semiconductor cuando este esta encendido. Este voltaje generalmente varia entre 0.3y 1V para diodos y 0.1 Y 5V para transistores.



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Diodo de recirculaclon (Free-wheeling diode - FWD). Diodo 0 rectificador que conducecuando el motor genera su voltaje producto de la fuerza contra-electromotriz. EI FWD debedisipar aproximadamente la mitad de la potencia que disipa el transistor de potencia asociado,dependiendo claro del cicio de trabajo 0 PWM. Si este diodo falla, seguramente el transistorasociado fallara.Fuse link. Es usado en sistema electricos automotrices para prevenir una falla catastrofica si labate ria es con ectad a en forma incorrecta y se corto-circuita la linea del alternador.Medio puente H. Half H-bridge. Este consiste de dos transistores de potencia conectad os enserie entre la fuente de alimentacion y el comun. Es utilizado para controlar motores polifasicos.Sensor de efecto hall (hall-effect sensor). Dispositivo semiconductor especializado quedetecta la presencia y polaridad de un campo rnaqnetico. Estos sensores son utilizadoscornunrnente en los motores DC sin brochas, para determinar la posicion angular del rotor.Algunos de estos sensores tam bien incluyen amplificadores y circuitos loqicos de interfaz paraproducir una senal de salida TTL.Puente H (H-bridge). Topologfa para la etapa de potencia que permite que el voltaje aplicado alos devanados del motor pueda ser controlado en cuatro modos: directa, inversa, frenado yabierto. Esta topologia es utilizada en motores DC con brochas y en motores a pasos. EI puenteH consiste de cuatro transistores de potencia, quedando dos en serie entre el bus DC y elcomun. Los devanados del motor quedan conectados entre los puntos medios de los dosmedios puentes.Disipador (heatsink). Dispositivo utilizado para disipar el calor generado por la etapaelectronica de potencia para el control de un motor determinado. Normalmente los disipadoresson hechos de extrusion de aluminio y son especificados por su resistencia terrnica, la cualdefine el incremento en la temperatura por cada watt de potencia disipada por los transistores.Disipadores para motores pequelios 1 kW) pueden tener una resistencia en un rango de 2 a10CIW, mientras que para motores grandes los controles requieren disipadores con resistenciaterrnica menor a 1CIW.HVAC. Sistemas de catefaccion, ventilacion y aire acondicionado. Estos sistemasgeneralmente utilizan tres motores, uno para el ventilador del secador interno, otro para elventilador del condensador externo y uno para el compresor. EI secador interno puede ser unaunidad que requiera variacion de velocidad y utilice electronica para esto. Los compresores develocidad variable tam bien pueden encontrarse cuando se trata de sistemas de gran tarnario.Modules de potencia hibridos (Hybrid power moduls). Modulos de gran potencia quecontienen multiples semiconductores, tales como IGBT's, MOSFET's y rectificadores.Vehiculos hibridos (Hybrid vehicles). Vehiculo que utiliza dos 0 mas formas para laqeneracion de potencia. Un vehiculo hibrido tipico utiliza un sistema de traccion con motorelectrico y una bateria, mas un alternador movido por un motor de combustion interna. EIalternador puede suplir la energia suficiente para el manejo de los motores electricos, mientrasque la bateria suministra energia adicional para la aceleracion.Transistor Bipolar de Compuerta Aislada (Insulated gate bipolar transistor - IGBT). Estees un dispositive semiconductor de potencia que tiene las caracteristicas de entrada de unMOSFET pero las caracteristicas de salida de un MOSFET a bajas corrientes y de un BJT aaltas corrientes. La caida de voltaje de un IGBT en conduccion directa esta siempre por encimade 1V. Este dispositive ofrece una alta densidad de potencia. La pastilla de un IGBT de 150A y600V puede estar alrededor de los 12mm2 y menos de un milimetro de espesor. Debido a suimpedancia de entrada casi infinita, los IGBT pueden ser destruidos por las descargaselectrostaticas, a menos que se tomen las precauciones de manejo necesarias.



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Insulated metal substrate (IMS). Este es un material base de un costa efectivo, usual mentealuminio, una capa muy fina rellena de material epoxico para el aislamiento, y una cubierta decobre.Integrated power stage module. Modulo de potencia hibrido que contiene elementos decontrol adicionales. Esta es una solucion comprensible para controladores de motorespequerios, ya que estos modules contienen toda la electronica de potencia necesaria. Cuandotodos los elementos de potencia se combinan en un solo paquete, el montaje de la etapa depotencia se simplifica grandemente.lnterrupcion (Interrupt - INT). Una ruptura en el flujo normal de ejecucion de un programa,comunrnente inicializada por un evento externo al que el MCU necesita dar servicio. AlgunosMCU pueden tener varias fuentes de interrupcion, las cuales son priorizadas si mas de unaocurre al mismo tiempo. Es importante el manejo que un MCU pueda hacer de susinterrupciones cuando se disefia un controlador para motores.Inversor (Inverter). Usualmente se trata de un circuito que convierte uri voltaje DC a un voltajeAC. En cuanto a la terminologia relacionada a los sistemas electronicos para el control demotores, la etapa de potencia que maneja al motor es lIamada inversor.Jitter. Inestabilidad de corta duracion en un circuito electronico.lnstrucclon de saito (jump instrucction). Instruccion que hace que el MCU salte a otralocalidad de proqramacion.Juntura (junction). Contacto entre dos capas semiconductoras diferentes. Con relacion a lasespecificaciones terrnicas del semiconductor, la juntura es el terrnico con que se designa a laoblea.Contacto Kelvin. Este rnetodo de conexion minimiza el efecto de elevadas corrientes cuandodeben ser detectados seriales de bajo nivel, 0 cuando estas deben ser aplicadas a corrientes delinea elevadas. Esencialmente, el contacto Kelvin es hecho en el punto mas cercano alelemento de potencia, con 10que se minimiza la caida de voltaje y el efecto de las inductanciasparasitas. EI contacto Kelvin es utilizado en resistores para la medicion de corriente y entransistores de potencia muy grandes.Kickback voltage. Voltaje generado cuando la corriente que pasa a traves de cualquierconductor, motor 0 cualquier inductor es interrumpida. A menos que este voltaje sea reguladopor alqun elemento 0 dispositive supresor de transientes, este puede ser fatal para loscomponentes electronicos de un circuito para el control de motores.Latch. Circuito loqico que mantiene cierto estado loqico en su salida cuando es activado.Layout. Forma en que los componentes electronicos son fijados a un circuito impreso 0 sonensamblados en este. Una disposicion inapropiada en 'una etapa de potencia para el control demotores puede Ilevar a problemas de inestabilidad 0 hasta fallas.Corrientes dispersas (Leakage current). Usualmente son corrientes de pequeno nivel(microamperes) que fluyen en los circuitos en determinadas circunstancias. Las corrientesdispersas en un semiconductor, varian con la temperatura y el voltaje aplicado ..Limiter. Circuito 0 rutina de un MCU que tiene como funcion limitar una variable a un ciertovalor. La corriente del motor, su par 0 su velocidad pueden ser lirnitados por el circuitoelectronico para el control de motores.Carga (Load). Normalmente se trata de un dispositive, como un motor, que es manejado desdeuna fuente de potencia electronica 0 desde una linea de potencia. EI terrnino carga tarnbienpuede referirse al trabajo mecanico conectado al motor.

InK. Abdiel Bolaiios -183- FIE-UTP


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Load dump. En los sistemas electricos automotrices que emplean una bate ria y un alternador,esta condicion puede darse cuando el alternador esta cargando la bate ria a un elevado valor decorriente y la bate ria se desconecta, ya sea porque una celda se abre 0 por un mal contacto.Cuando esto ocurre el voltaje del alternador puede alcanzar los 45V y algunas veces mas de85V, dependiendo de si se utiliza alqun dispositive para la supresion de los voltajes generados.Esta condicion puede prevalecer por aproximadamente 1s, hasta que el alternador vuelva aestabilizarse en 12V. Este es un problema serio para la electronica de potencia que trabajanormalmente a 12V.Rotor trabado (Locked rotor). Esta condicion somete a estres la electronica de la etapa depotencia y puede afectar seriamente la fiabilidad. Una condicion de rotor trabado puede sercausada por fallas mecanicas como: que el cojinete final de un eje se haya congelado 0 que alcarga que haya atascado en la aplicacion. La electronica de la etapa de potencia puede serdiseriada para soportar rnornentanearnente la condicion de rotor trabado, en cuyo tiempo uncircuito de deteccion debe retirar la energia de la etapa de potencia para evitar una fallacatastrofica. Una falla en el control electronico tam bien puede ocasionar una condicion de rotortrabado. Si una corriente DC fluye por los devanados de un motor de induccion AC, tal comoocurre cuando una falla logica 0 corto-circuito en los transistores de potencia, el rotor no girarahasta que la corriente DC sea removida.Lookup table. Conjunto de valores en la memoria de un MCU, los cuales estan organizadospara ser utilizados de una forma facil por el programa de control.LVDT. Transformador lineal de diferencia variable. Un sensor de presion de tipo LVDTconsiste de un devanado prima rio y dos secundarios posicionados sobre un nucleo cilindricomovil. EI nucleo es adjuntado al elemento de fuerza, el cual provee de un acoplamientodiferencial entre el primario y los secundarios, resultando en una salida de posicion la cual esproporcional a la presion.Mechatronics. Termine utilizado para describir la cornbinacion de un sistema rnecanico con unaparte electronica.Mcrocontrolador (microcontroller - MCU). Un MCU es usualmente una computadoracontenido en un solo integrado. Este puede estar constituido por elementos de memoria, puertosde entrada/salida de proposito general, puertos de cornunicacion, convertidores analoqo/diqital, ytemporizadores de prop6sito general. EI nucleo de la unidad central de procesos puede ser deltipo con un juego complejo de instrucciones (CISC), del tipo procesador digital de seriales (DSP)o del tipo de un conjunto reducido de instrucciones (RISC). Los MCU para el control de motores,normalmente tendran una unidad de temporizaci6n poderosa para los calculos de PWM y unjuego de instrucciones apropiado para el trabajo de control de motores.Transistor de efecto de campo de 6xido rnetaltco (metal oxide semiconductor field-effecttransistor - MOSFET). Transistor controlado por voltaje. Como su nombre 1 0 indica, el campoelectrico generado por el voltaje aplicado a la compuerta controla la transconductancia deldispositive. Los MOSFET pueden exhibir altos valores de transconductancia, 1 0 que significa quepequerios cam bios en el voltaje de polarizacion de la compuerta pueden ocasionar grandescam bios en el voltaje de salida del drenaje. Los MOSFET tienen la capacidad de conmutar entiempos muy pequerios, tipicamente entre 10 Y 1DOns. Normalmente los MOSFET utilizados enel control de motores son del tipo de enriquecimiento, por 1 0 que requieren de una voltaje depolarizaci6n positive en la compuerta para su disparo. Debido al alto valor resistivo que senecesita para soportar elevados voltajes, los MOSFET tienen un mayor costo efectivo enaplicaciones de bajo voltaje, tales como sistemas alimentados por baterias 0 sistemasautomotrices. La resistencia de encendido tarnbien varia directamente con la temperatura de lajuntura. Como resultado de su resistencia de entrada casi infinita, la electricidad estatica 0 lasdescargas electrostaticas pueden destruirlo a rnenos que se tomen precauciones especiales a lahora de su manejo y prueba.



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Optical encoder. Un encoder optico contiene una fuente de luz, y un fotodetector el cual proveeel medio digital para medir el desplazamiento 0 la velocidad cuando una rejilla con alternanciasde opaco-traslucido es pasada entre ambos. Aperturas uniformemente espaciadas en estarueda permiten a un circuito logico contar el nurnero de pulsos que se dan en una ventana detiempo para determinar asl la velocidad del eje y su desplazamiento angular.Optocoupler. Dispositivo que utiliza un diodo emisor de luz (LED) y un fototransistor para aislarun circuito de otro. En lugar del fototransistor el optoacoplador puede utilizar otro fotodetector.Estos dispositivos normalmente son utilizados para aislar la circuiterla loqica de la etapa depotencia.Control del factor de potencia (power factor control - PFC). Circuito para corregir el factorde potencia de un dispositive operado de una linea AC, tal como un motor.Modulaci6n de ancho de pulso (pulse-width modulation - PWM). Onda cuadrada con uncicio de trabajo variable. Es la forma de onda fundamental utilizada en el control electronico demotores. Debe existir un rnetodo de modulacion el cual se encargue de variar el cicio de trabajo(el tiempo en que la serial esta en alto) entre 0 y 100%.Codificador de cuadratura (quadrature encoding). Metodo de rnedicion de velocidad ydireccion, el cual tiene dos seriales de salida que usualmente estan desfasadas 900 Estopermite la deteccion de la velocidad y de la direccion, adernas de la posicion del eje, si se tieneun punto de referencia absoluto, tal como un pulso irregular causado por un diente doble 0 unofaltante.Interferencia de radio frecuencia (radio-frequency interference - RFI). Ruido electrico queinterfiere con la recepcion normal de equipos de radio 0 television. Los controles electronicospara motores, por naturaleza, generan RFI a menos que se tomen algunas precauciones. Ladificultad inherente en la minimizacion del RFI en los controles electronicos para motores, es quela etapa de potencia de dichos controles en ocasiones maneja potencias en el rango de loskilowatts mientras la mayorla de los equipos de radio y television detectan seriales en el ordende los microwatts.Resolver. Un resolver genera una serial absoluta por revolucion y tolera muy bien vibraciones yaltas temperaturas. A bajas velocidades, una serial absoluta por revoluclon limita el desemperio.Los convertidores estandares de resolver a digital con 12 bits de resolucion y 500flS de tiempode muestreo pueden trabajar a velocidades de hasta 30rmp.Reverse-biased safe operating area (RBSOA). Esta es una especificacion importante encircuitos de control de potencia para transistores de potencia, la cual indica los voltajes ycorrientes rnaxirnos que el dispositive puede manejar de forma segura cuando es polarizadoinversamente. Exceder estos llrnites causara la falla del transistor.Encoder rotacional (Rotary encoder). Estos encoder pueden utilizar directamente la serialincremental. Como resultado, el rango de control de velocidad posible con estos encoders esaproximadamente 3000 veces mayor que con resolvers.SCI. Interfaz de cornunicacion serial.SCR. Rectificador controlado de silicio. Los SCR son diseriados para conducir corriente enuna direccion. Poseen una estructura de 4 capas, 1 0 cual significa que una vez que el dispositiveha sido disparado, el mismo tiene un camino para la retroalimentacion regenerativa, la cual 1 0mantiene encendido hasta que su voltaje anodo-catodo se haga cero. EI SCR, como el TRIAC,requiere solo de un estrecho pulso de corriente en su compuerta para dispararlo.Interfaz periferica serial - SPI. Interfaz para microcomputador que provee de una altavelocidad de cornurucacion para data serial con otros dispositivos .. Estos dispositivos requierende un reloj, datos y una linea de habilitacion.



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Servo motor. Sistema control-motor diseiiado para operar hasta alcanzar una determinadaposicion. EI motor opera como un esclavo del control maestro.Deslizamiento (slip). La mayorfa de los motores de induccion AC no operan en sincronismo, 0sea, no rotan en perfecto sincronismo con la frecuencia de la Ifnea de alirnentacion. Ladiferencia entre la velocidad actual del eje 0 del rotor y la velocidad del campo maqneticorotatorio es lIamada deslizamiento y es expresada en porcentaje.Control del deslizamiento (slip control). Estrategia para el control de motores que ajusta eldeslizamiento de un motor de induccion para obtener un desempeiio deseado.Smart FET. MOSFET con funciones adicionales, tales como lirnitacion de corriente 0 apagadopor sobretemperatura, integradas en el encapsulado.Smart IGBT. IGBT con funciones adicionales, tales como lirnitacion de corriente 0 apagado porsobretemperatura, integradas en el encapsulado.SMT. Tecnologia de montaje superficial. Los dispositivos utilizados en esta tecnologfa sonsolados directamente sobre la parte superior 0 inferior del circuito impreso.Snubber. Elemento e circuito utilizado para minimizar el ruido de alta frecuencia en el diseiio decontroles para sistemas de potencia.Impedancia de la fuente (source impedance). Resistencia de la fuente de energfa. Porejemplo, en el diselio de un control para. motores, la impedancia de la fuente de la fuente depotencia es un pararnetro importante para determinar el maximo nivel de corriente que puedefluir durante las peores condiciones de operacion.Modulaci6n por vector espacial (Space vector modulation). Metodo de modulacion quetransforma el vector espacial en diferentes estados para el inversor. Este rnetodo mejora lautilizacion del bus de alirnentacion y el rizado de corriente.Motor a pasos (Stepper motor). Como 10 indica el nombre, los motores a pasos sonusualmente manejados aplicandoles pasos de voltajes. Estos pasos 0 pulsos pueden variardesde pasos completos, medios pasos, hasta cuartos de pasos. Los motores a pasos secombinan muy bien con los sistemas digitales, ya que el nurnero y tamaiio de los pasos 0 pulsospuede ser generado facilrnente con temporizadores. Los microcontroladores son excelentespara generar estos pasos y conseguir los niveles de velocidad y aceleracion requeridos por laaplicacion.Motor de reluctancia conmutada (SR 0 SRM). Los motores de reluctancia conmutadasnecesitan de una conrnutacion electronica para su operacion. La etapa de potencia del controlnormalmente requieren que cada devanado sea controlado por un modulo de potencia especial.Cicio terrnlco (thermal cycling). Cambio de temperatura en que incurre un componente debidoa su propia disipacion de calor 0a cambios de temperatura externos. Los ciclos terrnicos afectanla fiabilidad a largo plazo de los semiconductores de potencia.Tiristor (thyristor). Este terrnino se relaciona con SCR's y TRIAC's. Cualquier dispositivesemiconductor cuyo disparo depende de la retroalirnentacion regenerativa de su estructuraPNPN interna, se considera un tiristor.Topologla (topology). Tipo de diseiio utilizado en circuitos para el control de potencia. Comoejemplos tenemos, el puente completo en H, el medio puente en H y un interruptor sencillo.Transconductancia (transconductance). La ganancia de un MOSFET 0 IGBT es medida inunidades de transconductancia, gFS. EI valor de la transconductancia es definido como larelacion del cambio de la corriente de drenaje correspondiente a un determinado cambio en elvoltaje de compuerta. Para las etapas de potencia para el control de motores, la



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transconductancia es importante cuando se trata de determinar el efecto de la operacion deMOSFET 0 IGBT en el modo lineal. Los dispositivos de potencia con elevados valores detransconductancia , generalmente pueden conducir una mayor corriente bajo condiciones decarga en cortocircuito.TRIAC. Triodo tiristor que puede conducir corriente AC. EI TRIAC puede ser disparado con unaserial de compuerta de cualquier polaridad con respecto a la polaridad de su terminal principal.La susceptibilidad del terminal de compuerta del TRIAC depende de la polaridad del terminalMT2 y de la polaridad del terminal de compuerta.Ultracapacitor. Este terrnino se refiere a un capacitor de valor rnuy algo (>100,OOOIlF) que esusado para almacenar energfa y luego suministrarla a una razon de descarga reducida. Estetipo de capacitancia es muy usado para mantener alimentadas cargas electrcnicas crlticas detipo loqico energizadas ante la falta de la energfa de la fuente principal.Tasa de actualizaci6n (update rate). Frecuencia a la cual el MCU obtiene nueva data 0actualiza sus valores.Control vectorial (vector control). Estrategia para el control de motores que ajusta lascorrientes vectoriales del motor para conseguir el control del par. Se requiere de la medicion develocidad y de corriente.V/F control. Estrategia para el control e motores que cambia el voltaje del motor dependiendode como varfe su frecuencia 0 velocidad. Algunas veces recibe el nombre de control volts porhertz.Diodo zener. Dispositivo que se conecta a una fuente de voltaje en serie con un resistor, y queexhibe un agudo incremento en su corriente en el momenta que alcanza su voltaje zener. Losdiodos zener son utilizados para regular y fijar una serial a un determinado valor de voltaje.



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Electronica de Potencia y Aplicaciones Datas de Fabricante

DATASDE FABRICANTEA continuaci6n se presentan algunas hojas de His siguientes datas de fabricante

con el fin de dar una referencia a los lectores para futuras busquedas.1. TRANSISTOR DE POTENCIA: MJ14002 NPN2. MOSFET DE POTENCIA: IRF22043. IGBT: IRG4P254S4. TRIAC: MAC 16D5. SCR: 50RIA6. OPTOACOPLADOR: 4N257. OPTOACOPLADOR: MOC30218. OPTOACOPLADOR: MOC30319. CONTROLADOR PARA MOTOR A PASOS: MC347010. CONTROLADOR PARA MOTOR DC SERVO: MC3303011. REGULADOR CONMUTADO: MC3416712. CONTROLADOR PARA MOTOR DC SIN ESCOBILLAS: MC33033



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MJ14001 (PNP),MJ14002* (NPN),MJ14003* (PNP)"Preferred Devices

High-Current ComplementarySilicon Power TransistorsDesigned for use in high-power amplifier and switching circuit

applications. High Current Capability-Ie Continuous = 60 Amperes DC Current Galli -

hFE = 15 -1 00 @ Ie=50 Adc Low Collecror-Emirter Saturation Voltage -

VeE(,al) = ~.5 Vde (Max) 1 !' Ie = 50 AdeMAXIMUM RATINGS

MJ14002Rating Symbol MJ14001 MJ14003 Unit

Collector-Emitter Voltage Vc=o 60 80 VdcCollector Base Voltage Vcao 60 80 'IdeEmitter-Base voltaqe V=80 5.0 VdcCollector Current - Continuous lc 60 AdcBase Current - Continuous Is 1 5 AdcEmitter Current - Continuous 1= 75Total Power Dissipation PD 300 Watts@ Te =25~CDerate above 25' C " 1 . 7 1 W/'C

Operating and Storage TJ T"9 -6 5 to +200 'CJunction Temperature RangeTHERMAL CHARACTERISTICS

Characteristic Symbol Max UnitThermal Resistance, R.;JC 0.584 CfINJunct ion to Case

36 033 0C iJ> --~ 27 0; ; ; _z0~ 21 0c,e nen15 150

C< :!.Us 0 0.P

--3 100 Units/Tray

Prefe rred dev ices are recommended cho ices (or fu tu re useand best overall value.

Publication Order Number:MJ14001fD

http://onsemi.com/http://onsemi.com/


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Electronica de Potencia y Aplicaciones _ Datas de Fabricante

MJ14001 (PNP), MJ14002" (NPN), MJ14003" (PNP)

CharacteristicE LE CT RIC AL C HA RA CT ER IS TIC S (T c = 2 5'C u nle ss o th erw ise n ote d)

UnitOFF CHARACTERISTICS

Symbol M in M ax

Collector-Emitter S usta in ing V olta ge (N ote 1 ) VCEO(SU5J Vd c(I c = 2 00 m Ad c. ls = 0) MJ14001 60 -M JI4 00 2, M J1 40 03 80 -

C oil e ct or C u to ff C ur re nt ICED mA01cE = 3 0 \ ld c. 13 = 0) MJ14001 - 1. 0('ICE = ~O Vdc. 13 = 0) M JH 40 2, M J14 00 3 - 1. 0

C olle ct or C u to ff C ur re nt ICEx mA(VCE = 6 0 V dc , V SE (o ff) = " 1 . 5 V) MJ14001 - 1. 0(VCE = 30 Vdc. V 3E(oi f ) = 1. 5 V} M J '1 4 00 2 , M J 14 C 03 - 1. 0

C olle ct or C u to ff C ur re nt lese mArice = 60 Vdc, IE = 0) 1v1J14001 - 1. 0('-lC8 = a D Vdc, Ie = 0) M J1 40 02 , M J 1 40 03 - 1. 0

E m it te r C ut of f C u rr en t IE80 - 1.0 mA0 1 5 = = 5. 0 Vdc. Ic = 0)ON CHARACTERISTICS

DC Current G ain (Note 1) hFE -(Ie = 2 5 A dc , VCE = 3. 0 V) 30 -(Ic = 5 0 A dc , V CE = 3. 0 V) 15 100(lc = 6 0 A dc , VCE = 3. 0 V) 5. 0 -

Co ll ec to r- Em it te r S a tu ra ti on Voltaqe (N ote 1 ) VCE(sat) Vd c(Ie = 25 Ade, Is = 2 .5 A ce ) - 1. 0(lc = 50 Adc, 13 = 5 .0 A de ) - 2. 5(lc = 60 Ade, Is = 1 2 A de ) - 3. 0

B ase -E mitte r S atu ra tion V o~ ag e (N ote 1 ) VBE(sai) Vd c(lc = 2 5, A, de , 1 5 = 2 .5 A d c) - 2. 0(lc = 50 Adc, Is = SO Adc) - 3. 0(Ic = 60 Adc, 15 = 1 2 A dc ) - 4. 0

DYNAMIC CHARACTERISTICS.Ou tp u t C a pa c it an c e

(VCB = 10 vdc. IE = O . f = 0. 1 MHz)1. P ulse T est: P ulse W id th = 30 0 !'S, Duly Cycle ", 2% .

10 07050ii:"3)~a:liz 10 .~ 7 . 0 ..0 .~ ac0 2 . 0 .,_~ 1 0 .-' 0.780.5u0.3- 0 . . 20.1 1 . 0 .

5 . 0 . fll1 ,.l9ms = . 0 . l i Sde..... . . . . .

ff i 1.6~:i E";' 12cr~ OB8 0. 4

MJ14001 (PNP). MJ14002* (NPN), MJ14003* (PNP)TYPICAL ELECTRICAL CHARACTERISTICS

MJ14002 (NPN)

- - _-1-._,-VcE=3.0V '" r - . . .~--- TJ = _ 55 C-- TJ=25"C " ----T J=15DOC \

3. 00.7 1.0 2.0 3 .0 5.0 . 7 .0 10 20 3D 50 70I c, COL LEC TOR CURRENT (AMPS )

Figure 3.DCCurrent Gain

30 020 0

z 10.0< 70!). . . 50wcrcr 3D::0() 20 .~uj 10 .~

7.0 .5 .0 .

I I \ lJ_lI-- T J = 2 5 C I II

\Ie =60 . A\\\ Ie = 2 5 A\\

- ,Ie : lDA r-, . . . . _'j .... r-j

Ui 2.8':i~ 2.4UJ~-' 2.0 .;~ 1.6:i EUJ 1.2e X :B 0..8: : : l8 0. 4uj$' 05.0 7.0 10 0..1

MJ14001, MJ14003 (PNP)

-f-,-I- - _ .- VCE =3.0 . V ., ; : - . , .- --- T J: -5 5CC ~r----T J.25Cr-___ T J: 150C "

3.0.0.7 1.0 . 2 .0 3 .0 5D 7.0 10 20. 3D 50. 70 .t c. COL LEC TOR CURRENT (AMPS )

Figure 4. DCCurrent Gain

o0. 1 0..2 0.3 0 .5 0..7 1.0 2 .0 3 .0I s. B A SE CURRENT (AMPS )

Figure 5.Collector Saturation Region

2 .B2. 4

Ui 2.0 .':i0~ 1. 6w(!);!: 1.2'-'0>>- 0..80. 40.0..7

http://onsemi.com3

11111I-- T J: 25C 1\ I I I I I

\ Ie: 60 .A

\ 'c = 25 A\\~lc.10AN . . . . .

I 1"-1-0.2 0 .3 O~ 07 1.0 . 2 .0 . 3 .0 . 5.0 . 7 .0 . 10 .

" , B A SE C URREN T ( AM P S)Figure 6.Collector Saturation Region

~ TJ.25OC

/./I-:- VeE~a )@ ClIB : 10 . V.....i""" f - " "

i-I-" /I VEE [an )@VCE - 3 .0 .V ./VeEl sa Q@ l ei la - 1 0 . I 1 1 1 1 _.j..--""- 11.0. 2 ,0. 3D . 5.0 7.0 . 10 . 20 30 50. 70

I-- T J : 250C

1//'./V.....- VBE~a) @ le ll s : 10 . ~ v - I_ I I I V~E[~n),~~e~l= 3 .0 IV VV_ VCE~"I @ I c f J s : 10 . J.. .U..I--1 'II III1.0 2.0 . 3 .0 . 5.0 7 .0 10 20 30 50 70 'c COLLECTOR CURRENT (AMPS )

Figure S."On" VoltagesI e, COL LEC TOR CURRENT (AMPS )Figure 7. "On" Voltages

http://onsemi.com/http://onsemi.com/


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Internotiono II~~RRectifier

PO - 94434AUTOMOTIVE MOSFET IRF2204

Features Advanced Process Technology Ultra Low On-Resistance Dynamic dvldt Rating 175C Operating Temperature Fast Switching Repetitive Avalanche Allowed up to TjmaxDescriptionSpecifically designed for Automotive applications, this HEXFE-r Power MOSFETuti lizes the lastest processing techniques 10 achieve extremely low on-resistanceper silicon area. Additional features ofthis design are a '175e junction operat ingtemperature, fast switching speed and improved repetitive avalanche rating.These features combine to make this design an extremely efficient and reliabledevice for use in Automot ive appl icat ions and a wide variety of other applications.

Typical Applications Eiectric Power Steering.14 Volts Automotive Electrical Systems

Absolute Maximum Ratings

HEXFE"f Power MOSFETo VOSS = 4 0V

Ros(on) = 3 .6mQ1 0 = 2 1 O A (Q )S

TO-220AB

Parameter Max. UnitsIe@ Tc - 25'C Continuous Drain Current. VGS @ 10V 210Ie@ Tc -IOO'C Continuous Drain Current. VGS @ 10V 150 AI c r . ~ Pulsed Drain.Current (D 850Pe@Tc - 25'C Power Dissipation 330 W

Linear Derating Factor 2.2 W/'CVGS Gate-to-Source Voltage 20 VEAs Single Pulse Avalanche Energy0 460 mJIAR Avalanche Current


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IRF2204 InternationalI~~RRectif ierElectrical Characteristics @ TJ = 25C (unless otherwise specified)

Parameter M in . T yp. M ax . Un its Cond itionsV(a~~oss D rain -to -S ource B reakdown Voltage 40 - - V VGS - O V, 10 - 250~~VIE~lCSO/~TJ B reakd ow n V oltag e T em p. C oeff ic ien t - 0 .041 - vrc R eference to 25C , 10 - lO lAROS(en ) S ta tic D ra in -to -S o ur ce O n -R e sis ta nc e - 3 .0 3.6 O ln \lG S -lOV , ID - 130A 0VGS( th l G ate T hr es ho ld V oltag e 2 .0 - 4 .0 V Vos - '10V, ID - 250 IJAg (, F o rwa rd T r an sc o nd u ct an c e 12 0 - - S Vos -10V, 10 - BOAloss D ra in -to -S o ur ce L ea ka ge C u rr en t - - 20 IJA Vos - 40 '1, VGS - oV- - 250 VDS ==32 '1 , V GS - oV, TJ = =150 'C

G ate-to -S ou rce F orw ard L eakag e - - 20 0 nA VGS - 20VlGSS G ate-to -S ou rce R everse L eakag e - - -2 00 VGS - -20VOg T otal G ate C harg e - 130 200 10 - BOA09, G ate -lo -S ou rc e C harg e - 35 52 nC 'lo s = =3 2VOgd G at e- to -D ra in ( "M ille r" ) C h ar ge - 39 59 \lG S ==WV0td~on! T um -O n Delay T im e - 15 - Voo - 20Vt, R ise T im e - 14 0 - 1 0 = = BOA

T urn-O ff D elay T im e 62 ns RG = =2 .5 0d:of f) - -It F all T im e - 11 0 - VGs= = 1 0V 0

B etw ee n lea d, ~L a I nt ema l D r ai n I nd u ct an c e - 4.5 - @H 6mm ( 0.2 5in .)Ls l nt er na l S o u rc e I nd u ct an c e - 7.5 - f ro m p ac kag eand center o f die con taci -SC iss I np u t C a pa ci ta n ce - 5890 - VGS - OVCoss Ou tp u t C a pa ci ta n ce - 1570 - p F VOS = =2 5VC rs, R e ve rs e T ra ns fe r C ap ac ita nc e - 13 0 - f = =1.0M Hz, S ee F ig . 5Coss Ou tp u t C a pa ci ta n ce - 8000 - \lGS = OV, Vos = 1.0V, i= l .oMHzCoss Ou tp u t C a pa ci ta n ce - 1370 - VGS = OV, Vos = 32V, f = 1 .0 MH zCess eft. E ffec tive O utpu t C apacitance ~ - 2380 - IfG S - OV, Vos - OV to 32V

Source-Drain Ratings and CharacteristicsParameter M in . T yp . Max. Units Condit ions

Is C on tin uo us S ou rc e C urre nt 210 M OS FE T sym bo l

o~( Bo dy D io de ) - - show ing theA

'C M Pulsed S ource Curren t in teg ral reverse( Bo dy D io de ) < D - - 850 p -n ju nc tio n d io de .

Vso Diode Forward Vol tage - - 1.3 If T J = 25C , Is = BOA, VGS = 01/ 0tr r R everse R ecovery T im e - 68 100 ns T J - 25C , IF - BOAQ, Re v er se Re c ov er yC h ar g e - 120 180 nC piJdt = IO OAfJ.ls 0io n F orw ard T um -O n T im e In tr in sic tU fT H Jn tim e is n eg lig ib le ( tu m -o n is d om in ate d b y L s+ L o)

2 www.irf.com

Ing. Abdiel Bolaiios -193- FIE-UTP
http://www.irf.com/http://www.irf.com/


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InternationalI~,RRect iher

;.:0:00F[lI~lI~gl.aTo: 1 = ' . '1','i> lJJ7 .rJ. '5 . : : 1 . ':.:N5 / : 1J4.5'1

. " c o: s =>tM~

< 3'" ,D O~~0 vr.S /'"0 10' "

1000.00

~:>o~:> 100.0086-rc'r a2}_p

www.iri.com

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10.0

IRF2204100[ vo s

1tP 15\1"I Va....7.~i....asvi""son:M ~S'"

~ r : : -~ . 51 !=~" 20~ PLLSE 'N'OTHT J = 175 'c

1000gc~< 3. , 1(0~Q'1~E0 10"

10.1 1 10

VOS DreirHe>-Scuce Vdtage (V)100

.5V

Fig 2. Typical Output Characteristics

2.5 10 = 210A

./17V

t>l-"v- -~

V G'5= 10'1

I----+--+-++I+H+---+---+-+ 2O~sPULSE WIOiHT J= 25 'cL-_L_LLL~~-L_L~~ ~

0.1 10 100\I OS [Xan-to-Scu"ce Vdtage (V )

Fig 1. Typical Output Characteristics

. . . . . : : : ~ T J 175C_i;"./'~ l ? '

~J 25'C

VDS =,2SV20fjS P UL SE W ID TH10.00

4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

20

1.0

0.5

0.0 ~ ~ 0 20 ~ M ~ ~ ~ ~ ~ lW

T J. Junction T~mp.e~ture

Fig 4. Normalized On-ResistanceVs. Temperature3

VGS' Gate-ta-Source Voltage (V)

Fig 3. Typical Transfer Characteristics

http://www.iri.com/http://www.iri.com/


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Electronica de Potencia y Aplicaciones Datas de F 'abricante

IRF2204100000

LLo,NcC1 l'5 1000C1 lo,C1 lot5

4

10000

\;GS = 0',/. f - 1 MH7Ciss 'g3 + Cgd Cd s SHORTt-OCrs8 = 19dCoss - Cds+ Cgd

CissCoss-r- II -I'--:-Crss~


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I nternotiona II\~RRect i f ierINSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTORFeatures Standard: Optimized for minimum saturationvoltage and operating frequencies up to 10kHz

Generation 4 IGBT design provides tighterparameter distribution and higher efficiency thanGeneration 3 Industry standard TO-247AC package

Benefits Generation 4 IGBT's offer highest efficiency available IGBTs optimized for specified application conditions High Power density Lower conduction losses than similarly rated MOSFET Lower Gate Charge than equivalent MOSFET Simple Gate Drive characteristics compared to Thyristors

Absolute Maximum Ratings

PO -91591 A

IRG4P254SStandard Speed IG8T

@VGE= 15V, lc = 55A

VCEs=250V

G VCE(on)typ_ =1.32V

En-channel

TO-247ACParameter Max. Units

'ICES Collector-to-Emitter Breakdown Voltage 250 VIc@Tc-25'C Continuous Collector Current 98'Ic@Tc-100C Continuous Collector Current 55 AICM Pulsed Collector Current (i) 1961U,1 Clamped Inductive Load Current ~ 196VGE Gate-to-Emitter Voltage 20 \fE,.:..~v Reverse Voltaqs Avalanche Energy Q l

folleto electronic a de potencia_04

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motor dc y

motor es

en caso

motor se incremente

velocidad y

en iugar

mostrado en

delmercado en