• Author / Uploaded
• EIEE

Citation preview

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA UNIVERSIDAD DE TARAPACÁ

PRUEBA 1 IE 458 ELECTRÓNICA DE POTENCIA

PRIMER SEMESTRE 2007

Marque con una V o F indicando si la pregunta es verdadera o falsa. V/F 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia que se enciende por una señal de voltaje Una red RC en paralelo con el semiconductor limita el di/dt máximo permitido El objeto de colocar un disipador al dispositivo de potencia es hacer que la resistencia j-a aumenta, para que así pueda disipar mayor potencia En un rectificador el filtro por condensador es muy adecuado para pequeñas potencias de carga Un circuito es magnéticamente balanceado cuando el valor medio del voltaje en la bobina es cero En un rectificador monofásico con transformador con tap central el voltaje de bloqueo de los diodos vale 2*Vmax La tensión media de salida de un rectificador semicontrolado es inversamente proporcional a  En un rectificador controlado trabajando en modo inversor la corriente puede ser positiva y negativa En un rectificador monofásico onda completa la corriente de la fuente tiene sólo armónicos pares En un rectificador controlado el factor de potencia mejora cuando aumentamos el ángulo de encendido  En un rectificador trifásico onda completa con carga resistiva, si  >60º la corriente es discontinua En un rectificador controlado el ángulo de conmutación, , disminuye con el aumento de la corriente de carga

va Un rectificador controlado puente onda completa presenta las siguientes variables de voltaje y corriente en el lado alterno. Se pide: a) Determinar el valor medio del voltaje a la salida del rectificador b) Determinar la potencia activa y reactiva en el rectificador Indique sus consideraciones realizadas.

vc

ia

300/√3 V

27 A

30º

El rectificador trifásico puente onda completa de la figura, tiene un voltaje de entrada de 420V±15% eficaz de línea y 50Hz. El voltaje medio de salida (Ed) es constante e igual a 1kV. Se pide: a) Determinar el valor más adecuado de la relación de espiras del transformador b) Calcular el rango de variación del ángulo de control α. c) Para la tensión de entrada máxima dibuje la forma de onda del voltaje de salida y el voltaje en uno de los tiristores. d) Representar la forma de onda de la corriente de fase en el primario del transformador (por ejemplo ip1) para el voltaje de entrada máximo. Id

1:n

Ip1

Ep1

I T1

1

3

5

Ep2

L  E S3

Ed E S1 R

n Ep3 E S2 4

6

2

Cada respuesta vale 0.1 puntos V/F 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

El IGBT es un dispositivo semiconductor de potencia que se enciende por una señal de voltaje Una red RC en paralelo con el semiconductor limita el di/dt máximo permitido El objeto de colocar un disipador al dispositivo de potencia es hacer que la resistencia j-a aumenta, para que así pueda disipar mayor potencia En un rectificador el filtro por condensador es muy adecuado para pequeñas potencias de carga Un circuito es magnéticamente balanceado cuando el valor medio del voltaje en la bobina es cero En un rectificador monofásico con transformador con tap central el voltaje de bloqueo de los diodos vale 2*Vmax La tensión media de salida de un rectificador semicontrolado es inversamente proporcional a  En un rectificador controlado trabajando en modo inversor la corriente puede ser positiva y negativa En un rectificador monofásico onda completa la corriente de la fuente tiene sólo armónicos pares En un rectificador controlado el factor de potencia mejora cuando aumentamos el ángulo de encendido  En un rectificador trifásico onda completa con carga resistiva, si  >60º la corriente es discontinua En un rectificador controlado el ángulo de conmutación, , disminuye con el aumento de la corriente de carga

va

vc

ia

300/√3 V

27 A

30º

ia1

De la figura:  = 30º

 = 15º

= 2f = 314.159

f = 50 Hz

Id = 27 A

VLL = 300/√2 = 212.132

a) Voltaje medio de salida en el rectificador Ls 

2 VLL ( cos ( )  cos (    ) ) 2  Id

Vd  1.35 VLL cos ( ) 

3 

  Ls  Id

b) Potencia activa y reactiva en el lado alterno    

Is1 

1 2



Pdc

H

Vd  225.247

V



  37.5deg

 20.864

3

Ls  2.81  10

Pdc  Vd Id

A

3 VLLDPF  3

P  3 VLLIs1   DPF  6.082  10

W 3

Q  3 VLLIs1   sin (  )  4.667  10

VAr

DPF  cos (  )

a) Determinar el valor más adecuado de la relación de espiras del transformador Sabemos que: Vd  1000

VLLp  420

La situación más apremiante es cuando el voltaje primario es el más bajo posible, por tanto para esta situación definimos  = 0º

n 

Vd 1.35 VLLp 0.85

n  2.075

Así, el valor de razón de vueltas apropiado es n  2.075

b) Rango de variación de  Tomando n = 2.075, resulta VLLs  n  VLLp

VLLs  871.46

Con lo cual 1  acos 

Vd

2  acos 

Vd

   1.35 n  VLLp ( 0.85)     1.35 n  VLLp ( 1.15) 

1  0 deg

2  42.343deg

c) Forma de onda del voltaje de salida para voltaje máximo de entrada,  = 42.343

Vd 483 V

t

Voltaje en uno de los tiristores para voltaje máximo de entrada,  = 42.343

Vd 483 V

t

Corriente de línea primaria

Ip1

t

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA UNIVERSIDAD DE TARAPACÁ PRUEBA 1 IE 458 ELECTRÓNICA DE POTENCIA PRIMERSEMESTRE 2008 Problema #1 (1.2 puntos) El circuito de la figura opera con un voltaje de salida Vd igual 0.84 Vs. Para esta condición de operación determine: a) El ángulo de encendido de los tiristores b) El tiempo (grados), por período, que conduce D1 Vs c) El valor medio de la corriente en T1, IT av

+

Vd

d) El valor rms de la corriente en T1, IT rms e) El valor rms de la corriente en la fuente de voltaje, Is rms f) El factor de potencia con que opera la fuente de voltaje Exprese todos los resultados en términos de , Vs e Id.

Id

-

(2.4 puntos) Un rectificador monofásico se utiliza para operar en conjunto con un generador eólico de c.c. inyectando energía hacia la red de 240 V y 50 Hz. La tensión continua de salida del generador (Vd) es de 150 V y está previsto para una potencia nominal de 5000 W en el eje. La resistencia del inducido es de 0.6 Ω. a) Determinar el ángulo de disparo del rectificador a plena carga. b) Determinar la potencia media absorbida por el sistema de c.a. c) Se desea determinar la inductancia necesaria en el inducido de la máquina de c.c. para limitar el rizado de corriente pico-pico al 10% de la corriente media a plena carga, para ello se han determinado las componentes armónicas de Vd. Empleando ésta información estime el valor de inductancia necesario. armónico 0 2 4 6 8 10 …

Nota: Recuérde que E=K , con  la velocidad de la máquina

Frecuencia (Hz) 0.0000e+0 1.0005e+2 2.0010e+2 3.0015e+2 4.0020e+2 5.0025e+2 …..

Vd (V) 1.5045e+2 1.9894e+2 7.1635e+1 4.5018e+1 3.3058e+1 2.6202e+1 ….

(2.4 puntos) Para el rectificador puente trifásico completamente controlado, alimentado por una red con V LLrms=380 V.

iA

ia i∆

iT1

id

L → + R= 10 

a) ¿Si la carga fuese puramente resistiva cual sería el máximo ángulo de disparo y porque? b) El valor medio y RMS de la corriente en la carga para  = 30o c) Dibuje la forma de onda de VPO, VNO para  = 30o d) Dibuje la forma de onda para iT1, ia, iΔ e iA para  = 30o

Problema #4 En el circuito de la figura se ha colocado una carga resistiva de 270  en la salida (1) y una carga muy inductiva con R = 180  en la salida (2). Se pide: a) Dibujar v, v1, v2, i1, i2, is , ii, ip y las corrientes en los diodos. c)

Indicar los valore medios eficaz y de cresta de todas las corrientes y voltajes. Calcular el valor eficaz del primer armónico de ip

d)

Factor de potencia y cosdel dispositivo.

b)

Problema 1

a) El valor medio del voltaje de carga, Vd Vs(1+cos)/Vs de donde

 = 30°

b) El tiempo (grados) que conduce D1 210° c) El valor medio de la corriente en T1, IT av Id 5/12 d) El valor rms de la corriente en T1, IT rms Sqrt(5/12) Id e) El valor rms de la corriente en la fuente, Is rms Sqrt(5/6) Id f) El desplazamiento de fase Fp = 0.84/sqrt(5/6) = 0.92

Problema 2 a)

Vdc = 150 V

Vs = 240 V

Ra = 0.6 

Pe = 5000 W

α  π  acos 

Vdc

  133.964deg     Vs   π  2 2

b ) Planteando el siguiente sistema de ecuaciones E*Id

= Pe

E – RaÏd – Vdc = 0 Se obtiene como solución E = 167.87087 V Id = 29.78479 De donde Pmec_ac = Vdc * Id = 4468 W

b)

Considerando el segundo armónico como el más relevante, obtenemos Z2 = V2 / I2

donde

I2 = 0.1 * Id

( 10% de rizado)

Z2 = 198.94/(0.1 * Id) = 66.792 Como R = 0.6 observamos que L = Z2/ nW = 0.106 H

R