UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADASESPE EXTENSIÓN LATACUNGA DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CONSULTA # 6 CÓDIGO DE ASIGNATURA CARRERA Ingeniería Electrónica Instrumentación E NOMBRE DE LA ASIGNATURA CONTROL ELECTRÓNICO DE POTENCIA DURACIÓN CONSULTA N° INTEGRANTES: 6 TEMA: 1 1967 LA ALEX PAUL PORRAS ROBALINO (HORAS) Protecciones para semiconductores de 4 potencia OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: Investigar e identificar los métodos principales para la protección de semiconductores de potencia. OBJETIVO ESPECIFICO: Conocer la función que realiza cada elemento de protección en el circuito. Comprender la utilización y la importancia de cada elemento investigado. 2 RESUMEN En esta presente investigación se indican las características que presenta la protección de los elementos rectificadores de potencia de estado sólido. Los semiconductores son muy sensibles a las sobreintensidades, presentando una característica límite de sobrecarga mucho más exigente que la de otros dispositivos. Habitualmente la protección se realiza por medio de un fusible que se monta directamente en serie con cada elemento rectificador. ABSTRACT: In this present study the characteristics presented protection rectifier elements solid state power are indicated. Semiconductors are very sensitive to overcurrents, presenting a feature overload limit much more demanding than other devices. Usually the protection is performed by means of a fuse which is mounted directly in series with each rectifier element. cuando la intensidad de corriente supere. Los circuitos de ayuda a la conmutación conocidos comúnmente como “snubber” son una parte esencial en muchos de los circuitos electrónicos de potencia. que si son superados podrían provocar la destrucción del dispositivo. un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda. cortocircuitos externos. se pueden clasificar en: Descartable Renovable Inteligente. se reutiliza solo la porción no usada. constituido por un soporte adecuado. Cuando se diseña un circuito se ha de poner especial cuidado en que sus componentes puedan resistir las condiciones de trabajo más desfavorables que tengan lugar. En el diseño de los circuitos de potencia son varios los objetivos que deben permanecer constantemente en la mente del diseñador: Minimizar el tamaño del equipo Mantener un alto rendimiento Ajustarse al coste que el mercado reclama FUSIBLE Fusible a un dispositivo. Básicamente podemos considerarlos como un conjunto de componentes (pasivos y/o activos) que se incorporan al circuito de potencia para reducir en el dispositivo semiconductor el estrés eléctrico durante las conmutaciones y asegurar un régimen de trabajo seguro. CLASIFICACIÓN Los fusibles pueden clasificarse empleando diversas características constructivas u operativas. tanto durante su funcionamiento normal como ante determinadas acciones ajenas a la propia operación normal del circuito (sobretensiones espúreas. existiendo numerosos antecedentes con distintos criterios. por Efecto Joule. Figura 1 Grafico Fusible . etc.).3 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA PROTECCION DE SEMICONDUCTORES Los semiconductores presentan unos límites muy estrictos en cuanto a valores máximos de tensión corriente y potencia soportadas. Por ejemplo si se dividen sobre la base de su propiedad de ser reutilizables. por un cortocircuito o un exceso de carga. un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos. sino el de convección. limita la corriente de descarga del capacitor. . donde R. y resulta una pérdida reducida en el mismo. El amortiguador podría ser polarizado o no polarizado. Un amortiguador polarizado en sentido directo es adecuado cuando un tiristor o un transistor se conecta con un diodo en anti paralelo. dentro del dispositivo de potencia se genera calor.CIRCUITOS AMORTIGUADORES En el caso normal. cuando se activa el dispositivo. Aunque esta transferencia de calor se puede efectuar por conducción. Cuando se conecta un par de tiristores en forma paralela inversa. El resistor R limita la tasa dv/dt en sentido directo. limita la corriente de descarga del capacitor. Figura 2 Redes con amortiguadores ENFRIAMIENTO Y DISIPADORES DE CALOR Debido a las pérdidas en estado activo y por conmutación. para mantener la temperatura de operación en la unión dentro del intervalo especificado. Disipador termino que se usa en el ámbito de la evacuación de calor en los componentes electrónicos. En la figura 18. y R. convección o radiación.16c se ve un amortiguador no polarizado. al ser el término disipador (que disipa o extrae el calor) más genérico que el de radiador (que extrae el calor por radiación). Por tanto. lo que más se usa en aplicaciones industriales es la convección natural (enfriamiento natural) o forzada (enfriamiento forzado) con aire. el amortiguador debe ser efectivo en cualquier dirección. El capacitor no se descarga a través del dispositivo. Este calor se debe transferir del dispositivo a un medio de enfriamiento. se conecta un amortiguador RC en paralelo con un dispositivo semi conductor para limitar la tasa dv/dt para que quede dentro de la especificación máxima permisible. como muestra la figura 2a. El método que se usa para extraer el calor del componente no es el de radiación. Un amortiguador polarizado en sentido inverso que limita la tasa dv/dt en sentido inverso se ve en la figura 2b. Los dispositivos de potencia se deben proteger contra tasas dildt y dv/dt excesivas agregando circuitos amortiguadores. pero uno bien definido en sentido inverso. Figura 4 Diodos de supresión de voltaje PROTECCIONES CONTRA SOBRECORRIENTE En los convertidores de potencia se pueden presentar cortocircuitos o fallas. Al aumentar la corriente de falla. Sin embargo. el fusible se abre y suprime la corriente de falla en pocos milisegundos. . como se ve en la figura. Acción fusible Los dispositivos semiconductores se pueden proteger escogiendo con cuidado los lugares de los fusibles. Para proteger los dispositivos semiconductores se suelen usar fusibles de acción rápida.Figura 3 Manera de colocar un disipador PROTECCIÓN CONTRA VOLTAJE CON DIODOS DE SELENIO y VARISTORES DE METAL ÓXIDO Los diodos de selenio se pueden usar para protección contra sobrevoltajes transitorios. los fabricantes de fusibles recomiendan instalar un fusible en serie con cada dispositivo. como se ve en la figura. Esos diodos tienen un voltaje de conducción bajo en sentido directo. y las corrientes de falla que resulten deben eliminarse con rapidez. El fusible debe ser capaz de resistir el voltaje después de la extinción del arco. El valor admitido de Pt del fusible antes de que desaparezca la corriente de falla debe ser menor que el valor nominal de Pt del dispositivo que se va a proteger. El fusible debe conducir la corriente nominal del dispositivo en forma continua. 4. para entonces satisfacer los siguientes requisitos: 1. y lo protege contra fallas por corto (por ejemplo. El voltaje pico de arco debe ser menor que el voltaje pico nominal del dispositivo. a través de TI y T4 en la figura). Figura 3 Características corriente-tiempo del dispositivo y el fusible .Figura 5 Protección individual de los dispositivos La protección individual que proporciona una mejor coordinación entre un dispositivo y su fusible permite una mejor utilización de las posibilidades del dispositivo. 2. Figura 6 Fusibles de semiconductor Para seleccionar un fusible es necesario estimar la corriente de falla. 3. Figura 7 Relé Térmico ANALISIS DE RESULTADOS: Se pueden proteger los dispositivos de potencia contra sobrevoltajes transitorios mediante diodos de selenio o con varistores de metal óxido. El amortiguador de dv/dt debe diseñarse para que el rendimiento sea óptimo. y activarse únicamente si dicho pico. puede causar una gran dv/dt. Se pueden utilizar en corriente alterna o continua. impidiendo que funcionen en condiciones de calentamiento anómalas. . La norma IEC 947-4-11 responde a esta necesidad definiendo tres tipos de disparo para los relés de protección térmica: • Relés de clase 10: válidos para todas las aplicaciones corrientes con una duración de arranque inferior a 10 segundos o menos al 600% de su corriente nominal • Relés de clase 20: admiten arranques de hasta 20 segundos de duración o menos al 600% de su corriente nominal.RELÉ TÉRMICO. La continuidad de explotación de las máquinas o las instalaciones evitando paradas imprevistas. debido a la corriente inversa. la energía almacenada en el inductor limitante de di/dt. pero durante la fase de arranque deben permitir que pase la sobrecarga temporal que provoca el pico de corriente. La duración del arranque normal del motor es distinta para cada aplicación.) o de varias decenas de segundos (máquina arrastrada con mucha inercia). etc. • Relés de clase 30: para arranques con un máximo de 30 segundos de duración o menos al 600% de su corriente nominal.1 Este dispositivo de protección garantiza: Optimizar la durabilidad de los motores. Volver a arrancar después de un disparo con la mayor rapidez y las mejores condiciones de seguridad posibles para los equipos y las personas. puede ser de tan sólo unos segundos (arranque en vacío. Los relés térmicos son los aparatos más utilizados para proteger los motores contra las sobrecargas débiles y prolongadas. bajo par resistente de la máquina arrastrada. es decir la duración del arranque. Los relés térmicos se utilizan para proteger los motores de las sobrecargas. Cuando el dispositivo de potencia se des activa al final del tiempo de recuperación inversa. resulta excesivamente larga. por lo que es necesario contar con relés adaptados a la duración de arranque. academia. Rashid. ISB: 9702605326. Rasid Virgilio González yPozo Agustín Suárez Fernández.es/ate/alberto/leccion. Conocer las especificaciones de los semiconductores para su control según lo requerido REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y DE LA WEB https://www. se emplean circuitos de corte o realimentación negativa. 6 RECOMENDACIONES 7 Colocar disipadores de calor en los semiconductores con sus debidas protecciones.5 CONCLUSIONES El aumento de la corriente que circula por un dispositivo origina un aumento en su temperatura interna que puede llevar a un mal funcionamiento del circuito e incluso a la destrucción del dispositivo.wikipedia. Es importe utilizar Relé térmicos para proteger a la carga y al conductor de sobrecorrientes Los circuitos amortiguadores nos ayudan a controlar el diferencial de voltaje es decir el crecimiento del mismo y evita que se dispare los semiconductores involuntariamente.org/wiki/Rel%C3%A9_t%C3%A9rmico http://www. Utilizar fusibles ultra rápidos para semiconductores rápidos.(2004). dispositivos y aplicaciones. en los que el fusible es muy lento. Muhammad H.edu/14276224/PROTECCION_DE_DISPOSITIVOS_ELECTRONICOS_DE _POTENCIA Muhammad H.PDF . En dispositivos rápidos.unioviedo.Pearson Educación.Electrónica de potencia: cir-cuitos.9789702605324 https://es.