TENSIONTEMA 8. LIMITACIONES DE CORRIENTE Yleopoldo/Store/tsp_8.pdf · Protección con Redes RC...

Tema 8. Limitaciones de Corriente y Tensin. Transparencia 1 de 25

TEMA 8. LIMITACIONES DE CORRIENTE YTENSION

8.1. INTRODUCCIN8.2. ASOCIACIN DE DISPOSITIVOS

8.2.1. Conexin en Serie8.2.2. Conexin en Paralelo

8.3. PROTECCIONES8.3.1. Proteccin contra Sobreintensidades8.3.2. Proteccin contra Sobretensiones

8.3.2.1. Proteccin con Redes RC8.3.2.2. Proteccin con Semiconductores y

Varistores de xido Metlico


INTRODUCCIN

1er tema dedicado a aspectos prcticos en el uso de Dispositivos dePotencia.

Prximo tema: Circuitos de Disparo. Siguiente tema: Limitaciones Trmicas.

Objetivo de este tema: No superar lmites recomendados porfabricantes (Tensiones, corrientes y sus derivadas) Evitar ladestruccin de los dispositivos:

Extensin de las caractersticas de los dispositivos pordificultad o imposibilidad de encontrar los dispositivosadecuados en el mercado:

Conexin Serie. Conexin Paralelo.

Empleo de dispositivos auxiliares para evitar que se superenlos lmites de los dispositivos:

Sobreintensidades. Empleo de Fusibles

Sobretensiones: Redes Amortiguadoras. Limitadores de tensin.


ASOCIACIN DE DISPOSITIVOS.CONEXIN EN SERIE

Al conectar en serie dos dispositivos se trata de poder realizar un convertidoren el que soporten tensiones mayores que las que soporta un solo dispositivo.

Optimo deberan soportar el doble de lo que soportan cada uno de ellos. Problema reparto desigual de las cadas de tensin entre los dosdispositivos (aunque sean del mismo fabricante y de la misma serie).

Ejemplo con SCR Cubre los casos de bloqueo directo e inverso.

VAK2 SCR1

VAK1 SCR2

VT

IA

VAK2 VAK1

IA

VAK VAK2 VAK1

VT= VAK1+VAK2 I= IA1=IA2

Reparto de Tensiones en una Asociacin Serie de Tiristores

SCR1 VAK1

SCR2

R1

IT

R2 VAK2

VT

Se pueden elegir R1 y R2 de tal formaque el par SCR1-R1 y el par SCR2-R2tengan la curva caractersticacompuesta muy parecida.

Problemas: Si en vez de dos son un nmeroelevado es imposible ajustarlo.

Al cambiar la temperaturacambian las curvas.

Cada vez que se sustituya un SCRpor mantenimiento hay quereajustar todas las resistencias



Debido a los problemas antes mencionados, se prefiere emplear resistenciasiguales que eviten un desequilibrio exagerado entre las tensiones soportadaspor los dispositivos, as para el caso de dos dispositivos el efecto de conectaruna resistencia igual a cada dispositivo es (slo se considera bloqueo directo, elefecto sobre el bloqueo inverso es anlogo):

SCR1 VAK1

SCR2

R1

IT

R2 VAK2

VT

VAK1

IA

VAK2 VAK

VAK1

VAK2

Reparto de Tensiones en una Asociacin Serie de Tiristores

Restricciones:

Ninguna de las tensiones andicas deber ser mayor que la mximasoportable por cada dispositivo (Ep).

La tensin total mxima ser la suma de las dos tensiones nodo-ctodo,cuando la mayor de las dos alcance su valor mximo (Ep).

El mayor valor posible ser cuando las dos tensiones nodo-ctodosean iguales entre s y al valor mximo (Ep).

Cuanto menor sea R ms parecidas sern las dos tensiones nodo-ctodo.

Cuanto menor sea R tendremos ms disipacin de potencia en R, paran resistencias las prdidas totales sern:

Pn.(Ep)2/R



VAK1= Ep=I1R SCR1

I=IAmin

R

R

R

M

M

R

I=IAmax

SCR2

SCR3

SCRn

I=IAmax

I=IAmax

VAK2

VAK3

VAKn

I1

I2

I2

I2

VT=Em

Ecualizacin Esttica de una asociacin serie de SCRs (Ep ser lamxima tensin que soporta un dispositivo en bloqueo directo o inverso)

I I1 2> nAKAKAKAK VVVV ==> L321

PAK ERIV == 11 ; E E n R Im p= + ( )1 2

Como: I I I Amax2 1= resulta:

Se ha de repetir para bloqueo directo e inverso y elegir el menor valorque resulte para R.

Rn E En I

p m

Amax

( )1



En las transiciones de cebado a bloqueo y viceversa pueden presentarseproblemas debido a la diferencia de velocidad de cada dispositivo:

Cebado: Si se retrasa uno de los dispositivos Soportar toda la tensin. En el caso del SCR es menos grave que en otros dispositivos, ya quela tensin cae a unos pocos voltios (Debe evitarse, porque a la larga sedaar).

La solucin es dar un pulso de puerta adecuado para que todos losdispositivos entren en conduccin a la vez.

Debe llegar el pulso a la vez (Uso de fibras pticas, caminosiguales).

Debe ser lo ms escarpado posible.

Bloqueo: Si se adelanta un dispositivo Soportar toda la tensinentrando en ruptura.

En el caso del SCR es ms grave que en otros dispositivos, ya que latensin cae a unos pocos voltios y no se consigue que se bloquee.

Una posible solucin es retrasar todos los SCR aadiendo unacapacidad en paralelo:

C

C

M

C

M

C

RD

RD

Esta solucin tiene el problema deque al cebar los SCR hay unaselevadas corrientes andicas ysobre todo una elevada derivadade dicha corriente

Esta solucin tiene elproblema de no ser capaz deretrasar los SCR el tiemporequerido.



La solucin pasa por tener un circuito con un diodo, que al cebar permita unadescarga lenta del condensador a travs de RD pero al bloquear, conecte C

directamente a la tensin nodo-ctodo. El circuito completo para la conexinserie de un grupo de SCRs ser por tanto:

D

C

D

C

M Ecualizacin Dinmica Ecualizacin Esttica

RD

RD

RS

RS

Ecualizacin Esttica y Dinmica de un grupo de SCRs conectados en serie.


ASOCIACIN DE DISPOSITIVOS.CONEXIN EN PARALELO

Al conectar en paralelo dos dispositivos se trata de poder realizar unconvertidor en el que soporten corrientes mayores que las que soporta unsolo dispositivo.

ptimo deberan soportar una corriente el doble de lo que soportacada uno de ellos.

Problema reparto desigual de las corrientes entre los dos dispositivos(aunque sean del mismo fabricante y de la misma serie).

Ejemplo con SCR

SCR1

IA IA1

SCR2

IA2 VAK

IA IA1

IA2

VAK

Reparto de Corrientes en una Asociacin Paralelo de Tiristores

El problema se agrava cuando la derivada de la tensin nodo-ctodo enconduccin es negativa



El problema se agrava cuando la derivada de la tensin nodo-ctodo enconduccin es negativa: T1

T1+T1 T2

T2 -T2

b)

IA

VAK a)

IA IA1

IA2 IA

IA1

IA2

IA IA1

IA2 IA

IA1 IA2

SCR1 SCR2

VAK VAK VAK

Conexin en paralelo de dos dispositivos de potencia: a) Con coeficiente detemperatura negativo y b) Con coeficiente positivo.

Si por uno de los dispositivos pasa ms corriente, se calentar ms. Si sube la temperatura se desplaza la curva caracterstica esttica paradisminuir su cada de tensin.

Si tiene menor cada de tensin que los dems, circular una corriente anmayor.

Ese incremento de corriente ocasionar un aumento de la temperatura,haciendo que el desequilibrio de corrientes sea muy grande.

Si la derivada de la tensin nodo-ctodo en conduccin es positiva el efecto esjusto el contrario y se equilibran las corrientes.



Si los dispositivos tienen coeficiente negativo es necesario el uso deecualizacin, por ejemplo empleando resistencias o bobinas acopladas:

SCR1

IA

R VAK

SCR2

IA IA1

IA2

VAK

IA1 IA2

R

VAK

IA1 IA2

Uso de resistencias ecualizadoras. Problema: La Potencia crece con elcuadrado de la corriente No se puede usar para corrientes elevadas.



Conexin de tres dispositivos en paralelo

Conexin de dos dispositivos en paralelo

Conexin de 2 y 3 Tiristores en Paralelo con Bobinas Ecualizadoras:

Ventaja: No prdida de potencia en resistencias

Desventajas: Demasiada complejidad al subir el nmero de dispositivos enparalelo: coste, peso y volumen.



Aunque los dispositivos tengan coeficiente de temperatura negativo, sepueden conectar si te tienen en cuenta las siguientes recomendaciones:

Si se puede elegir midiendo las cadas a corriente nominal y aTemperatura constante, se puede definir una banda de voltajes porejemplo de 50 mVoltios y escoger los que caigan dentro de la banda.

Se debe cuidar especialmente el cableado (pletinas) para que seandel mismo tamao y no provoque cadas extra que ocasionenmayores desequilibrios.

Se deben montar en una misma aleta, para tratar de igualar lastemperaturas de las cpsulas.

Se debe cuidar especialmente el circuito de disparo generando unpulso con una pendiente elevada y del valor adecuado al nmero dedispositivos conectados en paralelo. A cada dispositivo le debellegar el pulso a la vez.

Retrasos en el disparo pueden hacer que no lleguen a entraren conduccin los SCR retrasados (por tensin nodo-ctodomuy baja), sobrecargando a los que se han adelantado.

SCR Auxiliar Mdulo de Potencia nodo

Puerta

Ctodo

Conjunto de Varios Tiristores en Paralelo en un mismo Encapsuladoincluyendo un SCR auxiliar para el disparo.

En el encapsulado de estos mdulos, los fabricantes tienen en cuentalas recomendaciones anteriores, por lo que pueden usarse sinproblemas.


PROTECCIONES.

En este tema se va a estudiar la proteccin de los dispositivos, no la proteccinde mquinas o personas (objeto de otras asignaturas).

Los dispositivos debern protegerse contra:

Sobreintensidades: Posibles causas:

Sobrecargas. Cortocircuitos.

Medidas a tomar: Al tratarse ambas causas de un mal funcionamiento,debe detenerse la operacin del dispositivo, hasta que un operadorrepare la causa. Fusibles. Interruptores.

Sobretensiones: Posibles causas:

Causas externas al circuito: Perturbaciones atmosfricas Conexiones y desconexiones de equipos en la red.

Causas internas al circuito: Variaciones bruscas de corrientes por bobinas.

Medidas a tomar: Al ser un funcionamiento normal del circuito, deberevitarse que se superen los lmites de tensin de cada dispositivo y susderivadas. Por tanto, se limitar el efecto de las sobretensiones dejandoel circuito en servicio. Redes RC. Dispositivos auxiliares limitadores de tensin.


PROTECCIN CONTRA SOBREINTENSIDADES

Imax

tm : Tiempo de fusin ta : Tiempo de arco tc : Tiempo de limpieza de la falta

t

Icc

tm ta

tc

Corriente sin el fusible

Corriente sin el fusible

Efecto Limitador de Corriente en un Fusible

Al seleccionar un fusible es necesario calcular la corriente de fallo y tener encuenta lo siguiente:

1. El fusible debe conducir de forma continua la corriente nominal deldispositivo.

2. El valor de la energa permitida del fusible (i2tc) debe ser menor que la deldispositivo que se pretende proteger.

3. El fusible debe ser capaz de soportar toda la tensin una vez que se haya

extinguido el arco. 4. La tensin que provoca un arco en el fusible debe ser mayor que la tensin

de pico del dispositivo.



t, segundos 10-2

I(RMS)

10-1 1 10

Caracterstica del dispositivo

Caracterstica del fusible

Proteccin Completa con un Fusible

t, segundos

dispositivo

10-2

I(RMS)

10-1 1 10

fusible

disyuntor magntico

disyuntor trmico



Rectificador

Red AC

F1

F2

T1

T4

T2

T3

C

arga

Proteccin de un Grupo de Dispositivos

Rectificador

Red AC

F3

T1

T4

T2

T3

F4

F1 F2

Car

ga

Proteccin Individual de los Dispositivos


PROTECCIN CONTRA DERIVADA MXIMA DEINTENSIDAD

Ron

Don

Lon

Amortiguador de encendido

En el encendido del SCR o GTO ser:

Lonon

A VLt

I=

1

IA

Limitacin de la Derivada Mxima de la Corriente en un Dispositivo


PROTECCIN CONTRA SOBRETENSIONES

LS

IA

t

t

IA

VAK VR

dIA /dt=VR /LS

VP

t

t

IA

VAK VR

ta tb

Sobretensin

Carga almacenada

a ) b) c)

Sobretensin Producida al Cortar un Circuito Inductivo.:a) Circuito, b) Conmutacin con un Dispositivo Ideal, c) Conmutacin con un

Dispositivo Real


PROTECCIN CONTRA SOBRETENSIONES.USO DE REDES RC

Amortiguador de apagado

R

LS

C

t

t

IA

IA

VAK

VP VR

ta tb=0

Uso de un Circuito Amortiguador en la Conmutacin de un Dispositivo


PROTECCIN CONTRA SOBRETENSIONES.DESCONEXIN DE LA RED

Red AC Transformador

Amorti-guador

Lm R

C

Vo

S1

VAC

Con

vert

idor

de

Pot

enci

a

a) Circuito Equivalente antes de la Desconexin de la Red

Circuito

Resonante

Lm R

C

Vo

b) Circuito Equivalente tras la Desconexin de la Red


PROTECCIN CONTRA SOBRETENSIONES.DESCONEXIN DE LA CARGA

Amorti- guador

R

C

VS

Convertidor de Potencia

C

arga

IL

LS

S2

Vo

a) Carga Conectada

Circuito Resonante

LS R

C

VS C

arga

b) Desconexin de la Carga


PROTECCIN CONTRA SOBRETENSIONES. SVSSVS: Silicon Surge Voltage Supressor:

Hace el efecto de dos diodos Zener conectados en antiparalelo, entrando enconduccin si se supera la tensinLmite, protegiendo los dispositivoscontra sobretensiones.

Estructura, smbolo de circuito y fotografa de SVS

Se conectarn en paralelo con el dispositivo o equipo que deba ser protegido, aspara proteger a un SCR, se elegir un SVS de forma que teniendo en cuenta lastolerancias de fabricacin del SVS para la corriente mxima prevista por elSVS no se alcance la tensin VDRM o VRRM del SCR.

Tensiones y corrientes al conectar un SVS en paralelo con un SCR.


PROTECCIN CONTRA SOBRETENSIONES.OTROS DISPOSITIVOS: Diodos de Selenio y MOVs

Adems de los SVS, se utilizan Diodos de Selenio y MOV (Metal xido Varistor):

Los Diodos de Selenio son Diodos Zener, y por tanto protegen en un solosentido. Son bastante antiguos y con poca capacidad de disipacin de energa.

Los MOV son resistencias no lineales dependientes de la tensin, de forma que atensiones por debajo del umbral presentan una resistividad muy elevada, pero alsuperar su umbral tienen una resistividad mucho mas baja comportndose deforma parecida a los SVS (como dos diodos Zener en antiserie). Son dispositivosformados por un aglomerado de microgrnulos de xido de Zinc, y pequeascantidades de otros xidos metlicos (Bismuto, Cobalto, Manganeso...). Estosgrnulos forman uniones p-n en sus bordes, de forma que el conjunto es un numeroelevado de uniones p-n en serie.

Estos dispositivos pueden conectarse en serie o en paralelo si es necesario.

Comparacin entre estos dispositivos:

V. DC I. Pico P. Pico E. Pico Vp/Vnom(V) (A) (kW) (Julios) -

SVS 400-3.200 135-50 65-192 3.5-10


PROTECCIN CONTRA SOBRETENSIONES

Dispositivo a Proteger

R

C

SVS MOV

Uso conjunto de varistores y redes RC para proteger a un dispositivo o equipo.

TENSIONTEMA 8. LIMITACIONES DE CORRIENTE Yleopoldo/Store/tsp_8.pdf · Protección con Redes RC...

Documents

Transcript of TENSIONTEMA 8. LIMITACIONES DE CORRIENTE Yleopoldo/Store/tsp_8.pdf · Protección con Redes RC...