TERCER GRADO PRIMER TRIMESTRE
14 Septiembre 2021
TC-1 Copia en tu cuaderno de Electrónica la siguiente información:
Tema 1. Electrónica de potencia
Subtema 1.1 La
conformación de los diferentes sistemas tecnológicos de la electrónica,
comunicación y el sistema de control para la satisfacción de bienes.
Definición:
La expresión electrónica de potencia se utiliza para diferenciar el tipo de aplicación que se le da a dispositivos electrónicos, en este caso para transformar y controlar voltajes y corrientes de niveles significativos. Se diferencia así este tipo de aplicación de otras de la electrónica denominadas de baja potencia o también de corrientes débiles.
En este tipo de aplicación se reencuentran la electricidad y la electrónica, pues se utiliza el control que permiten los circuitos electrónicos para controlar la conducción (encendido y apagado) de semiconductores de potencia para el manejo de corrientes y voltajes en aplicaciones de potencia. Esto al conformar equipos denominados convertidores estáticos de potencia.
De esta manera, la electrónica de potencia permite adaptar y transformar la energía eléctrica para distintos fines tales como alimentar controladamente otros equipos, transformar la energía eléctrica de continua a alterna o viceversa, y controlar la velocidad y el funcionamiento de máquinas eléctricas, etc. mediante el empleo de dispositivos electrónicos, principalmente semiconductores. Esto incluye tanto aplicaciones en sistemas de control, sistemas de compensación de factor de potencia y/o de armónicos como para suministro eléctrico a consumos industriales o incluso la interconexión de sistemas eléctricos de potencia de distinta frecuencia.
El principal objetivo de esta disciplina es el manejo y transformación de la energía de una forma eficiente, por lo que se evitan utilizar elementos resistivos, potenciales generadores de pérdidas por efecto Joule. Los principales dispositivos utilizados por tanto son bobinas y condensadores, así como semiconductores trabajando en modo corte/saturación (on/off, encendido y apagado).
En términos generales, la tarea de la electrónica de potencia es procesar y controlar el flujo de energía eléctrica mediante el suministro de voltajes y corrientes en una forma que sea ideal para las cargas de los usuarios.
“La electrónica de potencia implica el estudio de circuitos electrónicos destinados a controlar el flujo de energía eléctrica”. Estos circuitos manejan un flujo de energía a niveles mucho más altos que los niveles manejados por dispositivos de uso común.
Ver los siguientes videos
https://www.youtube.com/watch?v=obWB5-agrX8
https://www.youtube.com/watch?v=Jy0Cz_ZKMCU
Enviare cuestionario por GoogleClassrom
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21 Septiembre 2020
PREGUNTAS DE REPASO
1. ¿Qué es electrónica de potencia?
La electrónica de potencia combina la
energía, la electrónica y el control. El control se encarga del régimen
permanente y de las características dinámicas de los sistemas lazo cerrado. La
energía tiene que ver con el equipo de potencia estática y rotativa o giratoria
para la generación, transmisión y distribución de energía eléctrica. La electrónica
se ocupa de los dispositivos y circuitos de estado sólido requeridos en el
procesamiento de señales para cumplir con los objetivos de control deseados. La
electrónica de potencia se puede definir como la aplicación de la electrónica
de estado sólido para el control y la conversión de la energía eléctrica. La electrónica
de potencia se basa, en primer término, en la conmutación de dispositivos
semiconductores de potencia.
2. ¿Cuáles son los diferentes tipos de tiristores?
Los tiristores se pueden subdividir en ocho
tipos:
a.
Tiristor de conmutación forzada
b.
Tiristor conmutado por línea
c.
Tiristor desactivado por
compuerta (GTO)
d.
Tiristor de conducción inversa
(RCT)
e.
Tiristor de inducción estático
(SITH)
f.
Tiristor desactivado con
asistencia de compuerta (GATT)
g.
Rectificador controlado de
silicio fotoactivado (LASCR)
h.
Tiristores controlados por MOS
(MCT)
3. ¿Qué es un circuito de conmutación?
La circuitería de conmutación es un
circuito adicional que se utiliza para desactivar los tiristores conmutados en
forma forzada.
4. ¿Cuáles son las condiciones para que un tiristor conduzca?
Cuando una pequeña corriente pasa a través
de la terminal de la compuerta hacia el cátodo el tiristor conduce, siempre y
cuando este a un potencial más alto que el cátodo. Una vez que el tiristor está
en un modo de conducción, el circuito de la compuerta no tiene ningún control y
el tiristor continuo conduciendo.
5. ¿Cómo se puede desactivar un tiristor en conducción?
Un tiristor que conduce se puede desactivar
haciendo que el potencial del ánodo sea igual o menor que el potencial del cátodo.
6. ¿Qué es conmutación de línea?
Los tiristores conmutados en línea se
desactivan en razón de la naturaleza senoidal del voltaje de entrada.
7. ¿Qué es conmutación forzada?
Los tiristores conectados en forma forzada se
desactivan mediante un circuito adicional conocido como circuitería de
conmutación.
8. ¿Cuál es la diferencia entre un tiristor y un TRIAC?
Los TRIAC se utilizan para aplicaciones de
corriente alterna de baja potencia. Se usan ampliamente en todo tipo de controles
sencillos de calor, de iluminación, de motor, así como interruptores de
corriente alterna.
Los tiristores se usan en aplicaciones en
los que se tiene mayor especificación de voltaje y corriente, tienen un alto
tiempo de conmutación y una mayor resistencia en estado activo.
9. ¿Cuál es la característica de compuerta de un GTO?
Los GTO se activan mediante la aplicación
de un pulso breve positivo en las compuertas, y se desactivan mediante la
aplicación de un pulso corto negativo en las mismas.
10. ¿Cuál es el tiempo de desactivación de un tiristor?
El tiempo de desactivación de los
tiristores de bloqueo inverso de alta velocidad ha mejorado en forma sustancial
y es posible obtener de 10 – 20 µs con un tiristor de 1200V, 2000A.
RCT (2500V,
400A) 40µs
GATT (1200V,
400A) 8µs
LASCR
(6000V, 1500A) 200-400µs
11. ¿Qué es un convertidor?
Los convertidores de potencia estáticos
llevan a cabo la función de convertir la potencia de una forma a otra. Un
convertidor se puede considerar como una matriz de conmutación.
12. ¿Cuál es el principio de conversión de ca-cd?
el valor promedio del voltaje de salida se
puede controlar variando el tiempo de conducción de los tiristores o el Angulo
de retraso de disparo, α.
La entrada puede ser una fuente mono o
trifásica. Estos convertidores también se conocen como rectificadores
controlados.
13. ¿Cuál es el principio de conversión de ca-ca?
El voltaje de salida se controla mediante
la variación del tiempo de conducción de un TRIAC o el ángulo de retraso de
disparo, α.
Estos tipos de convertidores también se conocen
como convertidores de voltaje de ca.
14. ¿Cuál es el principio de conversión de cd-cd?
El voltaje de salida se controla mediante
la variación del tiempo de conducción t, `del transistor Q1, si T es el periodo
de corte, entonces t1=δT. Δ se conoce como el ciclo de trabajo del pulsador.
Un convertidor cd-cd también se conoce como
un pulsador o como un regulador de conmutación.
15. ¿Cuál es el principio de conversión de cd-ca?
Si los transistores M1 y M2 conducen durante
medio periodo, y M3 y M4 conducen durante la otra mitad, el voltaje de salida
tiene una forma alterna. El voltaje de salida puede ser controlado variando el
tiempo de conducción de los transistores.
16. ¿Cuáles son los pasos incluidos en el diseño de un equipo de electrónica de potencia?
El diseño de un equipo de un equipo de electrónica
de potencia se puede dividir en cuatro partes:
1.
Diseño de los circuitos de
potencia.
2.
Protección de los dispositivos
de potencia.
3.
Determinación de la estrategia
de control.
4.
Diseño de los circuitos lógicos
y de mando.
17. Cuáles son los efectos periféricos del equipo electrónico de potencia?
Las operaciones de los convertidores de
potencia se basan principalmente en la conmutación de dispositivos
semiconductores de potencia; y como resultado, los convertidores introducen
armónicas de corriente y de voltaje en el sistema de alimentación y en la
salida de los convertidores.
Estas pueden originar problemas de
distorsión de voltaje de salida, generación de armónicas en el sistema de
alimentación e interferencia con circuitos de comunicación y señalización.
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**************************** Fin de la actividad ***********************************
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28 de Septiembre del 2020
TC-3 Copia en tu cuaderno la siguiente información y realiza los resumen de los siguientes videos
Subtema 1.2 Introducción a
los dispositivos semiconductores de potencia.
Introducción
• Vamos a estudiar dispositivos semiconductores que se emplean en electrónica de potencia.
• Se caracterizan porque trabajan con tensiones y corrientes medias y altas.
• Algunos de ellos solamente existen como componentes de potencia.
• Otros son análogos a sus equivalentes de señal, pero manejando tensiones y corrientes superiores.
• A diferencia de ellos, van a trabajar habitualmente en conmutación.
• Vamos a considerar los siguientes:
– Diodos
– Transistores
– Tiristores
– Otros componentes
Resumen 1 de una pagina del siguiente video
https://www.youtube.com/watch?v=fFVU7-kfPe8
Resumen de 2 de 2 paginas del siguiente video
https://www.youtube.com/watch?v=FRdxA_8lx_k
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**************************** Fin de la actividad ***********************************
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TC4- Contesta el cuestionario o quiz sobre semiconductores, despues copialo a tu cuaderno con todas sus 4 opciones de respuestas
El cuastionario fue enviado por GoogleClassRoom
para responder al cuastionario necesitaras la siguiente información.
https://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/SEMICONDUCTORES.htm
Semiconductor
Como la misma palabra indica, no son aislante ni conductores.
Podemos definir los semiconductores como aquellos materiales que se comportan como conductores solo en determinadas condiciones, en otras condiones se comportan como aislantes.
Por eso se dice que están en un punto intermedio entre los conductores y los aislantes.
Por ejemplo, hay materiales que a partir de una cierta temperatura son conductores, pero por debajo de esa temperatura, son aislantes.
Otros factores que pueden influir en la conductividad de los semiconductores son la presión, presencia de un campo magnético o eléctrico o una radiación incidiendo sobre el semiconductor.
En electrónica son muy importantes ya que muchos componentes electrónicos se fabrican con semiconductores debido a su fiabilidad, su eficiencia y bajo coste. Aqui puedes ver los 13 materiales semiconductores que conocemos y su posición en la tabla periódica:
Como luego veremos unos se utilizan para construir semiconductores intrínsecos y otros para extrínsecos.
Cuando acabes de ver el tema, te recomendamos que hagas los ejercicios sobre semiconductores de la parte de abajo para repasar y ver lo que has aprendido.
Fisica de Semiconductores
Para entender los principios físicos de los semiconductores tenemos que conocer como están formados los átomos de los elementos.
En el núcleo del átomo se encuentran protones, con carga positiva y los neutrones, solo con masa, no tienen carga eléctrica. Fuera del núcleo y girando alrededor de él, en las llamadas órbitas, se encuentran los electrones, con la misma carga que los protones pero negativa.
Cualquier átomo tiene el mismo número de protones en su núcleo que electrones girando en órbitas alrededor del núcleo. La carga positiva de los protones se anula con la negativa de los electrones, por eso el átomo, en su estado normal, tiene carga eléctrica nula (no tiene carga).
Pero no todos los átomos son iguales. Cada elemento de la tabla periódica tiene diferentes átomos, pero todos están formados por las mismas partículas: protones, neutrones y electrones. Solo se diferencian en el número de ellas. El número de protones o electrones determina el número atómico del elemento.
Recuerda: los materiales están formados por átomos.
Los electrones son las partículas que realmente importan para estudiar la conducción eléctrica. La corriente eléctrica es un movimiento de electrones. Si somos capaces de mover los electrones de los átomos de un material de un átomo a otro, conseguiremos generar corriente eléctrica por él. Esta material se convertirá en conductor. Hay materiales que no podemos mover los electrones de sus átomos nunca, serán los aislantes.
- Conductor: los electrones de sus átomos podemos moverlos de un átomo a otro fácilmente.
- Aislante: los electrones de sus átomos no se pueden mover o es muy dificil conseguir moverlos.
Dentro de todos los electrones de un átomo, Los electrones que más fácil nos resultaría hacerles abandonar el átomo son los que se encuentran en la última capa u órbita del átomo. Ahora veremos por qué.
Cada órbita o capa en la que giran los electrones esta situada en lo que se llama una banda de energía. Los electrones que están girando un una banda, tiene la misma energía que esa banda. Para pasar un electrón de una banda de energía (capa) a otra necesitamos suministrarle energía para que se produzca el salto.
Los electrones más cercanos al núcleo están muy unidos a él y tienen poca energía. Los más externos son las que tienen más energía, pero los que resulta más fácil hacerles abandonar el átomo, porque precisamente son los más alejados y menos unidos al nucleo.
Para que un electrón de las capas más próximas al núcleo sea capaz de abandonar el átomo, tendríamos que ir pasándolo de capa en capa hasta llegar a la última capa. Es decir necesitaríamos ir suministrándole energía para pasar de una capa a otra hasta llegar a la más externa (banda de valencia). Inicialmente, tienen poca energía y pasarían a mucha energía al llegar a la capa más externa. Esto sería muy difícil de hacer, por este motivo, estos electrones no se usan para abandonar el átomo y provocar corriente eléctrica. Solo se usan los electrones de la última capa, llamados electrones de valencia. Estos son los que utilizaremos para hacerles abandonar el átomo, que pasen a otro y provocar corriente eléctrica por el material.
Si te interesa la configuración electrónica de los átomos te recomendamos el siguiente enlace para ampliar conocimientos: Configuración electrónica de los elementos.
Pero ojo, estos electrones de la última capa, la más externa o de valencia, todavía tenemos que lograr que abandonen esta capa para que dejen por completo al átomo. Es como si tuvieran que saltar una última capa. Esta capa la llamaremos de banda conducción. Sería esa capa de conducción, la que tendría que saltar un electrón de la última capa para hacerle abandonar por completo el átomo.
OJO el salto sería suministrándole energía. Salto es igual a energía. Hay materiales que esta capa de conducción, sería muy grande, les costaría mucho abandonar el átomo, incluso estando en la última capa o banda. Estos materiales son los aislantes. Si es muy fácil hacerles saltar esta capa (que pasen de la de valencia a la de conducción), se llamaría conductor.
- Conductor: banda de conducción pequeña.
- Aislante: Banda de conducción grande.
Podríamos resumir todo esto diciendo que los electrones dentro de un átomo se pueden encontrar en 3 tipos de bandas diferentes:
- Banda de Valencia: Intervalo energético donde están los electrones de la última órbita del átomo.
- Banda Prohibida: Energía que ha de adquirir un electrón de la banda de valencia para poder moverse libremente por el material y pasar a la banda de conducción.
- Banda de conducción: Intervalo energético donde están aquellos electrones que pueden moverse libremente. Están libres de la atracción del atomo.
Aquí tienes una ilustración de como serían las bandas de un material si fuera conductor, aislante o semiconductor.
En los aislantes un electrón de la capa de valencia no podríamos pasarlo a la de conducción, es demasiado difícil o ancha. Si te fijas en los conductores no hay capa prohibida, los electrones de valencia pasarían muy fácilmente a la de conducción.
Los semiconductores tienen una dificultad intermedia para pasar los electrones de valencia a la de conducción. En la mayoría de ellos es necesario suministrarles energía en forma de calor, por ejemplo, para que pasen de la de valencia a la de conducción. Es decir, convertirles en materiales conductores.
Un semiconductor se caracteriza por tener una banda prohibida, entre la de conducción y la de valencia, pero no muy ancha.
Características de Semiconductores
Tenemos que decir que cuando arrancamos un electrón al átomo, este se desequilibra, pasando a tener carga positiva (un protón más que electrones tenía). Esto es lo que se conoce como ionización, ya que lo convertimos en un ión positivo o catión.
Si por el contrario, el átomo no tiene su última capa llena y, por cualquier circunstancia le llega un electrón nuevo a esta capa, quedará cargado negativamente (un electrón más que protones tenía). Se convierte en un Ion negativo o anión.
El carbono, el silicio, el germanio y el estaño tienen en su última capa 4 electrones, se les llama tetravalente, por que pueden ceder 1, 2, 3 o 4 electrones.
Lógicamente un material está formado por millones de átomos, unidos mediante enlaces. Todos los semiconductores son materiales que tienen su átomos unidos por enlaces covalentes. (pincha en el enlace subrayado si quieres saber más). Comparten los electrones de su última capa de 2 en 2.
Uno de estos electrones compartidos entre dos átomo por medio el enlace covalente, será el que tengamos que arrancar.
Pero....¿Qué pasa entonces cuando el electrón abandona el átomo?. Pues que dejará lo que se llama un hueco.
Producción de pares electrón-hueco
Cuando un electrón se marcha del átomo rompe el enlace covalente de pares de electrones y dejará un hueco vacío (fíjate en la imagen de arriba en el silicio). Este hueco puede ser ocupado, más bien lo ocupará, otro electrón que hubiera abandonado otro átomo cercano a él. Así que se van generando huecos y estos huecos se van rellanando por otros electrones de otros átomos. Así es como pasa la corriente por los semiconductores, pares electrón-hueco.
Se dice que en la conducción de los semiconductores interviene el par electrón-hueco.
Los dos materiales que más se usan para fabricar semiconductores son el Germanio y el Silicio. Ahora bien, purificar un material al cien por cien, requiere procesos muy costosos, lo que hace que los materiales que se usan contengan muchas impurezas. Por la cantidad de impurezas que posean, se pueden clasificar en intrínsecos y extrínsecos.
Semiconductores Intrínsecos
Son los que prácticamente carecen de impurezas; un átomo de impureza por cada 10 elevado a 11, átomos del semiconductor.
Estos semiconductores, que se pueden considerar casi puros, la conducción se realiza por pares electrón-hueco, producido por generación térmica, de modo que cuanto mayor es el calor, mayor es la cantidad de portadores de carga libre generados (electrones-huecos) y menor su resistividad, siendo esta a temperatura ambiente (27ºC) de:
- Germanio = 60 ohmios por centímetro.
- Silicio = 150.000 ohmios por centímetro.
El Germanio tiene un ancho de banda prohibida de 0,72 eV (electrón voltios) y el Silicio de 1,12 eV.
Los semiconductores intrínsecos se usan como elementos sensibles a la temperatura, por ejemplo una termoresistencia (PTC o NTC).
Semiconductores Extrínsecos
Son los que poseen un átomo de impureza por cada 10 elevado a 7 átomos de semiconductor. Además estos átomos de impurezas, más numerosos que en los intrínsecos, suelen tener 3 o 5 electrones de valencia, con el fin de que les sobre o les falte un electrón para completar los enlaces covalentes con los átomos del material semiconductor (recuerda son 4 electrones en el enlace covalente).
Al tener portadores independientes de la generación térmica, la resistividad de estos es menor que la de los intrínsecos. Este tipo de semiconductores no se suelen usar para conducción por calor, para eso están los intrínsecos.
- Germanio = 4 ohmios por centímetro.
- Silicio = 150 ohmios por centímetro.
La conductividad de este tipo de semiconductores, será mayor cuanto mayor sea el número de portadores libres y, por tanto aumentará con el número de impurezas.
Como dijimos anteriormente, los átomos de impurezas suelen tener 3 o 5 electrones de valencia, lo que permite subdividir a estos semiconductores extrínsecos en dos tipos diferentes: Tipo N y Tipo P. Tipo N con impurezas con 5 electrones de valencia. Tipo P con impurezas de 3 electrones de valencia.
Como ves los del tipo N tienen impurezas donadoras de electrones por que proporcionan electrones. En la formación de enlaces covalentes les sobra un electrón.
Los del tipo P tienen impurezas aceptadores de electrones por que proporcionan huecos. En la formación de enlaces covalentes, al tener solo 3 electrones que pueden formar enlace, el enlace se queda con un hueco. Como los huecos atraen a los electrones, se pueden considerar con carga positiva.
Las impurezas en los del tipo N pueden ser átomos de arsénico, antimonio, fosforo, etc.
Las impurezas en los del tipo P pueden ser átomos de aluminio, boro, galio, etc.
Tanto en uno como en otro, los portadores son las impurezas. En un caso los portadores son electrones (tipo N) y en otro los huecos (tipo P).
La mayoría de los componentes electrónicos que se usan en electrónica: diodos, transistores, etc, se construyen uniendo semiconductores del tipo P con los del tipo N. La unión PN la puedes ver explicada en el siguiente enlace:Union PN.
Si quieres aprender electrónica de forma fácil para todos, te recomendamos el siguiente libro que contiene los conceptos básicos de electrónica explicados de forma sencilla y amena, ahora en oferta por solo 4€.
Para acabar, te dejamos un video que puede ser útil para entender todo esto mucho mejor:
Si te ha gustado haz click en Me Compartit, Gracias
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https://www.areatecnologia.com/TUTORIALES/SEMICONDUCTORES.htm
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**************************** Fin de la actividad ***********************************
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ALTO !!!! ESTO YA NO ES PARTE TU TRABAJO!!! ESPERA INSTRUCCIONES...
Subtema 1.3 Descripción,
características, ventajas y desventajas del funcionamiento del SCR, TRIAC,
DIAC.
https://www.youtube.com/watch?v=K2ki029r0w8
En tu cuaderno contesta lo siguiente:
1. Que es un tiristor?
2. Cual es su símbolo con sus nombres de terminales?
3. Que significa las siglas SCR?
4. Dibuja el SCR (C106)
5. Copia el ejemplo del Circuito de Activación del SCR
6. Realiza una lista de palabras o preguntas de las cosas que no entiendas sobre el circuito o sobre conectar al protoboard o el video en general
Saludos!!!
P.D. agregue este video para reforzar el tema, está mucho más fácil y divertido la explicación
https://www.youtube.com/watch?v=3RzjYXFARCw&t=59s
ALTO !!!! ESTO YA NO ES PARTE TU TRABAJO!!! ESPERA INSTRUCCIONES...
Subtema 1.4 Control por
dispositivos de disparo empleando: DIAC y UJT.
Subtema 1.5 Control de
Disparo por PWM utilizando el circuito integrado 555.
Subtema 1.6 Rectificadores
de media onda con carga R, RL: Monofásicos y trifásicos.
Subtema 1.7 Rectificadores
de onda completa con carga R, RL: monofásicos y trifásicos.
Subtema 1.8 Convertidor
CD-CD (Fuentes conmutadas).
Subtema 1.9 Convertidores
CD-CA.
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