Los diferentes interruptores electrónicos utilizados en los inversores de PDL han sido los siguientes:

m Tiristores.

m Transistores bipolares.

m Transistores bipolares de puerta aislada (IGBT)

Un tiristor es un semiconductor de potencia formado por una estructura PNPN (ver principio de funcionamiento en el apartado 3.4). Su uso estaba muy extendido en los años 70. Sin embargo, actualmente se utilizan cada vez menos.

Un tiristor es normalmente bloqueado forzando que la corriente de ánodo se anule, aplicando una tensión inversa durante un periodo mínimo de tiempo. El tiristor recupera entonces su capacidad de bloquear tensiones directas. Para llevar a cabo la conmutación forzada, se requieren componentes externos, tales como inductancias, condensadores y semiconductores auxiliares, que son caros y voluminosos. La frecuencia máxima de conmutación de un tiristor dentro de un circuito inversor ronda los 750 Hz, debido a las altas pérdidas de conmutación (a frecuencias superiores, el rendimiento del inversor disminuye de forma apreciable). Esto significa que la calidad de la onda sinusoidal de salida es baja, lo que produce calentamientos en el motor.

Un transistor bipolar esta compuesto por una estructura NPN  (o PNP). Si hacemos circular una corriente Ib por la base (figura 3.17), circulará una corriente de colector Ic. El cociente Ic/Ib se denomina ganancia de corriente. En los transistores de potencia esta ganancia está en torno a 10 o incluso menos, pudiendo ser incrementada añadiendo otro transistor en configuración Darlington. La figura 3.18 muestra el esquema de un típico transistor Darlington de tres etapas de Fuji, utilizado en la etapa inversora de un variador de velocidad de motores de inducción. La ganancia total es aproximadamente el producto de las ganancias individuales de cada etapa.

En la práctica, el transistor de potencia es utilizado como un interrruptor. En el caso de un transistor bipolar, para que conduzca se suministra la corriente de base necesaria para obtener una tensión VCE reducida - típicamente 3 V-. Decimos que el transistor está en saturación. El bloqueo debe hacerse de forma rápida, a fin de disminuir las pérdidas por conmutación. Esto se logra instalando bruscamente una corriente inversa en la base, lo

que permite extraer las cargas almacenadas en la unión y devuelve el poder de bloqueo al semiconductor.

El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) es el último dispositivo utilizado. Su control se realiza por tensión, en el cual la conmutación se realiza aplicando tensión al terminal de puerta. El funcionamiento del IGBT puede ser modelizado considerando que un transistor MOSFET controla un transistor PNP, como muestra la figura 3.19. El IGBT es puesto en conducción aplicando una tensión positiva (+15V) en la puerta. Para bloquear rápidamente un IGBT se aplica en la puerta una tensión negativa (-5V). El IGBT presenta ventajas importantes respecto al Darlington, tales como una menor tensión de saturación, frecuencias de conmutación superiores, mayor capacidad de sobrecarga y menor demanda de potencia en el circuito de control.

Los mayores dispositivos utilizados por PDL tienen un rango de 300A y 1200V. Para alcanzar rangos mayores pueden conectarse dos o más dispositivos de este tipo. Los variadores de velocidad PDL utilizan hasta seis en paralelo.

Las pérdidas globales de un transistor en conmutación es la suma de las pérdidas en el encendido, en conducción y en el apagado (figura 2.20). Las pérdidas en conducción pueden ser reducidas reduciendo la tensión VCE. Sin embargo esto aumenta el tiempo necesario para bloquear el componente, lo que repercute en mayores pérdidas durante el bloqueo. Cuanto mayor es la frecuencia, mayores son las pérdidas en conmutación. Una frecuencia típica de funcionamiento es 4 KHz.

Información facilitada por el departamento técnico de: