Informe 1 Electronica de Potencia

Inorme In orme Fina inall Laboratorio N°1 Cr!o" Ele#tr$ni#aUNIVERSIDAD %e &oten#ia NACIONAL DE INGENIERÍA-fm 'ema ema"" Di! Di!&ar &aro o %el tir tiri!t i!tor or #on #om&onente! %i!#reto!

Inte(rante!" - ) )a! a!& &om oma a *a *al# l#a a + En Enri ri, ,e e  ./1.1/0F - 2el el3e 3e44 C3r C3r%e %ena na!! Ser Ser(i (io o 5e6 5e6in in  ./1.1/178 9 :

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA INGENIE RIA MECANICA

ELECTRONICA DE POTENCIA

Conteni%o I;Ob materiale!;;;;;;;;;;; materiale!;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ? III;Fn%amento III;Fn%amento te$ri#o;;;;;;;;;;;;;;;;;;; te$ri#o;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 0 'IRIS'ORES;;;;;;;;;;;;;;;;; 'IRIS'ORES;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 0 - Dio%o S@o#le>; S@o#le>;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;; 0 - SCR SCR BSILI BSILICON CON CON'RO CON'ROLL LLED ED REC'IF REC'IFIER IER;; ;;;;; ;;;;;; ;;;;;; ;;;;;; ;;;;;; ;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;; ;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;; ;;;;;;; ;;;; - EL DIAC;;; DIAC;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;; - EL 'RIAC;;; 'RIAC;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;; ;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;; ;;  IV;*ateria IV;*ateriale!;;;;;;;;; le!;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;; 7 V;2ro#e%imiento;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; VI;)o Con#l!ione!;;;;;;;;;;;;;;; Con#l!ione!;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 1? I;Ane=o!;;;;;;;; I;Ane=o!;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 10 Ane=o Ane=o 1";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 1";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;; 10 Ane=o Ane=o .";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; .";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;; 10 Ane=o Ane=o ?";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ?";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;; 1 Ane=o Ane=o 0";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; 0";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;; 1 Ane=o Ane=o ";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;; 1 Ane=o Ane=o ";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ";;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;;;;;;;;;;;;;;;; 1 •

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA


I;Ob e!te e!t3 #one#ta%o #on na #ar(a; .;- Armar #ir#ito! %e a#ti6a#i$n %e n tiri!tor > ob!er6ar la! 6enta %e!6enta
.



II;E,i&o! > materiale! 1;- 1 O!#ilo!#o&io %i(ital .;- 1 *ltmetro %i(ital ?;- 1 'iri!tor .N? o E,i6alente 0;- 1 2rotoboar% ;- 1 Fo#o #on !o#et ;- . #on%en!a%ore! %e /;..F+ /;/77F+ /;/.F+ 1F+ F H;- . re!i!ten#ia! %e 1/  Ω 7;- 1 2oten#i$metro %e1// Ω > . %e &oten#ia ;-. interr&tore! S1+ S.

?



III;Fn%amento te$ri#o •

'IRIS'ORES

Lo! tiri!tore! !on na amilia %e %i!&o!iti6o! !emi#on%#tore! %e #atro #a&a! B&n&n+ ,e !e tili4an &ara #ontrolar (ran%e! #anti%a%e! %e #orriente me%iante #ir#ito! ele#tr$ni#o! %e ba !atra#i$n+ lo! tiri!tore! en #ambio !$lo #onmtan entre %o! e!ta%o!" #orte > #on%##i$n; Dentro %e la amilia %e lo! tiri!tore!+ trataremo! en e!te ttorial lo! ti&o! m3! !i(nif#ati6o!" Dio%o S@o#le>+ SCR BSili#on Controlle% Re#tifer+ GCS BGate Controlle% SMit#@+ SCS BSili#on Controlle% SMit#@+ Dia# > 'ria#;

- Diodo Shockley Un %io%o S@o#le> e! n %i!&o!iti6o %e %o! terminale! ,e tiene %o! e!ta%o! e!table!" no %e blo,eo o %e alta im&e%an#ia > %e #on%##i$n o ba 2+ %i!&e!ta! alterna%amente; E! n ti&o %e tiristor ; La #ara#ter!ti#a 'en!i$n-Corriente BV-I !e me!tra en la f(ra; La re(i$n I e! la re(i$n %e alta im&e%an#ia > la III+ la re(i$n %e ba %i!min>a la ten!i$n+ @a!ta al#an4ar n ne6o e,ilibrio en la re(i$n III B2nto 8; 2ara 6ol6er al e!ta%o a&a(a%o+ !e %i!min>e la #orriente @a!ta la #orriente %e mantenimiento+ %enomina%a I @; En e!e in!tante el %io%o amenta ! im&e%an#ia+ re%#ien%o+ to%a6a m3! la #orriente+ mientra! amenta la ten!i$n en !! terminale!+ #r4an%o la re(i$n II+ @a!ta ,e al#an4a el ne6o e,ilibrio en la re(i$n I B2nto A; La ten!i$n in6er!a %e avalancha e! %enomina%a Vrb; E!te %i!&o!iti6o e %e!arrolla%o &or el !i#o e!ta%oni%en!e William Bradford Shockley B11/-17+ tra! aban%onar lo! Laboratorios Bell > n%ar Shockley Semiconductor ; Feron abri#a%o! &or Cle6ite-S@o#le>; S@o#le> e el %e!#bri%or %el transistor &or el ,e obt6o el Premio Nobel de Física en 1;

0





Smbolo %el %io%o S@o#le> S@o#le>

Gr3f#a V-I %el %io%o

- SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER) El SCR e! n %i!&o!iti6o %e #atro #a&a! m> !imilar al %io%o S@o#le>+ #on la %ieren#ia %e &o!eer tre! terminale!" 3no%o+ #3to%o > &erta B(ate; Al i(al ,e el %io%o S@o#le>+ &re!enta %o! e!ta%o! %e o&era#i$n" abierto > #erra%o+ #omo !i !e trata!e %e n interr&tor;





Con!tr##i$n b3!i#a > !mbolo %el SCR

- EL DIAC E! n ti&o %e tiri!tor ,e &e%e #on%#ir en lo! %o! !enti%o!; E! n %i!&o!iti6o %e %o! terminale! ,e n#iona b3!i#amente #omo %o! %io%o! S@o#le> ,e #on%#en en !enti%o! o&e!to!;

Con!tr##i$n b3!i#a > !mbolo %el %ia#

La #r6a %e n#ionamiento reJe tanto en &olari4a#i$n %ire#ta #omo en in6er!a; Cal,iera ,e !ea la &olari4a#i$n %el %i!&o!iti6o+ &ara ,e #e!e la #on%##i$n @a> ,e @a#er %i!minir la #orriente &or %eba %ere#@a %e la #r6a+ a &e!ar %e tener na orma an3lo(a+ no tienen &or , !er !imtri#a!; H

Cara#ter!ti#a V-I %el %ia#





- EL TRIAC E!te %i!&o!iti6o e! !imlar al %ia# &ero #on n Kni#o terminal %e &erta B(ate; Se &e%e %i!&arar me%iante n &l!o %e #orriente %e (ate > no re,iere al#an4ar el 6olta
Con!tr##i$n b3!i#a > !mbolo %el 'RIAC;

En la #r6a #ara#ter!ti#a !e in%i#a ,e &ara %ierente! %i!&aro!+ e! %e#ir+ &ara %i!tinta! #orriente! a&li#a%a! en (ate+ el 6alor %e V8O e! %i!tinto; En la &arte %e &olari4a#i$n &o!iti6a+ la #r6a %e m3! a la i4,ier%a e! la ,e &re!enta n 6alor %e V8O m3! ba e! la ,e ma>or #orriente %e (ate &re#i!a en el %i!&aro; 2ara ,e e!te %i!&o!iti6o %e ,e @a#er ba
Al i(al ,e el !mini!tra%a a ,e la &oten#ia %rante n %ieren#ia #on el

Cara#ter!ti#a V-I

SCR+ !e em&lean &ara #ontrolar la &oten#ia na #ar(a; El tria# &e%e %i!&arar!e %e tal mo%o en alterna !ea !mini!tra%a a la #ar(a tiem&o %etermina%o %e #a%a #i#lo; La SCR e! ,e !e &e%e %i!&arar tanto en la &arte &o!iti6a ,e en la ne(ati6a %el #i#lo+ %e tal manera ,e la #orriente en la #ar(a &e%e #ir#lar en lo! %o! !enti%o!;

%el tria#

Control b3!i#o %e &oten#ia #on n 'ria#

H



IV;*ateriale! 

1 O!#ilo!#o&io %i(ital



1 *ltmetro %i(ital



1 'iri!tor .N? o E,i6alente;



1 2RO'O8OARD



1 Fo#o #on ! !oe#t B#ar(a



. Con%en!a%ore! %e /;..F+ /;/77F + /;/.F+ 1F+ F



. Re!i!ten#ia! %e 1/ 5 Ω > . %e &oten#ia

7

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

ELECTRONICA DE

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

POTENCIA

V;2ro#e%imiento 1 Armar el #ir#ito %e la f(ra; S W 1

F O C O

10k

R1 2N3669

220Vac 60Hz 100k

Rp

S W 2

. Sele##ionar en R2 n 6alor %e /5 > #errar el interr&tor S1 ob!er6an%o ,e !#e%e #on la l3m&ara; ? Le(o %e 6erif#ar la! #one=ione! #errar el interr&tor S.+ ob!er6an%o lo ,e !#e%e #on la l3m&ara > me%ir la ten!i$n entre el 3no%o > #3to%o; 0 Re&etir el &a!o . > ? &ara 6alore! %e R 2 %e H/ > 1//5;  Armar el #ir#ito ,e !e me!tra en la f(ra > !ele##ione en R 2 n 6alor %e /5; S W

F O C O

10k

R1 2N3669

220Vac 60Hz 100k

0 .2 2 u F

Rp

C1

 Cone#tar el OSCILOSCO2IO entre lo! terminale! %el #on%en!a%or > ob!er6e la orma %e on%a; H Le(o %e 6erif#ar ,e to%a! la! #one=ione! e!t3n #orre#ta! #errar el interr&tor S+ ob!er6an%o la f(ra ,e a&are#e en el o!#ilo!#o&io+ lo ,e !#e%e #on la l3m&ara + el tiem&o ,e %emora en &ren%er!e > me%ir la ten!i$n entre 3no%o > #3to%o %el tiri!tor; 7 Re&etir lo! &a!o!  > H &ara 6alore! %e R 2 %e H/ > 1//5;




ELECTRONICA DE


POTENCIA

 Anote en ! @o 6alore! %e ten!i$n me%i%o! re#er%e ,e la #orriente > ten!i$n !on alterna!+ &or lo tanto %ebe tener m#@o #i%a%o;

Circuito N°1

Circuito N°

!ediciones circuito N° 1

!ediciones circuito N°

"olta#e de la car$a vista en el oscilosco%io

1/


11



VI;)o
1.




VII;Ce!tionario 1; )a#er el n%amento te$ri#o %el e=&erimento reali4a%o; BVer &3(ina 0 %el inorme; .; C3l e! la %ieren#ia entre el &rimero > !e(n%o #ir#itoP La %ieren#ia ra%i#a en el ran(o %e 6aria#i$n %el 3n(lo %e %i!&aro+ en el &rimer #ir#ito &o%emo! #ontrolar el 3n(lo %e %i!&aro entre /° > /°+mo%if#an%o lo! 6alore! %e R1 > R&BVer ane=o 1+ mientra! ,e en el !e(n%o lo &o%emo! @a#er entre /° > 17/°+ #on 6alore! %e C1+ R1 > R& a%e#a%o! BVer ane=o .+ la ra4$n &or la #al e! &o!ible e!to e! %ebi%o a la a%i#i$n %e n #on%en!a%or+ &or lo ,e &o%emo! mani&lar la #on!tante %e tiem&o %el #ir#ito; ?; Q !#e%e #on la l3m&ara #an%o amenta el 6alor %e R 2 en ambo! #ir#ito!P Can%o amentamo! el 6alor %e R&+ %i!min>e la #orriente ,e #ir#la al terminal GA'E+ &or #on!i(iente el tiri!tor no al#an4ar3 la #orriente %e &erta %e %i!&aro BI G' &ara a#ti6arlo+ e! %e#ir+ el tiri!tor no #on%#ir3 #orriente; 0; Se(Kn ! o&ini$n #3l %e lo! #ir#ito! %e %i!&aro e! el re#omen%able 2or ,P Re#omen%amo! el !o %el !e(n%o #ir#ito &or,e !e &e%e %i!ear tal ,e el 3n(lo %e %i!&aro e!t en el ran(o %e /° a 17/°+ m#@o m3! 6er!3til ,e el &rimero B/° a /°+ &ero #on la ob!er6a#i$n %e ,e el #on%en!a%or &ro%#ir3 J#ta#ione! &e,ea! #an%o !e #ar(e > %e!#ar(e+ %e&en%ien%o %el 6alor %e la #a&a#itan#iaBVer ane=o .; ; Q %if#lta%e! en#ontr$ &ara reali4ar e!te e=&erimentoP S(iera ,e #ambio! !e &o%ran @a#er &ara me @a#ien%o ben #onta#to entre !! terminale!; Re#omen%amo! aa%ir n !e(n%o re!i!tor R. Bre!i!ten#ia %e #3to%o &erta+ tambin %enota%o #omo R G5 + el #al !e in#l>e &ara e6itar na a#ti6a#i$n in%e!ea%a %el tiri!torBVer ane=o ?; En el !e(n%o #ir#ito+ la! &e,ea! J#ta#ione! #a!a%a! &or el #on%en!a%or+ @a#en %i#il %e me%ir a !im&le 6i!ta el 3n(lo %e %i!&aro en el o!#ilo!#o&ioBVer ane=o 0+ re#omen%amo! 6i!ali4ar al mi!mo tiem&o en el o!#ilo!#o&io+ el 6oltaor e=a#tit% el 3n(lo %e %i!&aroBVer ane=o ;

1?


10




VIII;Ob!er6a#ione! > Con#l!ione! 1 Lo ,e mani&lamo! en ambo! #ir#ito! e! la re!i!ten#ia &erta-#3to%o+ en #on!e#en#ia+ #ontrolamo! la #orriente %e la &erta+ la #al al al#an4ar n 6alor %e %i!eo %a%o &or el abri#ante BI G'+ a#ti6ar3 el tiri!tor; . 2ara el tiri!tor ,e tili4amo!+ el 6alor %e la #orriente I G' 6ara entre lo! .mA > .mA+ la #orriente %e mantenimiento I ) &e%e !er #omo m3=imo 0/mA > &or Kltimo la #orriente %e en(an#@e IL lle(a a !er #omo m3=imo /mA BVer ane=o + e!ta! %o! Kltima! !on #orriente! ,e #ir#lan %e 3no%o a #3to%o; ? En el &rimer #ir#ito+ ob!er6amo! ,e el tiri!tor B#an%o #on%#e re#tif#a la !eal &or,e el 6oltaa no e! &o!iti6o en el !emi#i#lo ne(ati6o %el 6olta
° ∗τ ; τ = Rcarga∗C 16,67 ms

+ e!to @a#e &o!ible obtener ran(o! ,e 6aren

%e /° a 17/°;  Con !olo n SCR no e! ne#e!ario #ontrolar ! &erta m3! all3 %e 17/°+ >a ,e e!t3 merto en e!e &ero%o %e tiem&o entre 17/° > ?/°+ &or &ertene#er al Jan#o ne(ati6o %e la #orriente alterna;

1



I;Ane=o! Ane=o 1"

En e!te #a!o" R&1//  > R11/  ; 2o%emo! ob!er6ar ,e el 3n(lo %e %i!&aro e!t3 entre /° > /°; Se !iml$ tili4an%o el &ro(rama *lti!im 1.;/;

Ane=o ."

1


ELECTRONICA DE


POTENCIA

En e!te #a!o" C1.F+ R&1/  > R11  ; 2o%emo! ob!er6ar ,e el 3n(lo %e %i!&aro e!t3 entre /° > 17/°; Se !iml$ tili4an%o el &ro(rama *lti!im 1.;/;

Ane=o ?"

E!ta e! la %i!&o!i#i$n %el re!i!tor R. en el #ir#ito &ara e6itar na a#ti6a#i$n in%e!ea%a %el tiri!tor;

Ane=o 0"

A !im&le 6i!ta e! %i#il %eterminar el 3n(lo %e %i!&aro;

Ane=o "

1H



A@ora+ e! m#@o m3! !en#illo &o%er %eterminar el 3n(lo %e %i!&aro;

Ane=o "

Cara#ter!ti#a! %el tiri!tor 'N1+ ente" %ata!@eet en internet;

17



; Reeren#ia! biblio(r3f#a! • • • • • •

@tt&"WWMMM;!t;#omWMebWenWre!or#eWte#@ni#alW%o#mentWa&&li#ationXn oteWCD//17?H/;&% @tt&"WW&%1;all%ata!@eet;#omW%ata!@eet&%W6ieMW.?.1WS'*ICROELEC'RONICSW'N1;@tml @tt&"WWMMM;ra%io-ele#troni#!;#omWinoW#ir#it!W!#r-!ili#on-#ontrolle%re#tiferWfrin(-tri((erin(-#ir#it;&@& @tt&"WWMMM;e%aboar%;#omWt@rea%00H7;@tml Ele#tr$ni#a %e &oten#ia Y *o@amme% );Ra!@i% Ele#tr$ni#a %e &oten#ia Y Ne% *o@an

1

Informe 1 Electronica de Potencia

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