RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA SEMI-CONTROLADO SIMETRICO, DISPARO DE TIRISTOTES

OBJETIVO

El objetivo del tiristor es retardar la entrada en conducción del mismo, ya que como se sabe, un tiristor se hace conductor no sólo cuando la tensión en sus bornes se hace positiva (tensión de ánodo mayor que tensión de cátodo), sino cuando siendo esta tensión positiva.

Diseñar y construir un circuito, para el control del ángulo de conducción de SCR, de un puente rectificador monofásico de onda completa, por el método rampa-escalón (lineal o coseno). El voltaje en la carga se debe controlar con una señal Vc que varía entre 0 y 10 V.

Se utiliza una carga resistiva-inductiva. Para reducir los riesgos de choque eléctrico, se utiliza un transformador reductor 120/25V, 60 Hz, para el circuito de potencia

TEORIA

Los rectificadores controlados emplean el tiristor o SCR(rectificador controlado de silicio) como dispositivo de control. El tiristor es un semiconductor que presenta dos estados estables: en uno conduce, y en otro está en corte(bloqueo directo, bloqueo inverso y conducción directa). El parámetro principal de los rectificadores controlados es el ángulo de retardo, En los rectificadores controlados se controla el cebado del tiristor y su bloqueo es normalmente natural. Un rectificador de onda completa convierte la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, mediante la inversión de las porciones (semiciclos) negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o negativas) se combinan con las inversas de las negativas (positivas) para producir una forma de onda enteramente positiva (negativa).El rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la señal senoidal de entrada, para obtener una salida unipolar, invierte los semiciclos negativos de la onda senoidal. En la figura 1 se muestra una posible estructuración en la que el devanado secundario es con derivación central para obtener dos voltajes vs , en paralelo con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas.

Rectificador de onda completa mediante dos diodos con transformador de punto medio

Tabla de datos obtenidos mediante PSIM (SIMWIEW)

Valores obtenidos mediante PSIM (SIMWIEW)

Mediciones Valor máximo

Valor rms Valor medio

V (v) 311 220 0VS (v) 34 24 0

V carga (v) 34 24 21,65IS (A) 2.83 2 0

I diodo 3 (A)

2,83 1,42 0,9

I carga (A) 2,83 2 1,81

Formas de onda obtenidas mediante PSIM

Rectificador de onda completa y punto medioCuando hablamos de punto medio, nos referimos a que el transformador tiene tres salidas en el secundario, es decir, un

secundario doble con toma central. En el circuito representado,se rectifican los semiciclos positivos de una señal alterna. El semiciclo positivo irá alternándose entre las dos salidas, sin contar con el punto medio. Cuando el semiciclo positivo se encuentre en la parte superior del transformador actuará el diodo de arriba; cuando el semiciclo positivo se encuentre en la parte de debajo de transformador actuará el diodo de abajo. La relación existente entre tensiones e intensidades de entrada y salida es:

Vd = 0,4* Vv

y Id = 1,2* Iv.

Este circuito se utiliza poco porque el transformador sale menos económico, de todos modos, en el caso de que se utilice solo se hace con circuitos de baja potencia.

El transformador convierte la tensión alterna de entrada en otra tensión alterna del valor deseado, esta tensión es rectificada durante el primer semiciclo por el diodo D1 y durante el segundo semiciclo por el diodo D2, de forma que a la carga R le llega una tensión continua pulsante muy impura ya que no está filtrada ni estabilizada. En este circuito tomamos el valor de potencial 0 en la toma intermedia del transformador.

Rectificador de onda completa mediante puente de Gratz

Se trata de un rectificador de onda completa en el que, a diferencia del anterior, sólo es necesario utilizar transformador si la tensión de salida debe tener un valor distinto de la tensión de entrada.

En la Figura 3 está representado el circuito de un rectificador de este tipo.

Figura 3.- Rectificador de onda completa con puente de Gratz

A fin de facilitar la explicación del funcionamiento de este circuito vamos a denominar D-1 al diodo situado más arriba y D-2, D-3 y D-4 a los siguientes en orden descendente.

Durante el semiciclo en que el punto superior del secundario del transformador es positivo con respecto al inferior de dicho secundario, la corriente circula a través del camino siguiente:

Punto superior del secundario --> Diodo D-1 --> (+)Resistencia de carga R(-) --> Diodo D-4 --> punto inferior del secundario.

En el semiciclo siguiente, cuando el punto superior del secundario es negativo y el inferior positivo lo hará por:

Punto inferior del secundario --> Diodo D-2 --> (+) Resistencia de carga R (-) --> Diodo D-3 --> punto superior del secundario.

En este caso, vemos como circula corriente por la carga, en el mismo sentido, en los dos semiciclos, con lo que se aprovechan ambos y se obtiene una corriente rectificada más uniforme que en el caso del rectificador de media onda, donde durante un semiciclo se interrumpe la circulación de corriente por la carga.

En ambos tipos de rectificadores de onda completa, la forma de onda de la corriente rectificada de salida, será la de una corriente continua pulsatoria, pero con una frecuencia de pulso doble de la de la corriente alterna de alimentación.

Filtrado

Como se puede apreciar en las Figuras 1, 2y 3 la corriente contínua obtenida en la salida de los rectificadores es pulsatoria, lo que la inutilizaría para la mayoría de las aplicaciones electrónicas. Para evitar este inconveniente se procede a un filtrado para eliminar el rizado de la señal pulsante rectificada. Esto se realiza mediante filtros RC (resistencia-capacidad) o LC (inductancia-capacidad), obteniéndose finalmente a la salida una corriente continua con un rizado que depende del filtro y la carga. Sin carga, no existe rizado. Debe notarse que este filtro no es lineal, por la existencia de los diodos, que cargan rápidamente los condensadores que, a su vez, se descargan lentamente a través de la carga.

Rectificador Síncrono

Hay aplicaciones en las que la caída de tensión directa en los diodos (VF) causa que tengan una baja eficiencia, como el caso de algunos convertidores DC-DC. Un rectificador síncrono sustituye los diodos por transistores MOSFET, gobernados por un circuito de control que los corta cuando la tensión entra en su ciclo negativo. Esta técnica tiene tres ventajas frente a los diodos:

El circuito básicamente funciona de acuerdo con la muestra tomada de la red de 6 voltios la cual entra a un detector de cruce por cero. Dicha salida del detector es invertida ya que por medio de esto puede ser desfasada en 180 grados y así obtener una señal rampa desfasada la cual será nuevamente comparada con su original para luego obtener las respectivas variaciones de ancho de pulso que serán transmitidas a los SCR. 

Grafica . PWM monofásico

  Como se puede apreciar en la grafica , se observa la señal de salida del PWM monofásico, donde al  variar el ancho de pulso cambia el ángulo de extinción el cual es mostrado en la grafica.

Etapa De Potencia Monofásica

Figura . Etapa de potencia monofásica.

  Como se puede apreciar en la figura encontramos la respectiva etapa de potencia que se utilizara para acoplar las salidas del PWM con la red monofásica. 

Grafica . Onda observada sobre la carga.

En la grafica podemos ver cómo cambia el ángulo de conducción debido a la variación del PWM. Esta figura se puede apreciar en la simulación realizada en multisim. 

No existe VF en un MOSFET. Éste se comporta como una resistencia (RON) de modo que conduce con cualquier valor de tensión (V>0), mientras que un diodo necesita V>VF, lo que es de suma importancia en circuitos alimentados a muy baja tensión.

La resistencia (RON) del MOSFET se puede hacer arbitrariamente pequeña, haciendo mayor la anchura del canal, con lo que las pérdidas en transistorsepueden hacer muy bajas. Por el contrario, la VF depende en gran parte de la anchura de la banda prohibida del silicio por lo que, por muy grande que se haga el diodo, VF solo se reduce en un pequeño margen.

En el caso de fuentes de conmutación, es ventajoso trabajar a frecuencias altas pues reduce el tamaño de los condensadores necesarios; pero la carga almacenada en las uniones pn de los diodos hace que éstos no pasen instantáneamente al estado de bloqueo, de modo que cierta cantidad de corriente inversa los atraviesa cuando se produce la conmutación, disminuyendo la eficiencia. Como el MOST se corta en respuesta a la señal de control y no a la corriente que rectifica, es posible compensar este tipo de reta

CONCLUSIONES

Como hemos podido apreciar, mediante Psim logramos obtener gráficos de formas de ondas en distintas partes de los circuitos rectificadores, tales como: tensión en la carga, corriente en los diodos, tensión de alimentación, corriente en la carga, etc. además se obtuvieron todos los valores de interés para el caso de análisis y/o cálculos, como lo son los valores medios, valores rms, valores máximos y mínimos, entre otros, tanto de corriente como de tensión.

El primer caso trataba de un circuito rectificador monofasico de onda completa con carga resistiva, se analizaron gráficos y compararon valores obtenidos en psim con los calculados a través de formulas o cifras de merito, los cuales presentaron una

aproximación bastante aceptable. se repitió el ensayo con un rectificador trifásico puente Graetz con carga fuente de corriente y un rectificador trifásico de media onda también con carga fuente de corriente en un momento y carga resistiva en paralelo en otro momento. En estos casos los valores obtenidos y lo gráficos también estaban muy cercanos a los valores teóricos esperados.

Además logramos captar durante los ensayos que para obtener los valores rms y medios es muy importante que el tiempo de ensayo tiene que ser múltiplo exacto del periodo de la señal, de lo contrario estas cifras varían mucho hasta un 25%

BIBLIOGRAFIA

www.forosdeelectronica.com/.../rectificadores metis.umh.es/jacarrasco/docencia/ei/Tema7/.../T7_2.pdf www.uma.es/investigadores/.../index.php?...com www.ipes.ethz.ch/ipes/sp_index.html