8/6/2019 diseo de redes snnuber

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Revista Internacional de Mtodos Numricos para Clculo y Diseo en Ingeniera. Vol. 10, 2, 111-123(1994)

DISENO DE REDES SNUBBERS,MEDIANTE TCNICAS DE OPTIMIZACI~N,PARA LA P R O T E C C I ~ NDE TIRISTORESCONTRA SOBRETENSIONES

Univ. de Castilla la Mancha, E. U.P. de Albacete,Avda. Espaa s/n, Campus Universitario, O271 Albacete.RESUMEN

Para proteger los tiristores contra sobretensiones se utilizan las redes denominadas"snubbers". El dimensionamiento de los componentes de stas debe satisfacer requerimientos amenudo contrapuestos por lo que su diseo no resulta fcil. Proponemos una tcnica de clculobasada en la programacin no lineal (tcnicas de optimizacin), que permite obtener los valoresde los componentes tales que el comportamiento de la red se ajuste lo mximo posible a lascaractersticas deseadas. La tcnica indicada se ha implementado en un programa de ordenador,realizado en Turbo Pascal 6.0, de fcil utilizacin, que incluye una parte de simulacin paradiferentes redes snubbers y otra para el diseo mediante tcnicas de optimizacin.SUMMARY

Networks called snubbers to protect thyristors from overvoltages. Sizing the snubbernetwork components must often satisfy opposed requirements, therefore their design is not easy.We are proposing here a calculation technique based on non-linear programming (optimizingtechniques), wich allows us to obtain the component values in such a way that the networkbehaviour best conforms to required features. This technique has been implemented in acomputer program, run in an easily used Turbo Pascal6.0, wich is made up of a simulation partfor different types of snubber networks and another for the design by means of optimizationtechniques.

Los tiristores son sensibles a la s sobretensiones, a las sobrecorrientes y en generala cualquier forma de transitorios tanto en su magnitud como en su velocidad devariacin ("derivadas"). La aparicin de sobretensiones o fuertes derivadas de tensinen bornas de tiristores puede ocasionar, entre otras consecuencias, la puesta enconduccin indeseada d e los mismos e incluso su destruccin. Las sobretensionesRecibido: Julio 1993

OUniversitat Politecnica de Catalunya (Espaa) ISSN 0213-1315

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transitorias externas, normalmente, no pueden ser controladas por el diseador delsistema de potencia, por lo que ste debe contemplar la proteccin de los componentessemiconductores frente a ellas. Esta proteccin puede realizarse utilizando los tiristoresmuy por debajo de sus valores lmite o utilizando redes especiales de proteccin enparalelo con los tiristores a proteger, estas redes se denominan "SNUBBERS".

REDES SNUBBERS4z617

Las redes snubbers se utilizan para suprimir tsransitorios indeseables y eliminarproblemas en los circuitos de conmutacin con elementos inductivos y capacitivos. Laconmutacin en estos circuitos puede producir EMI (interferencias electromagnticas)que afecten a otros equipos y si no se suprimen las sobretensiones transitorias se puedenexceder los lmites de los dispositivos y producir su degradacin o destruccin.

Existen numerosas topologas de redes snubbers para la proteccin de transistores,tiristores, triacs, etc.. Estas redes pueden ser disipativas o no disipativas, para laproteccin de sobretensiones directas o inversas, con polarizacin o sin ella, etc.. Ennuestro caso tomaremos como base las tres topologas de redes snubbers para tiristoresque se muestran en la Figura 1 y las posibles modificaciones o combinaciones entreellas. Cualquier otro tipo de red puede ser estudiado a partir de las tcnicas expuestas.

En la Figura l(a) se muestra una red con polarizacin directa y con un diodo (D i)conectado en antiparalelo con el tiristor: La resistencia R limita la derivada de tensindirecta y Rl la descarga de corriente del condensador cuando se dispara el tiristor.En la Figura l(b) podemos ver una red que, con polarizacin inversa, limita laderivada de tensin inversa. La misin de R2 es limitar la descarga del condensador atravs del tiristor.

Por ltimo, la Figura l( c) muestra una red sin polarizar que se utiliza para protegerun par de tiristores en antiparalelo, en la cual la proteccin debe ser efectiva en ambasdirecciones.

(b)Figura 1. Redes Snubbers.

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PROTECCIN DE TIRISTORES CONTRA SOBRETENSIONES 11 3

Con la utilizacin de redes snubbers en los circuitos con tiristores se pretende, porun lado amortiguar los posibles picos transitorios de tensin y por otro que la derivadade tensin en bornas del tiristor quede por debajo de un determinado valor lmite. Laconsecucin de estos objetivos resulta parcialmente contrapuesta, ya que los valores delos componentes que minimizan la derivada de tensin no lo hacen con los picos detensin y a la inversa. Adems ser necesario tener en cuenta los posibles picos decorriente y la potencia que se disipa en la red de proteccin.Existen diversas tcnicas para obtener soluciones de compromiso entre los valores delos componentes que proporcionan la mejor solucin en cada caso. El tanteo directo delos valores de los componentes resulta una tcnica tediosa que difcilmente conduce auna solucin satisfactoria. Mc Murray3 propone una red RC ptima para conseguirel mnimo valor del producto de la tensin de pico por la mxima derivada. Losparmetros de esta red se obtienen de forma grfica siendo necesario realizar una serie detanteos hasta alcanzar el valor deseado. Existen nomogramas de diseo8 que, basadosen el anlisis de una red snubbers RC (como la de la Figura l(c)) excitada con unescaln para la tensin de entrada, permite obtener el valor de la resistencia y delcondensador para conseguir, por ejemplo, la limitacin en los picos de tensin, en laderivada de sta para una determinada disipacin de la red.Los criterios de diseo de este tipo de redes pueden ser muy variados. En funcinde cada tipo de aplicacin, se busca la optimizacin de una o ms caractersticas que,afectadas por un factor de ponderacin representen la importancia o peso de cada una.El problema de diseo se puede plantear siguiendo el diagrama de la Figura 2.El circuito debe cumplir ciertas especificaciones para que su funcionamiento seacorrecto. Existe un conjunto de valores, conocidos de antemano que denominamos datos(tensiones de alimentacin, valores de componentes fijos, etc.). El resto de los valoresdel circuito (parmetros de diseo) debe ajustarse por el diseador hasta conseguir queel circuito funcione adecuadamente (cumpla las especificaciones).

pARAMEm,s D SE \lO EspEcIFIcAclo~EsS42uDATOSFigura 2. Diagrama para el diseo.TCNICAS DE OPTIMIZACI~N

Las tcnicas de optimizacin pueden ser incorporadas a los procesos de diseoaumentando su eficacia. En otros mtodos de diseo, un cambio en el valor dealgn componente (resistencia o condensador) supone casi siempre la mejora de unascaractersticas en detrimento de otras.

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La finalidad de las tcnicas de optimizacin es ajustar, automticamente, los valoresde los parmetros de diseo de tal. forma que se mejoren globalmente las caractersticasdel circuito. En la Figura 3 se representa el diagrama del proceso de diseo.

DATOS, VALOR INICIALDE LOS PARAMETROS

ANALISIS DEL CIRCUITOILOS PARAMETROS

FIN DEL DISEO