potentziako bihurgailuak: sarrera.pdf
TRANSCRIPT
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 1
0. SARRERA.
0.1. POTENTZIA ELEKTRONIKOA.
0.1.1 Potentzia elektronikoaren funtzio naguziak.
0.1.2. Bihurgailuen sailkapena.
0.1.3. Zirkuituaren karga.
0.1.3.1. Karga R bada.
0.1.3.2. Karga L bada.
0.1.3.3. Karga RL bada.
0.1.4. Kommutazio arazoak.
0.1.5. Potentziako dispositibo erdi-eroaleak.
0.1.5.1. Erdieroale bakoitzaren aplikazioak.
.
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 2
0. SARRERA.
0.1. POTENTZIA ELEKTRONIKOA.
Potentzia elektronikoa, ingeniaritza elektronikoaren adar bat, potentzia altuko energia
elektronikoaren eraldaketa eta kommutazioaren teknologian datza. Elektrizitatea eraldatzen
eta egokitzen arduratzen da makina elektrikoak kontrolatzeko, ekipo ezberdinak elikatzeko,
elektrizitate garraiorako etab. Kondentsadore, bobinak eta On-Off eran lan egiten duten erdi-
eroaleak erabiltzen dira eraginkortasun handienaz energia prozesatzeko.
Lehenago aipatutako erdieroaleetatik hauek dira erabilienak: diodoak eta potentziako
transistoreak, tiristore eta bestelako eratorriak, `Triac´, `Diac ´, aldebakarreko kommutagailua,
`UJT´ transistorea, transistore programagarria (`PUT´) eta `Shockley´ diodoa. Ezaugarri
bereziekin potentzia altuetan lan egin dezaketen tiristoreak aurki ditzakegu: Foto-Tiristoreak,
ate bikoitzezko tiristoreak eta atetik blokeaturiko tiristoreak (`GTO´).
Potentzia zirkuituetako oinarrizko osagaiek baldintza hauek bete beharko dituzte:
Bi estatu argi eta garbi zehaztuta edukitzea; inpedantzia handikoa (blokeoan) eta
inpedantzia txikikoa (kondukzioan).
Egoera batetik besterako aldaketaren kontrola erraz egitea eta potentzia baxuarekin.
Blokeo egoeran gai izatea intentsitate handiak eta tentsio altuak jasaten. Eta
kondukzio egoeran elektrodoen arteko tentsioa jaitsiera txikia izatea. Bi baldintza
hauek gaitu egiten dute potentzia handiak kudeatzeko.
Egoera batetik bestera igarotzeko abiadura handia edukitzea. Zenbat eta
funtzionamendu-frekuentzia handiagoa eduki energia xahutze gehiago egongo da. Beraz,
potentzia desagerpena maiztasunaren menpe dago.
0.1.1. Erdi-eroaleak.
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 3
0.1.1. Potentzia elektronikoaren funtzio nagusiak.
1.- Sarreraren eta irteeraren artean energia elektrikoaren fluxua prozesatu eta
kontrolatu.
0.1.1. Potentziako sistema elektrikoaren diagrama.
Karga elikatzeko sortzen diren tentsioa eta korronteak ahalik eta egokienak izan
daitezen nahi da. Gehienetan potentziako bihurgailuaren sarrera sare elektrikotik dator eta
maiztasuna 50 edo 60 Hz izaten da. Sarrerako tentsioaren eta korrontearen artean sortzen den
fase diferentzia bihurgailuaren eta kontrolaren menpe dago. Irteerako tentsioa, korrontea,
maiztasuna eta fase kopurua; karga elektrikoaren araberakoa izango da.
Kontrolatzaileak, erreferentzia-balio zehatz batekin konparatzen du irteerako seinalea,
bien arteko aldea ahalik eta txikiena izan dadin. Batzuetan energiaren noranzkoa aldatu egin
daiteke, orduan irteera eta sarrerako funtzioak aldatu egiten dira.
2.- Errendimendu handia lortu etapa elektronikoen artean ekipoen berotzea gutxitzeko
eta bateriaren iraupena luzatzeko.
0.1.2. irudia.
3.- Daukagun energia elektriko mota kargak behar duen erara egokitu.
a) Tentsioaren edo korrontearen maila eraldatu.
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 4
0.1.3. irudia.
b) Maiztasunaren eraldaketa.
0.1.4. irudia.
c) Uhin formaren eraldaketa (sinusoidala, karratua, ...).
0.1.5. irudia.
d) Fase kopuruaren eraldaketa, hau da: monofasikoa, trifasikoa eta abar erabiliz.
0.1.2. Bihurgailuen sailkapena.
Erdieroaleen bitartez irteerako uhinak kontrolatu eta bihur ditzakegu zirkuitu
elektrikoak erabiliz. Bihurgailuekin sortzen diren uhinak ez direnez idealak, kontutan
hartzeko harmonikoak sortzen dira, `EMC´ interferentzi elektromagnetikoak. Sarrera eta
irteeraren arteko maiztasunaren arabera sailka daitezke:
KA-KZ bihurgailuak. Artezgailuak.
Artezgailuen bitartez energia, seinale alterno batetik seinale jarrai batera igarotzen da.
Hau diodoak edo tiristoreak erabilita egin daiteke. Tiristoreekin eginikoa bada uhin osoko
bihurgailu kontrolatua izango delarik.
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 5
0.1.6. KA-KZ bihurgailuak.
Artezgailuen erabilera nagusiak honako hauek dira: Elikatze iturri moduan, DC
motorrak kontrolatzea, bateriak kargatzea, elektrolisi-upelen kontrola, etenik gabeko elikadura
sistema gisa, tentsio handiko korronte zuzeneko garraioa.
KZ-KA bihurgailuak. Inbertsoreak.
Inbertsoreek sarrerako korronte zuzena korronte alternora igarotzea dute magnitude
eta frekuentzia jakin batean.
0.1.7. KZ-KA bihurgailuak.
Inbertsoak kasu hauetan erabiltzen dira gehien bat: Korronte alternoko motorren
kontrola, etenik gabeko elikadura sistema gisa, eguzki eta aire energi sistemak egokitzeko.
KZ-KZ bihurgailuak.
Korronte zuzeneko tentsio iturri konstantea erabiliz errendimendu handiko korronte
zuzeneko tentsio aldakorra lortzeko erabiltzen dira. Erdieroaleak erabiliz seinale bat beste
seinale baten bidez eteten du.
0.1.8. KZ-KZ bihurgailuak.
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 6
`Chopper´ gehien erabiltzen diren aparatuak hauek dira: Elikatze iturri kommutatuak,
korronte zuzeneko motorren kontrola.
KA-KA bihurgailuak.
Korronte alternoko erreguladoreak, seinale alterno batetik beste seinale alterno bat
jasotzen dugu ezaugarri ezberdinekin. Helburua; Vo(rms), tentsio efikaza kontrolatzea da.
Sarrera eta irteerako maiztasuna berbera izango da korronte alternoko erreguladoreetan eta
maiztasun ezberdina ziklo bihurgailuak erabilita.
0.1.9. KA-KA bihurgailuak.
Aplikazio nagusiak honako hauek dira: berogailuen kontrola, motor unibertsalen
kontrola, korronte alternoko motorrak abiatzeko sistemak.
0.1.3. Zirkuituaren karga.
Kargaren arabera potentzia eta potentzia faktorea aldatu egiten dira. 3 kasu ikusiko
ditugu:
0.1.3.1. Karga erresistentzia bat bada.
0.1.10. R kargan.
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 7
Erresistentziari tentsio sinusoidal bat konektatzen badiogu, korronte bat sortuko da.
Potentzia erresistentzian xahutu da erresistentzia berotuz.Korrontea I = V / R eta
potentzia P = I × V edo P = V ² / R, RMS balioak izango dira.
Uhin urdina tentsio sinusoidala da. Tentsioa 1v RMS eta tentsioa gaina(tension de
pico)1.414V. Uhin gorria, korrontea sinusoidalak 1A RMS ditu eta 1.414A intentsitate
gaina. Orduan erresistentzia 1OHM izan beharko du. Uhin berdea berehalako potentzia da,
momentuko tentsio eta intentsitatea biderkatuz.
Berehalako potentzia:
1.414V × 1.414A = 2W
Batez bestekoa potentzia: 1W.
0.1.11. RL kargan.
0.1.3.2. Karga bobina bat bada.
Induktore bat jartzen badugu karga bezala korronteak tentsioarekiko 90°-ko atzerapena
izango du. Hau ondo ikusten da uhin gorrian, 0.1.13. irudian. Berehalako potentzia negatiboa
bilakatzen da eta induktore puru batek ez duenez berorik xahutzen, orregatik bere potentzia
faktorea 0 da.
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )1 1 1 2 2 2 3 3 30
1( ) ( ) cos( ) cos( ) cos( ) ...
T
avg avg rms rms rms rms rms rmsP V t I t dt V I V I V I V IT
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 8
0.1.12. irudia.
Honek esan nahi du ziklo zati honetan, energia induktoreak bueltatzen duela
iturrira.Induktorean metatzen den energia:
E=½ ×I ²× L
Induktore perfektua bada, potentzia negatiboa eta positiboa ezeztatu egingo dira
horrela tentsioa 1v eta intentsitatea 1A geratuz.
0.1.13. irudia.
Potentzia eta VAren arteko proportzioa Potentzia faktorea deritzo:
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )_ 1 1 1 2 2 2 3 3 3
( ) ( )
cos( ) cos( ) cos( ) ...avg avg rms rms rms rms rms rmsbatez besteko
prms rmsaparentea
P V I V I V I V IPk
P S V I
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 9
0.1.3.3. Karga erresistentzia eta bobina bada.
0.1.14. RL kargarekin.
Induktore eta erresistentzia elkarren artean paraleloan konektatuta aurkitzen dira.
Erresistentzia sarrerako tentsioarekin fasean dago baina bobinak 90º atzerapena du.
0.1.15. irudia.
0.1.4. Kommutazio arazoak.
Erdieroaleak kommutatzen direnean zirkuituko elementuen portaera ikusiko dugu
jarraian:
Kondentsadorea: Vc-k ezin du bat-batean aldatu. Araubide egonkorrean
kondentsadorearen batez besteko korrontea zero da.
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 10
0.1.16. Vc uhina.
Kondentsadorearen intentsitatea:
Metaturiko energia:
Kondentsadorearen bataz besteko intentsitatea:
Harila-bobina: iL-k ezin du bat-batean aldatu.Araubide egonkorrean harilak batez
besteko tentsioa zero da. Zirkuituak induktiboek kapazitiboaen kontrako joera dute. Hasieran
korronteak zailtasunak ditu zirkulatzeko kanpo magnetikoa sortzen den bitartean. Gero
induktoreak ia eroale bat bezala lan egiten du. Deskonektatzen badugu korronte auto-induzitu
bat sortuko da bobinaren eremu magnetikoa dela eta.
0.1.17. IL uhina.
Bobinaren tentsioa:
0)()(11
)(
tvTtvT
Cdt
dt
dvC
Tdti
TavgI cc
Tt
t
Tt
t
ccc
dt
dvCi c
c
2
2
1cc CVE
dt
diLv L
L
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 11
Metaturiko energia:
Bobinaren bataz besteko tentsioa:
Karga induktibo bat deskonektatzen dugunean, bide bat behar dugu, hariletik
korrontea pasa dadin. Bide hori ez badago, harila dela eta korronte jaitsiera handia legoke eta :
Sortuko litzatekeen gaintentsioak transistorea suntsituko luke.
0.1.18. Kommutazioa.
Bobinatik intentsitatea igarotzean eremu magnetiko bat sortzen da eta esaten da bobina
edo induktoreak energia magnetikoa gordetzen duela. Bobinari ez zaio gustatzen zeharkatzen
duen korrontea kentzea eta gain tentsioa bat sortzen du, batzuetan oso handia segidan kentzen
bada. Hau da txinparten sortzailea. Zirkuitu induktibo batean transistore bat badago kontaktu
lanak egiten, zabaltzen denean sortzen duen gain tentsioak arazoak sor ditzake.
Arazoa konpontzeko korronteari bide bat eman behar zaio eta horretarako, diodo
bolantea deritzona erabiliko dugu. Diodoak, indukziozko kargaren paraleloan konektatuta,
gain tentsio hau saihesten du. Honek transistorea irekitzen denean bobinatik zioan korronte
guztia diodotik iragatea ahalbidetzen du. Horrela bobinatik doan korrontea apurka-apurka
jaisten hasiko da.
2
2
1LL LIE
0)()(11
)(
tiTtiT
Ldt
dt
diL
Tdtv
TavgV LL
Tt
t
Tt
t
LLL
CE CC L CCV V V V L
diV L
dt
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 12
0.1.19. Diodo bolantea.
Maiztasunak, L eta C osagai erreaktiboetan duen eragina:
F maiztasunean kommutatzen duten zirkuituetako osagai erreaktiboek izaten duten
inpedantzia espresio honen bidez adierazi daiteke :
Inpedantzia edo maiztasun altuetan lan egiteak, L eta C-ren balioak txikiagoak direla
dakar (txikiagoak eta merkeagoak).
0.1.5. Potentziako dispositibo erdi-eroaleak.
0.1.20. Erdi-eroaleak.
Transistoreek ez dute gune aktiboan lan egiten eta ON-OFF etengailu gisa jokatzen
dute. Tentsioa eta korrontea handiak izanik gune horretan potentzia galerak handiak izaten
dira. Honek transistorearen berotzea eta errendimendu gutxitzea dakar.
1
2CZ
f C 2LZ f L
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 13
0.1.21. Transistoreen ezaugarriak.
Behar dugun potentzia eta frekuentziaren arabera erdi-eroale bat edo bestea erabiltzen
da:
0.1.1. Taula.
`MOSFET´a frekuentzia altuetarako erabiltzen da baina ezin dute potentzia handiekin
lan egin. Potentzia altuak eta frekuentzi txikiak dauden kasurako egokiagoak dira tiristore,
`Triac´ eta `GTO´ak; adibidez sare elektrikoen kontrol sistemetarako.
0.1.5.1. Erdieroale bakoitzaren aplikazioak.
Egun, kontsumitzen dugun energia elektrikoaren %50, elektronikoki prozesatua dago.
Potentzia elektronikako aplikazio-eremu garrantzitsuenetakoak hauek dira:
Motor elektrikoen kontrola bihurgailuek abiadura,posizioa etab. Kontrolatzen duten,
aire egokitu sistemetan asko erabilia da, faktore potentzia kontrolatzeko sistema, sare
elektrikoan,elikatze-iturri kommutatuetan eta argiztapen kontrola egiteko erabil daitezke.
Potentziaren arabera erdieroaleen hiru bloke nagusiak eta hauen aplikazioak ikusiko
ditugu:
Potentzia altuko erdi-eroaleak:
Trakzio elektrikoan, `Chopper´ eta bihurgailu bezala eta industrian, inbertsore,
artezgailu eta motor asinkronoen kontrol giza lan egin dezakete.
Aparatuak
`MOSFET´
`IGBT´
Tiristoreak/`Triacs´/`GTO´
Potentzia
10 W - 1 kW
1 kW - 10 kW
5 MW-raino;
Maiztasuna
1 MHz –raino.
5 -50 kHz.
50 Hz - 400 Hz.
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 14
0.1.2. Taula.
Potentziako moduluak:
Arku soldadura, etengabeko elikatze sistema (`EES´), motoren kontrola edo trakzio
elektriko giza erabil daitezke.
0.1.3. Taula.
Potentzia baxuko erdi-eroaleen:
Mugimenduen kontrola bateria kargatzaileak eta argien kontrola egiteko erabiltzen
dira.
0.1.4. Taula.
Dispositiboa
Artezgailu estandar edo azkarra
Potentzia Transistorea
Tiristore estandarra edo azkarra
`GTO´
Intentsitatea maximoa
50 - 4800 A
5 - 400 A
40 - 2300 A
300 - 3000 A
Dispositiboa
Transistoreen modulua
`SCR´ / artezgailuen modulua
`GTO´ Moduluak
`IGBT´
Intentsitate maximoa
5 - 600 A. 1600 V.
20 - 300 A. 2400 V.
100 - 200 A. 1200 V.
50 - 300 A. 1400 V.
Dispositiboa maximoa
`SCR´
`Triac´
`Mosfet´
Intentsitatea
0'8 - 40 A. 1200 V.
0'8 - 40 A. 800 V
2 - 40 A. 900 V
POTENTZIA ELEKTRONIKOA SARRERA
Eibarko IITUE 26ko IRA 15
Potentzia-aplikazioak hobeto ikus daitezke potentzia eta maiztasunaren baitako
hurrengo grafikoan:
0.1.22. Aplikazioak.