Electronica de Potencia Rashid 3Ed cap 18

  • CAPTULO 1 8Proteccin de dispositivosy circuitosLos objetivos de aprendizaje para este captulo son lossiguientes:Comprender la analoga elctrica de los modelos trmicos, y losmtodos para enfriar dispositivosde potenciaAprender los mtodos para proteger los dispositivos contra tasasde dildt y dv/dt excesivas, y contravoltajes transitorios debidos adesconexin de carga y suministroAprender cmo se seleccionan fusibles de accin rpida paraproteger los dispositivos de potencia Aprender sobre las fuentes deinterferencia electromagntica (EMI) y los mtodos para minimizarsus efectos sobre los circuitos que las reciben18.1 INTRODUCCiNDebido al proceso de recuperacin en sentido inverso de losdispositivos de potencia, y las accio-nes de conmutacin enpresencia de inductancias de circuito, pueden presentarse voltajestransi-torios en los circuitos convertidores. Aun en los circuitosdiseados con cuidado, pueden existircondiciones de falla porcortocircuito, dando como resultado un flujo excesivo de corrienteporlos dispositivos. El calor producido por las prdidas en un semiconductor se debe disipar de mo-do suficiente y eficaz para que lascondiciones del circuito no se salgan de las especificaciones delosdispositivos de potencia, proporcionando proteccin contrasobrevoltaje, sobrecorriente ysobre calentamiento. En la prctica,los dispositivos de potencia se protegen contra 1) avalanchatrmico,con disipadores de calor, 2) altas tasas dv/dt y dildt, conamortiguadores, 3) estados tran-sitorios por recuperacin inversa,4) estados transitorios en el lado de la alimentacin y de lacar-ga, y 5) condiciones de falla, con fusibles.18.2 ENFRIAMIENTO Y DISIPADORES DE CALORDebido a las prdidas en estado activo y por conmutacin, dentrodel dispositivo de potencia segenera calor. Este calor se debetransferir del dispositivo a un medio de enfriamiento, paraman-tener la temperatura de operacin en la unin dentro delintervalo especificado. Aunque esta791
  • 792 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitosFIGURA 18.1Analoga elctrica de la transferencia de calor.transferencia de calor se puede efectuar por conduccin,conveccin o radiacin, lo que ms seusa en aplicaciones industrialeses la conveccin natural (enfriamiento natural) o forzada(en-friamiento forzado) con aire.El calor debe pasar del dispositivo a su encapsulado y despus aldisipador o radiador decalor en el medio de enfriamiento. Si PA esla prdida promedio de potencia en el dispositivo, laanalogaelctrica del mismo, cuando est montado en un disipador de calor, seve en la figura18.1. La temperatura de unin de un dispositivo esT,y se determina con(18.1)donde R,c = resistencia trmica de unin a caja, CfWRcs =resistencia trmica del encapsulado al disipador, C/WRSA =resistencia trmica de disipador a ambiente, CfWTA = temperaturaambiente, CEn el caso normal, las resistencias R,c YRcs las especifican losfabricantes del dispositivode potencia. Una vez conocida la prdidade potencia PA, se puede calcular la resistencia trmi-ca requeridadel disipador de calor, para determinada temperatura ambiente TA-El siguiente pa-so es elegir un disipador, y su tamao, que cumplancon el requisito de resistencia trmica.Hay disponible una amplia variedad de disipadores de calor dealuminio extruido en el co-mercio, y usan aletas de enfriamientopara aumentar la capacidad de transferencia de calor.Lascaractersticas de resistencia trmica de un disipador de calortpico, con enfriamiento por con-veccin natural y forzada se ven enla figura 18.2, donde se muestra la disipacin de potencia enfuncindel aumento de temperatura del disipador, para enfriamientonatural. En el enfriamien-to forzado, la resistencia trmicadisminuye al aumentar la velocidad del aire. Sin embargo, msall decierta velocidad, la reduccin de resistencia trmica no esimportante. En la figura 18.3 seven disipadores de calor dediversos tipos.Tiene importancia extrema el rea de contacto entre eldispositivo y el radiador de calor,para minimizar la resistenciatrmica entre el encapsulado y el disipador. Las superficiesdebenser planas, lisas y sin polvo, corrosin ni xidossuperficiales. En el caso normal, se aplican grasasde silicona paramejorar la capacidad de transferencia trmica y para minimizar laformacin dexidos y corrosiones.El dispositivo se debe montar en forma correcta sobre eldisipador de calor, para obtenerla presin correcta de montaje entrelas superficies correspondientes. Los fabricantes del dispositi-vosuelen recomendar los procedimientos adecuados de instalacin. En elcaso de dispositivos
  • 18.2 Enfriamiento y disipadores de calor 793Velocidad del aire (pies/min)~ 1000~~ 90Q).s8 80′»100 200 300 400 500 600 700 800 900 10001.0~0.9~O)0.8 ~:o0.7 ~co0.6 o»O'»0.5.~:o0.4 :g'»u0.3 ‘..’B0.2 ‘»Te0.1 ~.;;Q)O ::;:50070//431/ /-71 I4331/ J- ~,rY…./ V «
  • 794 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitosFIGURA 18.4Fuentede calor(dispositivo)Tubos de calor. Aletas de enfriamientoevapora al lquido y entonces el vapor va bacia el lado decondensacin, donde se condensa, y ellquido regresa aliado de lafuente de calor. El dispositivo de potencia puede estar a algunadis-tancia del disipador de calor.En aplicaciones con altas potencias, los dispositivos se enfranmejor con lquidos, que en elcaso normal son aceite o agua. Elenfriamiento con agua es muy eficiente, unas tres veces mseficienteque el enfriamiento con aceite. Sin embargo, es necesario usar aguadestilada para mi-nimizar la corrosin, y agregarle anticongelante.El aceite es inflamable. El enfriamiento poraceite, que puede estarrestringido a algunas aplicaciones, proporciona un buen aislamientoy eli-mina los problemas de corrosin y congelamiento. Los tubostrmicos y los disipadores de calorenfriados con lquido se consiguenen el comercio. En la figura 18.5 se ven dos interruptores deeaenfriados por agua. Los convertidores de potencia se consiguen enunidades para ensamblar,como los de la figura 18.6.La impedancia trmica de un dispositivo de potencia es muypequea, y el resultado es quela temperatura de unin del dispositivovara en funcin de la prdida instantnea de potencia.La temperaturainstantnea de la unin siempre debe mantenerse ms baja que el valoracepta-ble. Los fabricantes de dispositivo proporcionan una grficade la impedancia trmica de estadotransitorio en funcin de laduracin de un pulso cuadrado, como parte de sus bojas de datos.Apartir del conocimiento de la onda de corriente por undispositivo, se puede determinar una gr-fica de prdida de potenciaen funcin del tiempo, y a continuacin las caractersticas deimpe-dancia transitoria se pueden usar para calcular lasvariaciones de temperatura en funcin deltiempo. Si el medio deenfriamiento falla en los sistemas prcticos, en el caso normal elaumentode temperatura de los disipadores de calor sirve paradesconectar los convertidores de potencia,en especial enaplicaciones con grandes potencias.Se puede aplicar la respuesta escaln de un sistema de primerorden, para expresar la impe-dancia trmica transitoria. Si Zo es laimpedancia trmica del encapsulado a la unin en estadoFIGURA 18.5Interruptores de ea enfriador poragua. (Cortesa de Powerex,Inc.)
  • 18.2 Enfriamiento y disipadores de calor 795FIGURA 18.6Unidades de ensamble. (Cortesa de Powerex, Inc.)permanente, la impedancia trmica instantnea se puede expresarentonces como sigue:(18.2)donde Tth es la constante de tiempo trmico del dispositivo. Sila prdida de potencia es Pd, elaumento instantneo de temperatura enla unin, respecto al encapsulado, esT, = PdZ(t) (18.3)Si la prdida de potencia es de tipo pulsado, como la de lafigura 18.7, se puede aplicar laecuacin (18.3) para graficar lasrespuestas escaln de la temperatura T,(t) de la unin. Si t; esladuracin del n-simo pulso de potencia, las impedancias trmicascorrespondientes al principioy al final del n-simo pulso son Zo =Z(t = O) = y Z; = Z(t = tn), respectivamente. La impedanciatrmicaZ; = Z(t = tn) correspondiente a la duracin de tn se puededeterminar a partir de las ca-ractersticas de impedancia trmicatransitoria. Si P1, P2, P3, … , son los pulsos de potencia con P2=P4 = … = 0, la temperatura de la unin al final del m-simo pulsose puede expresar como sigue:(18.4)m= T,o + L Pn(Zn – Zn+l)n=1,3, …donde T,o es la temperatura inicial de la unin. Los signosnegativos de Z2, Z4, … , indican que latemperatura de la uninbaja durante los intervalos t2, t4, t6, …P(t)~ —————– ~P3PIO~–~–~–~L—~–~L—~–~L-~tII I I I~II:II I I II I II I II I I II I I II I I IFIGURA 18.7Temperatura de unin con pulsosrectangulares.
  • 796 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitosFIGURA 18.8Aproximacin a un pulso de potencia Tjomedian te pulsos rectangulares. O ‘—-‘—‘—‘–~—–‘—‘—-‘—‘–«—‘– .OEl concepto de respuesta escaln de la temperatura de unin sepuede extender a otrasformas de onda de potencia [13]. Cualquierforma de onda se puede representar, en forma apro-ximada, porpulsos rectangulares de duracin igualo desigual, siendo la amplitudde cada pulsoigual a la amplitud promedio del pulso real durante elmismo periodo. Se puede mejorar la exacti-tud de esasaproximaciones, aumentando la cantidad de pulsos y reduciendo laduracin de cadauno. Esto se ve en la figura 18.8.La temperatura de la unin al final del m-simo pulso se puededeterminar conm= TIo + L Zn(Pn – Pn-1)n=1,2 …(18.5)donde Z; es la impedancia al final del n-simo pulso de duracintn = St. Pn es la prdida de po-tencia para el n-simo pulso, y Po=O;t es el intervalo de tiempo.Ejemplo 18.1 Grfica de la temperatura de unin instantneaLa prdida de potencia de un dispositivo se ve en la figura 18.9.Graficar el aumento instantneo de la tem-peratura respecto alencapsulado. P2 = P4 = P6 = O,PI = 800 W, P3 = 1200 W y Ps = 600 W.Para tI = t3 =ts = 1 ms, la hoja de datos indicaZ(t = tI) = ZI = Z3 = Zs = 0.035 CfWP(W)1200800600——–f—–I I1 0.5 1 0.5 I 1 10.5 I t(ms)FIGURA 18.9Prdida de potencia en dispositivo. O
  • 18.3 Modelado trmico de los dispositivos conmutadores depotencia 797~Tj(t)50 ——-20 IIIIIIO L- __ –‘-_-‘– ~—‘ ~_..!..I __ ~ t(ms) Aumento detemperatura de unin para el1 1.5 2.5 3.0 4 4.5 ejemplo 18.1.5026403010 FIGURA 18.10SolucinSe puede aplicar en forma directa la ecuacin (18.4) paracalcular el aumento de temperatura en la unin.tl.T(t = 1 ms) = T(t = 1 ms) – To = ZlP = 0.035 X 800 =28Ctl.T(t = 1.5 ms) = 28 – ZZPl = 28 – 0.025 X 800 = 8Ctl.T(t = 2.5ms) = 8 + Z3P3 = 8 + 0.035 X 1200 = 50Ctl.T(t = 3 ms) = 50 – Z4P3 =50 – 0.025 X 1200 = 20Ctl.T(t = 4 ms) = 20 + ZsPs = 20 + 0.035 X600 = 41Ctl.T(t = 4.5 ms) = 41 – Z6PS = 41 – 0.025 X 600 = 26CEl aumento de temperatura de la unin, respecto al encapsulado,se ve en la figura 18.10.Puntos clave de la seccin 18.2Se deben proteger los dispositivos de potencia contra el calorexcesivo que se genere debi-do a la potencia disipada, mediantedisipadores de calor.La temperatura instantnea de la unin no debe ser mayor que latemperatura mxima es-pecificada por el fabricante.8.3 MODELADO TRMICO DE LOS DISPOSITIVOS CONMUTADORES DEPOTENCIALa potencia generada dentro de un dispositivo aumenta latemperatura del mismo, lo cual, a suvez, afecta en forma importantesus caractersticas. Por ejemplo, la movilidad (valores tanto enelinterior como en la superficie), el voltaje de umbral, laresistencia de drenaje y diversas capaci-tancias debidas al xido enun transistor metal xido semi conductor (MOS), todos dependen delatemperatura. La dependencia de la movilidad en el interior respectoa la temperatura causaun aumento en la resistencia al aumentar latemperatura, y con ella afecta a la disipacin de po-tencia. Esosparmetros de dispositivo pueden afectar la exactitud del modelo detransistor. En
  • 798 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitosTABLA18.1 Equivalencias entre las variables elctricas ytrmicasTrmicas ElctricasTemperatura, T,en KFlujo de calor, P, en wattsResistenciatrmica, R,h, en K!WCapacitancia trmica, C’h’ en Ws/KVoltaje, V, en voltsCorriente, I, en amperesResistencia, R, enV/A (O)Capacitancia, C, en A.sNconsecuencia, el calentamiento instantneo del dispositivo sedebe incorporar, acoplar, en formadirecta con su modelo trmico ycon su disipador trmico. Esto es, la disipacin instantneadepotencia en el transistor est determinada en todo momento, y sedebe alimentar una corrienteproporcional a la potencia disipada ala red trmica equivalente [13]. La tabla 18.1 muestralaequivalencia entre las variables elctricas y trmicas.18.3.1 Equivalente elctrico del modelo trmicoLa trayectoria del calor del semiconductor al disipador de calorse puede modelar con un anlo-go de la lnea de transmisin elctricaque se ve en la figura 18.11. Se necesitan la resistencia ylacapacitancia trmica por unidad de longitud para caracterizar conexactitud las propiedades tr-micas. La fuente de alimentacinelctrica P(t) representa la disipacin de potencia (flujo de ca-lor)interna del semiconductor, en el equivalente trmico.Rth YCth son los parmetros equivalentes concentrados de loselementos en el interior deun dispositivo. Se pueden deducir enforma directa de la estructura del elemento, cuando pre-sentabsicamente flujo unidimensional (o unidireccional) de calor. Lafigura 18.12 muestra loselementos del equivalente trmico de untransistor tpico en un encapsulado con perno para di-sipador (porejemplo, TO-220 o D-Pak). Los elementos equivalentes trmicos sepueden deter-minar en forma directa a partir de la estructurafsica. La estructura se segmenta en volmenesparciales (normalmentepor un factor de 2 a 8) con constantes trmicas de tiempo (Rth,veth,)progresivamente mayores en direccin de la propagacin decalor.Si el rea inductora de calor es menor que la seccin transversaldel material conductor,sepresenta un efecto de «reparticin decalor» como se ve en la figura 18.12. Se puede tener encuenta eseefecto aumentando la seccin transversal conductora de calor A [1].La capacitanciaRth.n———-~–~-,11T,+~——–~——~———-~——————–~——~P(t)FIGURA 18.11Circuito equivalente a una lnea de transmisin elctrica, paramodelar la conduccin de calor.
  • 18.3 Modelado trmico de los dispositivos conmutadores depotencia 799.—-+——-cthS-t———\—..,//// Cth6/./ Marco de plomo._._._._._._._._.-\-.~.Rth5 \\\\Rtb6 \.FIGURA 18.12l.dTd IR = A,nA-C(I = c-p-d=A I–Elementos del equivalente trmico para modelar la conduccin decalor. [Ref. 1,M. Marz.]trmica ell depende del calor especfico e y de la densidad demasa p. Para que el calor se propa-gue en medios homogneos sesupone que el ngulo de propagacin es de unos 40, y que las ca-passiguientes no obstruyen la propagacin de calor por bajaconductividad trmica. El tamaode cada elemento de volumen se debedeterminar con exactitud, porque su capacitancia trmicatiene unainfluencia decisiva sobre la impedancia trmica del sistema, cuandosuceden pulsos dedisipacin de potencia de muy corta duracin. Latabla 18.2 muestra los datos trmicos de mate-riales comunes.Tambin se puede usar el mtodo de anlisis por elementos finitos(FEA, de finite elementanalysis) para calcular el flujo de calor.En este mtodo se divide toda la estructura, que a vecescubre variasdecenas o centenas de miles de elementos finitos, en subestructurasadecuadas paradeterminar elementos concentrados equivalentes. Amenos que este proceso se resuelva conherramientas normales deprogramacin de FEA, esta solucin es demasiado compleja en lamayorparte de las aplicaciones.TABLA 18.2 Datos trmicos para materiales comunes [Ref.1]>»(11 [W/(mK)] e [J/(gK)]SilicioSoldadura (Sn-Pb)CuAlAl203FR4Pasta conductora decalorHoja aislante2.497.6 a 8.92.73.814060310 a 390170 a 230240.30.4 a 2.60.9 a 2.70.70.20.385 a 0.420.9 a 0.950.8
  • (18.6)800 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitos18.3.2 Circuito equivalente trmico matemticoEl circuito equivalente de la figura 18.11 se llama confrecuencia circuito equivalente natural ofsico de la conduccin decalor, y describe en forma correcta la distribucin interna de latempe-ratura. Permite tener una correlacin clara de los elementosequivalentes a los elementos estruc-turales reales. Si no senecesita la distribucin interna de temperatura, que es el casonormal, lared trmica equivalente, como se muestra en la figura18.13, se usa con frecuencia para describir,en forma correcta, elcomportamiento trmico en las terminales de datos de la cajanegra.Los elementos RC individuales representan los trminos de unadivisin en fracciones par-ciales de la funcin de transferenciatrmica del sistema. Usando la representacin en fraccionesparciales,se puede expresar la respuesta escaln de la impedancia trmica comosigue:La impedancia equivalente de entrada, en las terminales deentrada, se puede expresar como sigue:1Zth = ———————————-1SCth,l + ———1—-SRth,l + ———1-SCth,2 + +–Rth,n(18.7)Los datos de la curva de impedancia trmica transitoria se puedenprocesar con algoritmosnormales de ajuste de curva, de programas decmputo como Mathcad, para determinar los ele-mentos Rth y Cth.Lacurva de impedancia trmica transitoria se suele proporcionar conlas hojasde datos del dispositivo.Este modelo sencillo se basa en la parametrizacin de loselementos del circuito equivalen-te, usando datos de mediciones yun ajuste de curvas. El procedimiento normal para la curvadeenfriamiento es, en la prctica, primero calentar el componentecon una disipacin especfica Pkde potencia hasta que llegue a unatemperatura estable, Tjk’ Si se conoce la dependencia trmicaxL.P(t)+FIGURA 18.13Circuito equivalente simple del modelo matemtico, Ref. 1.
  • 18.3 Modelado trmico de los dispositivos conmutadores depotencia 801exacta de un parmetro del semiconductor, como por ejemplo lacada de voltaje en polarizacindirecta, se puede determinar lagrfica de T/t), llamada curva de enfriamiento, reduciendo ladi-sipacin de potencia Pk en forma progresiva hasta cero. Estacurva de enfriamiento se puedeusar para determinar la impedanciatrmica transitoria del dispositivo.Tk – T(t)Z -‘ ,th – Pk(18.8)18.3.3 Acoplamiento de componentes elctricos y trmicosCon el acoplamiento del circuito trmico equivalente con elmodelo del dispositivo, como se veen la figura 18.14 para untransistor de efecto de campo metal xido semiconductor (MOSFET)sepuede simular la temperatura instantnea de la unin. La disipacininstantnea de potenciaen el dispositivo (ID VDS) est determinada entodo momento, y se alimenta una corriente pro-porcional a lapotencia disipada en la red trmica equivalente. Entonces, elvoltaje en el nodo Tdefine la temperatura instantnea de unin, queafecta en forma directa a los parmetros delMOSFET dependientes dela temperatura. El modelo acoplado de circuito puede simular latem-peratura instantnea de la unin bajo condiciones dinmicas, comopor ejemplo cortocircuito ysobrecarga.El canal MOS puede describirse con un modelo de MOS de tresniveles (Xl) en SPICE.La temperatura se define con la variableglobal «Temp» de SPICE. El voltaje de umbral, la co-rriente dedrenaje y la resistencia de drenaje se escalan de acuerdo con latemperatura instant-nea Tj de la unin. La corriente de drenaje lo.(Temp) se escala con un factor dependiente de latemperaturadefinido porT )-3/21D(~) = 1v;(Temp)(-‘-Temp(18.9)El voltaje de umbral tiene un coeficiente trmico de -2.5 mVIK yel voltaje efectivo de compuer-ta al dispositivo MOS puede hacersedependiente de la temperatura usando el comportamientoCompuertaDrenaje—————————–.IIII—Ft’5–ci:rr~calor’–__ —_~h2 ~h6 : __1_~IIIII—————————–~FuenteFIGURA 18.14Acoplamiento de componentes elctricos y trmicos. [Ref. 1,M.Marz.]
  • 802 Captulo 18 Proteccinde dispositivosy circuitosdel modelo anlogo de SPICE. Debido a la importancia del modeladotrmico del dispositivo,algunos fabricantes de dispositivos(Infineon Technologies) ofrecen modelos de dependenciatrmica enSPICE y en SABER para sus dispositivos de potencia.Ejemplo 18.2 Clculo de los parmetros del circuito trmicoequivalenteUn dispositivo con un encapsulado TO-220 est montado con hojaaislante de 0.33 mm de espesor, en un pe-queo disipador trmico dealuminio, como se ve en la figura 18.15a. La resistencia trmica deldisipadortrmico es Rrh KK = 25 K/W y su masa es msk = 2 g. El reade la superficie del paquete TO-220 es Ask =1 cm2. El delsemiconductor es Aeu = 10 mm2; la cantidad de cobre en torno a laparte piramidal del encap-sulado es mell = 1 g, Y el espesor delcobre es deu = 0.8 mm. Determinar los parmetros del circuitotrmicoequivalente.SolucinYa que el disipador de calor es pequeo y compacto, no haynecesidad de dividir la estructura en varioselementos Re. Elcircuito trmico equivalente de primer orden se ve en la figura18.15b. msk = 2 g, Rrh KK =25 K/W, dioil = 0.3 mm, A foil = 1 cm2,Aell = 10 mrrr’, mcu = 1 g Y dell = 0.8 mm. En la tabla 18.2 se veque elcalor especfico del aluminio es Csk = 0.95 J/gK). As, lacapacitancia trmica del disipador de calor esPara la hoja aislante, la tabla 18.2 muestra Arh-foil = 1.1W/mK. Entonces, la resistencia trmica de la hoja esdioilRrh_foil = , A»rh-foil foilModelonivel 3thO.3mm K—— = 2.7 W1.1 _W_ X 1 cm2mKHoja Iso Disipador de calor/r——,.–
  • 18.4 Circuitos amortiguadores 803Para el cobre del chip, la tabla 18.2 muestra que CCII = 0.39J/(gK)La capacitancia trmica del chip es Cth7 = ccumcu = 0.39 ~ X 1 g= 0.39 2..gK KRth7 = _d_cu_ = 0.8 mm = O 205 .!.AthAcu 390 _W_ X 10 mm2 .WmKPunto clave de la seccin 18.3Los parmetros clave de un modelo trmico matemtico se puedendeterminar a partir dela curva de enfriamiento del dispositivo.18.4 CIRCUITOS AMORTIGUADORESEn el caso normal, se conecta un amortiguador RC en paralelo conun dispositivo semi conductorpara limitar la tasa dv/dt para quequede dentro de la especificacin mxima permisible [2,3].Elamortiguador podra ser polarizado o no polarizado. Unamortiguador polarizado en sentidodirecto es adecuado cuando untiristor o un transistor se conecta con un diodo enantiparalelo,como muestra la figura 18.16a. El resistor R limita latasa dv/dt en sentido directo, y R; limita lacorriente de descargadel capacitor, cuando se activa el dispositivo.Un amortiguador polarizado en sentido inverso que limita la tasadv/dt en sentido inversose ve en la figura 18.16b, donde R, limitala corriente de descarga del capacitor. El capacitor nose descargaa travs del dispositivo, y resulta una prdida reducida en elmismo.Cuando se conecta un par de tiristores en forma paralelainversa, el amortiguador debe serefectivo en cualquier direccin. Enla figura 18.16c se ve un amortiguador no polarizado.Punto clave de la seccin 18.4Los dispositivos de potencia se deben proteger contra tasasdildt y dv/dt excesivas agre-gando circuitos amortiguadores.DlRl >RFIGURA 18.16(a) Polarizado (b) Polarizado inversoRedes con amortiguador.e(e) No polarizado
  • (18.12)804 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitos18.5 TRANSITORIOS DE RECUPERACIN INVERSADebido al tiempo t.; de recuperacin inversa, ya la corriente IRde recuperacin, queda atrapadacierta cantidad de energa en lasinductancias del circuito, y en consecuencia aparece unvoltajetransitorio a travs del dispositivo. Adems de la proteccincontra la tasa dv/dt, el amortiguadorlimita el voltaje transitoriopico a travs del dispositivo. En la figura 18.17 se ve el circuitoequi-valente, donde el voltaje inicial del capacitor es cero, y elinductor conduce una corriente inicialIR’ Los valores de RC delamortiguador se seleccionan para que el circuito quede un pocosuba-mortiguado y la figura 18.18 muestra la corriente y el voltajetransitorio de recuperacin. Elamortiguamiento crtico suele producirun valor grande del voltaje inverso inicial RIR, y un amor-tiguadoinsuficiente causa una gran desviacin del voltaje transitorio. Enel siguiente anlisis sesupondr que la recuperacin es abrupta, y quela corriente de recuperacin se cambia de repentea cero.La corriente en el amortiguador se expresa como sigue:di 1JL dt + Ri + C i dt + vc(t = O) = Vsdiv = v: – L-s dt(18.10)(18.11)y las condiciones iniciales son i(t = O) = IR Yvc(t = O) = O.Seha visto en la seccin 2.11 que laforma de la solucin de la ecuacin(18.10) depende de los valores de RLC. En el caso subamorti-guado,las soluciones de las ecuaciones (18.10) y (18.11) definen elvoltaje a travs del dispositivo,en sentido inverso, comodonde(18.13)La frecuencia natural sin amortiguamiento es1Wo = vrc (18.14)La relacin de amortiguamiento es(18.15)vFIGURA 18.17Circuito equivalente durante la recuperacin.DmDispositivoen0——«»—‘ recuperacin+
  • 18.5 Transitorios de recuperacin inversa 805vo f—-f-..L..–_-1OL———-~ FIGURA 18.18(a) Corriente de recuperacin (b)Voltaje transitorio Estado transitorio de recuperacin.y la frecuencia natural amortiguada esw = VW6 – a2 = wo~ (18.16)Al diferenciar la ecuacin (18.12) seobtiene~ ( ~-~)dt = (Vs – RIR) 2a cos wt + w sen wt e-alIR ( a )+ eCoswt – w sen wt e-al (18.17)El voltaje inicial en sentido inverso y dv/dt se puedendeterminar con las ecuaciones (18.12) y(18.13), igualando t =O:v(t = O) = RIRdv I IR cVr – RIR)R IR- = (V. – RIR)2a + – = + -dt1=0 s e L e= Vswo(28 – 4d82 + d)donde el factor (o relacin) de corriente dse define cond = IR rr = IR~ -Ve t,Si la tasa dv/dt inicial de la ecuacin (18.19) es negativa, elvoltaje inicial inverso RIR es el mximo,y puede producir una tasadv/dt destructiva. Para una tasa dv/dt positiva, Vswo(28 – 4d82 +d) > O,es decir,(18.18)(18.19)(18.20)1 + \11 + 4d28 < 4d (18.21).»y el voltaje inverso es mximo cuando t = tI. El tiempo tI>que se puede obtener igualando a cero laecuacin (18.17), es(18.22)y el voltaje pico se determina con la ecuacin (18.12):Vp = v(t = tI) (18.23)
  • 806 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitosEl voltaje inverso pico depende de la relacin de amortiguamiento5 y del factor de corriente d.Para determinado valor de d, hay unvalor ptimo de la relacin de amortiguamiento 50′ que mi-nimiza elvoltaje pico. Sin embargo, la tasa dv/dt vara al variar d, y laminimizacin del voltajepico puede no minimizar la tasa dv/dt. Esnecesario hacer un compromiso entre el voltaje picoVp y la tasadv/dt. McMurray [4] propuso minimizar el producto Vp(dv/dt) y lafigura 18.19muestra las curvas de diseo ptimo, donde la tasa dv/dtes el valor promedio durante el tiempotI, Ydo es el valor ptimo delfactor de corriente.La energa almacenada en el inductor L,que se transfiere alcapacitor amortiguador e, sedisipa principalmente en el resistoramortiguador. Esta prdida de potencia depende de la fre-cuencia deconmutacin y de la corriente de carga. Para convertidores congrandes potencias,donde es importante la prdida en el amortiguador,la eficiencia del circuito se puede mejorarcon un amortiguador nodisipativo que use un transformador de recuperacin de energa,como108 ///’ /V //’ /./ /~(~:L’y-: /~/,,/~V //~……../~ (dv/dt)-,…- «»»,,/ vswo- …………. ……—~-«»‘
  • 18.5 Transitorios de recuperacin inversa 807++YsDm – Dispositivoen recuperacinFIGURA 18.20Amortiguador no disipativo.el que se ve en \a figura 18.20. Cuando aumenta \a corriente enel primario, el voltaje inducido E2es positivo, y el diodo DI sepolariza en sentido inverso. Si la corriente de recuperacin deldio-do Dmcomienza a bajar, el voltaje inducido E2 se vuelvenegativo y el diodo DI conduce, regre-sando energa a la alimentacinde cd.Ejemplo 18.3 Determinacin de los valores del circuitoamortiguadorLa corriente de recuperacin de un diodo, como el de la figura18.17, es IR = 20 A, Yla inductancia del cir-cuito es L = 50 ..H.El voltaje de entrada es Vs = 220 V. Si es necesario limitar elvoltaje transitorio pico a1.5 veces el voltaje de entrada,determinar a) el valor ptimo del factor de corriente Cto, b) elfactor de amor-tiguamiento ptimo, 00, e) la capacitancia delamortiguador, e, d) la resistencia del amortiguador, R, e) ladv!dtpromedio y f) el voltaje inverso inicial.SolucinIR = 20 A, L = 50 ..H, Vs = 220 V Y Vp = 1.5 x 220 = 330V. Para VpNs = 1.5, se ve en la figura 18.19 que:3. El factor ptimo de corriente es do = 0.75.b. El factor ptimode amortiguamiento es 00 = 0.4.c. De acuerdo con la ecuacin(18.20), la capacitancia del amortiguador (con d = do) es[IR J2e = L dll,[20 ]2= 50 0.75 x 220 = 0.735 ..F(18.24)d. De acuerdo con la ecuacin (18.15), la resistencia delamortiguador esR = 20j![50= 2 X 004 ‘./.735 = 6.6 n(18.25)e. De acuerdo con la ecuacin (18.14),106Wo = V = 64,957 rad/s50 X 0.735 .. :.
  • 808 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitosDe la figura 18.19,dv/dt = 0.88Vswoes decirdv- = 0.88Vswo = 0.88 X 220 X 164,957 = 31.9 V/..sdtf. De acuerdo con la ecuacin (18.18), el voltaje inicial ensentido inverso esv(t = O) = 6.6 X 20 = 132 VEjemplo 18.4 Determinacin del voltaje pico y 105 valores dedi/dt y de dv/dtdel circuito amortiguadorUn circuito amortiguador Re, corno el de la figura 18.16c, tienee = 0.75 u.F,R = 6.6 n y voltaje de entradaVs = 220 V. Lainductancia del circuito es L = 50 u.H. Determinar a) el voltajepico en sentido directo, Vp,b) la du/dt inicial y e) la dv/dtmxima.SolucinR = 6.6 n, e = 0.75 f.l.F, L = 50 u.H YVs = 220 V.Igualando IR = O, el voltaje en sentido directo a travsdeldispositivo se puede determinar con la ecuacin (18.12),v(t) = Vs – Vs(coswt – ;senwt) e-al (18.26)De la ecuacin (18.17), para IR = O,dv ( w2 – a2 )dt = Vs 2a cOSwt + w sen wt e-al (18.27)La dv/dt inicial se puede determinar ya sea con la ecuacin(18.27) igualando t = O, o con la ecuacin(18.19), haciendo que IR =O:dvl VsR- =V2a=-dt 1=0 s L(18.28)El voltaje en sentido directo es mximo cuando t = tI. El tiempot, que se puede obtener igualando a cerola ecuacin (18.27) o bienhaciendo que IR = O en la ecuacin (18.22), se determina con2awtan wt =w2 – a2 (18.29)w2 – a2cos wtw2 + a2 (18.30)2awsen wt1 =w2 + a2 (18.31)
  • 18.5 Transitorios de recuperacin inversa 809Sustituyendo las ecuaciones (18.30) y (18.31) en la ecuacin(18.26), se determina el voltaje pico siguiente:(18.32)en donde(-28~)wt1 = TI – tan»! 21 – 28(18.33)Diferenciando la ecuacin (18.27) con respecto a t e igualando acero, se ve que dv/dt es mximo en t = tmcuandoo sea(18.34)Sustituyendo el valor de tm en la ecuacin (18.27) ysimplificando los trminos en seno y coseno, se obtieneel valormximo de dv/dt:para 8 :5 0.5 (18.35)Para que haya un mximo, d(dv/dt)/dt debe ser positiva si t:S;tm,Y la ecuacin (18.34) define que la condi-cin necesaria eso o 8 :5 0.5La ecuacin (18.35) es vlida para 8 :s; 0.5. Cuando 8 > 0.5,dv/dt llega al mximo cuando t = O,y se obtienecon la ecuacin(18.27),dvj dvj VsRdt mx = dt 1=0 = Vs2a = L para 8> 0.5 (18.36)3. De acuerdo con la ecuacin (18.13), a = 6.6/(2 X 50 X 10-6) =66,000, Y con la ecuacin (18.14),106wo = V = 163,299 rad/s50 X 0.75De acuerdo con la ecuacin (18.15), 8 = (6.6/2)VO.75/50 = 0.404,y de la ecuacin (18.16),w = 163,299\11 – 0.4042 = 149,379 rad/sSegn la ecuacin (18.33), tI = 15.46 fLS, y en consecuencia laecuacin (18.32) determina el vol-taje pico, Vp = 220(1 + 0.36) =299.3 V.
  • 810 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitosb. La ecuacin (18.28) determina la dvldt inicial como (220 X6.6/50) = 29 V/fLS.c. Ya que 8 < 0.5, se debe usar la ecuacin(18.35) para calcular la dvldt mxima. De acuerdo con laecuacin (18.34), tm = 2.16 fLS, y la ecuacin (18.35) determinaque la dvldt mxima es 31.2 V/fLS.Nota: Vp = 299.3 V, Yla dvldt mxima es 31.2 V/.,s.El diseo ptimodel amortiguador, delejemplo 18.2, da como resultado Vp = 330 V, Yla dvldt promedio = 31.9 .,s.Puntos clave de la seccin 18.5Cuando el dispositivo de potencia se des activa al final deltiempo de recuperacin inversa,la energa almacenada en el inductorIimitante de di/dt, debido a la corriente inversa, pue-de causaruna gran dvldt.El amortiguador de dvldt debe disearse para que el rendimientosea ptimo.18.6 ESTADOS TRANSITORIOS EN LOS LADOS DE ALIMENTACIN Y DECARGAEn el caso normal, se conecta un transformador en el lado dealimentacin de los convertidores.Bajo condiciones de estadopermanente, se almacena una cantidad de energa en lainductanciamagnetizan te Lm del transformador, y al desconectar laalimentacin se produce un voltaje tran-sitorio hacia la entrada delconvertidor. Se puede conectar un capacitar en paralelo con elpri-mario o con el secundario del transformador, para limitar elvoltaje transitorio, como se ve en lafigura 18.21a, y en la prcticatambin se conecta una resistencia, en serie con el capacitor,paralimitar la oscilacin transitoria de voltaje.Supongamos que el interruptor se haya cerrado durante un tiempolo bastante largo. Bajocondiciones de estado permanente, Vs = Vmsen ex, y la corriente magnetizante esdiLm – = V m sen wtdtcuya solucin esVmi(t) = — cos wtwLmSi se abre el interruptor cuando rot = e, el voltaje delcapacitar al principio de la desconexin esVe = V m sen e(18.37)-lo+ Lm +C CVo VoR R(a) Diagrama de circuito (b) Circuito equivalente durantedesactivacinFIGURA 18.21Transitorio por desconexin.
  • 18.6 Estados transitorios en los lados de alimentacin y de carga811y la corriente magnetizante esVmlo = —cos ewLm(18.38)El circuito equivalente durante el estado transitorio se ve enla figura 18.21b, y la corriente en elcapacitor se expresa comosigue:di 1JLm dt + Ri + C idt + vc(t = O) = O (18.39)y(18.40)con las condiciones iniciales i(t = O) = -lo Yvc(t = O) = Ve. Elvoltaje transitorio vo(t) se puededeterminar con las ecuaciones(18.39) y (18.40), para condiciones subamortiguadas. En elcasonormal, una relacin de amortiguamiento 8 = 0.5 essatisfactoria. Se puede simplificar el anlisissuponiendo que elamortiguamiento es pequeo y tiende a cero (es decir, 8 = O, o R =O). Sepuede aplicar la ecuacin (D.16), parecida a la (18.39), paradeterminar el voltaje transitoriovo(t). Este voltaje transitoriovo(t) es igual que el voltaje del capacitor, vc(t).(L )112= V~ + 16 ; sen (Wot +
  • 812 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitosFIGURA 18.22~+Sl~:o-=_v_ffi_s_e_nw_t —–‘f ~+Circuito equivalente durante la conexin de la alimentacin.En la prctica.ro > ) y el voltaje transitorio, que es mximocuando cos e = 1 (o e = O), es(18.46)que es el voltaje transitorio pico debido a la desconexin de laalimentacin. Usando la relacinentre voltaje y corriente en uncapacitor, se puede determinar la cantidad necesaria decapaci-tancia para limitar el voltaje transitorio, como sigue:(18.47)Sustituyendo a Wo de la ecuacin (18.46) en la ecuacin (18.47),se obtiene(18.48)Ahora, con el capacitor conectado en paralelo con el secundariodel transformador, el vol-taje mximo instantneo del capacitordepende del voltaje instantneo de ea de entrada en elmomento deconectar ese voltaje de entrada. El circuito equivalente durante laconexin se veen la figura 18.22, donde L es la inductanciaequivalente de la alimentacin, ms la inductanciade fuga deltransformador.En el funcionamiento normal, se almacena cierta cantidad deenerga en la inductancia decarga y la inductancia de fuga deltransformador. Cuando se desconecta la carga se producenvoltajestransitorios, debidos a la energa almacenada en las inductancias.El circuito equivalen-te para la desconexin de la carga se ve en lafigura 18.23.FIGURA 18.23Circuito equivalente durante la desconexin de la carga.
  • 18.7 Proteccin contra voltaje con diodos de selenio y varistoresde metal xido 813Ejemplo 18.5 Determinacin de los parmetros de rendimiento conestados transitoriosen conmutacinUn capacitor se conecta en paralelo con el secundario de untransformador de entrada, como se ve en lafigura 18.21a, con ceroresistencia de amortiguamiento, R = O.El voltaje del secundario esVs = 120 V, 60 Hz.Si la inductancia magnetizante referida alsecundario es Lm = 2 mH y la entrada de alimentacin al pri-mariodel transformador se desconecta cuando el ngulo es e = 180 delvoltaje de ea de entrada, determi-ne a) el voltaje inicial delcapacitor, Va, b) la corriente magnetizante lo Ye) el valor de lacapacitancia paralimitar el voltaje transitorio mximo en elcapacitor a Vp = 300 V.SolucinVs = 120 V, V m = Vi X 120 = 169.7 V, e = 180,/ = 60 Hz,Lm = 2 mH, y w = 21T X 60 =377 rad/s.a. De acuerdo con la ecuacin (18.37), Ve = 169.7 sen e = O.b. Dela ecuacin (18.38),lo = – Vm cos e = 169.7 = 225 A.st.; 377 x 0.002c. Vp = 300 V. Segn la ecuacin (18.48), la capacitancianecesaria ese = 225 x 169.7 = 1125.3 J.F3002 X 377Puntos clave de la seccin 18.6Aparecen estados transitorios de conmutacin, a travs delconvertidor, cuando se desco-necta el transformador de entrada delconvertidor, y tambin cuando se desconecta delconvertidor una cargainductiva.Se deben proteger los dispositivos de potencia contra estosestados transitorios de conmu-tacin.18.7 PROTECCiN CONTRA VOLTAJE CON DlODOS DE SELENIO yVARISTORESDE METAL XIDOLos diodos de selenio se pueden usar para proteccin contrasobrevoltajes transitorios. Esos dio-dos tienen un voltaje deconduccin bajo en sentido directo, pero uno bien definido ensentido~/=======~~—-~v vVoltaje de sujecin, Vz+FIGURA 18.24(a) Caractersticas v – i (b) Smbolo Caractersticasdel diodo de selenio.
  • 814 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitos(b) No polarizado (e) Proteccin trifsica polarizada+Vsv(a) PolarizadoFIGURA 18.25Diodos de supresin de voltaje.a~r——b–+–_—e -+—+-..–inverso. Las curvas caractersticas de los diodos de selenio soncomo la de la figura 18.24a. En elcaso normal, el punto de operacinest antes del punto de inflexin o «rodilla» de lacurvacaracterstica y toma una corriente muy pequea del circuito.Sin embargo, cuando aparece unsobrevoltaje, se cruza el punto derodilla y aumenta de repente el flujo de corriente ensentidoinverso por el selenio, y con ello se limita, en el casotpico, el voltaje transitorio al doble del vol-taje normal.Un diodo de selenio (o supresor) debe ser capaz de disipar laacumulacin de energa sindemasiado aumento de temperatura. Cadacelda de un diodo de selenio se especifica, en el casonormal, conun voltaje raz cuadrtico medio (rms) de 25 V, con un voltaje desujecin tpico den v. Para la proteccin del circuito de cd, sepolariza el circuito de supresin, como se ve en lafigura 18.25a. Enlos circuitos de ea, como el de la figura 18.25b, los supresores noestn polariza-dos, por lo que pueden limitar sobrevoltajes en ambasdirecciones. Para circuitos trifsicos sepueden usar supresorespolarizados conectados en Y, como el de la figura 18.25c.Si se va a proteger un circuito de 240 V con celdas de seleniode 25 V, entonces se necesita-ran 240/25 «»10 celdas y el voltajetotal de sujecin sera 10 X n = nov. Para proteger un cir-cuitomonofsico de ea de 208 V, 60 Hz con celdas de selenio de 25 V, senecesitaran 208/25 «»9celdas en cada direccin, y un total de 2 X 9= 18 celdas. Debido a la baja capacitancia interna,los diodos deselenio no limitan la dv/dt con el mismo grado que los circuitosamortiguadores deRC Sin embargo, limitan los voltajes transitoriosa magnitudes bien definidas. Para proteger undispositivo, lafiabilidad de un circuito Re es mejor que la de los diodos deselenio.Los varistores son dispositivos no lineales de impedanciavariable, formados por partculasde xido metlico separadas por unacapa o aislamiento de xido. Al aumentar el voltaje aplicado,lapelcula se vuelve conductora y aumenta el flujo de la corriente. Lacorriente se expresa como1 = KV»donde K es una constante y Ves el voltaje aplicado. El valor deex vara entre 30 y 40.(18.49)Puntos clave de la seccin 18.7Se pueden proteger los dispositivos de potencia contrasobrevoltajes transitorios mediantediodos de selenio o convaristores de metal xido.
  • 18.8 Protecciones contra sobrecorriente 815Fl+ FlLAlimentacin o—-E3– …deca Vs(cd)F2FusibleR(a) Rectificador controlado (b) Circuito amortiguador de GTOFIGURA 18.26Proteccin de dispositivos de potencia.Estos dispositivos toman una corriente muy pequea bajocondiciones de operacin normal. Sin embargo, cuando aparece unvoltaje muy alto, la resistencia de esos dispositivos dismi-nuye en funcin del sobrevoltaje y con ello permite el paso de mscorriente, y limita lamagnitud del voltaje transitorio.18.8 PROTECCIONES CONTRA SOBRECORRIENTEEn los convertidores de potencia se pueden presentarcortocircuitos o fallas, y las corrientes defalla que resultendeben eliminarse con rapidez. Para proteger los dispositivossemiconductoresse suelen usar fusibles de accin rpida. Al aumentarla corriente de falla, el fusible se abre y su-prime la corrientede falla en pocos milisegundos.18.8.1 Accin fusibleLos dispositivos semiconductores se pueden proteger escogiendocon cuidado los lugares de losfusibles, como se ve en la figura18.26 [5,6]. Sin embargo, los fabricantes de fusiblesrecomiendanLR(a) Rectificador controlado (b) Inversor McMurrayFIGURA 18.27Proteccin individual de los dispositivos.
  • 816 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitosFIGURA 18.28Fusibles de semiconductor. (Reproducidocon autorizacin de BrushElectricalMachines, Ltd., Inglaterra.)instalar un fusible en serie con cada dispositivo, como se ve enla figura 18.27. La proteccin in-dividual que proporciona una mejorcoordinacin entre un dispositivo y su fusible permite unamejorutilizacin de las posibilidades del dispositivo, y lo protegecontra fallas por corto (porejemplo, a travs de TI y T4 en lafigura 18.27a). En la figura 18.28 se muestran fusibles devariostamaos para semiconductores [7].Cuando aumenta la corriente de falla, aumenta tambin latemperatura del fusible hastaque t = tm, Yen ese punto el fusiblese funde y se producen arcos a travs del mismo. Debido alarco,aumenta la impedancia del fusible y con ello se reduce lacorriente. Sin embargo, a travsdel fusible se produce un voltaje dearco. El calor generado evapora al elemento fusible y produ-cemayor longitud de arco y mayor reduccin de la corriente. El efectocombinado es la extin-cin del arco en un tiempo muy corto. Cuandotermina el arqueo en el tiempo ta, desaparece lafalla. Mientras conms rapidez acte el fusible, el voltaje de arqueo es mayor [8].El tiempo de despeje te es la suma del tiempo de fusin tm Y eltiempo de arqueo ta. Eltiempo tm depende de la corriente de carga,mientras que ta depende del factor de potencia o deparmetros delcircuito de falla. En el caso normal, la falla desaparece antes deque la corrientede falla llegue a su primer pico, y esa corriente,que podra haber pasado si no hubiera fusible, sellama corrienteprospectiva de faLLa. Esto se ve en la figura 18.29.Las curvas corriente-tiempo de los dispositivos y fusibles sepueden usar para coordinar unfusible para un dispositivo. La figura18.30a muestra las caractersticas corriente-tiempo de undispositivoy su fusible, y en este caso el dispositivo se puede proteger entodo el intervalo de so-brecargas. Esta clase de proteccin se usaen el caso normal en convertidores de baja potencia.La figura18.30b muestra el sistema que ms se usa, en el que el fusible espara proteger contracortocircuito al principio de la falla, y laproteccin normal contra sobrecarga se proporcionacon un interruptorautomtico u otro sistema limitador de corriente.Si R es la resistencia del circuito de falla e i es la corrienteinstantnea de falla, entre elinstante en que sucede la falla y elinstante de la extincin del arco, la energa alimentada al cir-cuitose puede expresar como sigue:(18.50)
  • 18.8 Protecciones contra sobrecorriente 817OL—–~—-~~—————-~ITiempo’ l’ Tiempo’1r:~:s~~;~Iempo de desp~teFIGURA 18.29Corriente en un fusible.Si la resistencia R permanece constante, el valor de Pt esproporcional a la energa alimentada alcircuito. Ese valor Pt sellama energa admitida y es responsable de fundir el fusible. Losfa-bricantes de fusibles especifican la caracterstica Pt de suproducto, y la figura 18.31 muestra lascaractersticas tpicas defusibles IR, tipo 1T350.Para seleccionar un fusible es necesario estimar la corriente defalla, para entonces satisfacerlos siguientes requisitos:1. El fusible debe conducir la corriente nominal del dispositivoen forma continua.2. El valor admitido de Pt del fusible antes deque desaparezca la corriente de falla debe sermenor que el valor nominal de Pt del dispositivo que se va aproteger.3. El fusible debe ser capaz de resistir el voltaje despusde la extincin del arco.4. El voltaje pico de arco debe ser menorque el voltaje pico nominal del dispositivo.Corriente rms,1Corriente rms,1\\ \ Caracterstica» del dispositivo»,’ .» ……..Caractersticadel fusibleProteccin:por fusibleIII» …. ….—-_o~~~~——-+——~~t,sO~—-~——+——–r——t-~t,s10-210-210-1 1 10(a) Proteccin completa10-1 1 10 100(b) Slo proteccin en cortocircuitoFIGURA 18.30Caractersticas corriente-tiempo del dispositivo y elfusible.
  • 818 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitosINTERNATIONAL RECTIFIER II~~RIT350 SERIES290V /175-450A r.m.s. Ssmiconductor FusssSuitable for pro tec ting High Power Semiconductor DevicesConforms to 6S88: Part 4: 1976 and lEC 269-4.ASTA certificate ofshort circu it ratings andverification of 12t cut-off and arevoltagecharacteristics are available.IMPORTANTNote 1: Thyristorsldiodes ere rared in average currentwhile (uses are’/lced in r.m.s. current. During sready ttateaperetion the fuse mustnor be opera red in excess o{ its maximumr.m.s. raring.Note 2: The maximum cap temperature and cap temperatureriseabove ambient 01 ‘use are critical design parameters.ceuttonshould be raken during insrallarion fa ensure chae tnespecifiedratings are not exceeded. Some form 01heatsink may benecesssrv,The T350 Series 01 semiconductor fuses are avarlable wtth1700tndrcator toses already fitted, tor dimenstonat detaits referto pageE12. For erecmcet. thermal and mecnenice! specifrcationson1700 refer to page ES.To complete part number add prefix «l» e.g.IT3S0-4S0.ELECTRICAL SPECIFICATlONSMaximum r.m.s. voltage rating:Maximumtested peak voltageMaximum d.c. voltage rating (L/R’;;;;15ms)Maximum arcing voltage for AC Supply Voltage = 240VForvariation in arcing voltage with AC Supply VoltageVA = 100+ 1.63Vswhere V A = Peak are voltage, Vs = AC Supply VoltageFusi ngFactorForce cooling Current uprating factor at 5 mIsTHERMAL ANO MECHANICAL SPECIFICATIONS100C75C170g 15.95 o,’)Maximum cap temperature:Maximum cap temperature rise aboveambientWeight:290V450V160V490V1.251.2Pan number RMS CURRENT 111 RMS CURRENT 111 MAX. POWER PREARCING121 TOTAL 1″ 121 TOTAL 1′, 121 NOTESTamb'» 25C Tamb:IE 25C LOSS 1″at 120 VRMS at 240 VRMSA A W A’, A’, A’,T35O-15O 175 155 17 1600 7000 16000 11 Maximum currentcarryingT35O-2QO 210 190 28 2100 1()()()() 2()()()() ability,natural ccnvecnonT35O-25O 250 230 28 4800 2()()()() 4()()()()cooling using test arrangementas 8S88: Pan 4: 1976T35O-300 315 29035 9000 34000 7()()()() coodoctcrs 1.0 to 1.6 A/mm1T350-350 355 32035 13000 50000 1000 anechment.T35O-400 400 350 40 2()()()() 7500016()()()() 21 Typical vatues of 11t at 20T350-45O 450 400 423()()()() 11()()()() 22()()()() times reted RMS currentDimensions to 8588: part 4: 1976ss (2 321″un!326(1281′»». ..A11drmensrons 10 rruthrnetres {mches)FIGURA 18.31Hoja de especificaciones para el fusible IR, Tipo T350. (Cortesade International Rectifier.)
  • I-~-~ –….. r-;T3SO-3SO~~ r-,T3SO-2L -r–r:::-::T3SO_~ ~ i–T3SO ISO -:—I -500450ISO10025 40 4530 35 SOAmbient Tempe-ature _ CFig. 1 – Current RatingCharacteristic10″~ TJ50-450T350-4ooT350-350T350-3oo~ -++:To1itaT»»O ..,I»»‘I10ms 5 3 2 1.5 1~IO’_RslI!..-‘ «,—1/!//IJ ,- 10′ ,~~»~ ,-…. v T350-250]T350 200/ / T350-15011 111lO’ lO» 10~Prospective RMS Symmetflcal Fault Current – AFig. 3 – 12t let Through Characteristic (60V-)10″‘
  • 820 Captulo 18 Proteccin de dispositivos y circuitosINTERNATIONAL RECTIFIER II~~RITT350 SERIES2BOV / 400-BOOA r.m.s. Semiconductor FusesSuitable for protecting High Power Semiconductor DevicesELECTRICAL SPECIFICATIONSConforms to ssaa Part 4: 1976 and 1EC 269-4_IMPORTANT:Note 1.-rtwrsstors/aiooes are caIJbraced in average corrent rarmgswhile{uses are calibraced in r.m.s. currenc rarings. During steeavsrareoperarion rhe ‘use must nor be opera red in excess of IfSmaximumr.m.s. raring.Note 2: The meximum cap remperature and cap temperarureriseabove ambient al a (use are critica! design parameters.Caurionshould be taken during insrallarion tO ensure tnet rhespecifiedrarings are nor exceeded.The TTJ50 Series of sermconductor fuses are avarlabte wtth1700mdrcator fuses already trtted. for drmensronat detaus ruf er 10pageE~7. For etecmcet. thermal and mecharnca! specrcanons re tertopaqeE -66.To complete part number add prefrx »1» e.g.ITT350-900.Maximum r.m.s. voltage rating:Maximum tested peakvoltage:Maximum d.c. voltage rating (L/R’;;;15ms)Maximum arcingvoltage for AC Supply Voltage = 240VFor variation in arcing voltagewith AC Supply VoltageVA = 100 + 1-63 VsWhere VA = Peak arc voltage. Vs = AC Supply VoltageFusingFactor: 1.25Force cooling Current uprating factor at 5 mIs 1.2THERMAL ANO MECHANICAL SPECIFICATlONSMaximum cap temperature:100CMaximum cap temperature rise above ambient 75CMaximumgravitational withstand capability: 15009(52.5 oz.)(for devicemounted radially to rotation.)290V450V160V490VPan nu-nber RMS CURRENT 111 RMS CUR RENT 111 MAX. POWERPREARCING 121 TOTAL 1]( (2) TOTAL 1]1 U NOTESTamb = 25C Tamb ‘» 45CLOSS 1’. al 120VRMS al 240 VRMSA A W kA]s kA2s kA2sTT3SO-4oo 400 3SO 60 8 35 80 11 Max.mum currentcarrYlngTT3SO-S00 SOO 430 64 ‘9 80 170 atntuv, naturalconvecuonTT3SO-6oo 630 540 75 35 ISO 300 cooliny uSlng testarranqementTT3SO-7oo 710 580 77 SO 200 420as 8S88 Pan 4. 1976TT3SO-8oo BOO 660 82 70 300 650 21 Tvcrcet values of ,2 tal 20timesTT3SO-9OO 900 740 97 100 400 850 rated RMS CurrentFIGURA 18.31 (Continuacin)Dimensions to 8S88: part 4: 1976Al! drrnensrons in rmfhme tr es {inches]
  • 18.8 Protecciones contra sobrecorriente 821900 lO’BOO-
  • Publicaciones Similares