Electrónica de Potencia. Guía 9

Práctica 7 Pág. 1

Contenido

Facultad: Estudios Tecnologicos Escuela: Electronica y Biomedica Asignatura: Electrónica de Potencia

Rectificación Controlada.

Objetivos Específicos

Implementar diferentes circuitos de rectificación controlada utilizando SCR’S de potencia. Verificar utilizando el osciloscopio, las diferentes formas de onda registrada en los tiristores y en la

carga, desde la tensión en cada elemento, como la corriente que se desea controlar. Verificar y determinar los semiconductores en conducción para una secuencia de fases especifica y

deducir la lógica de disparo de la compuerta, mediante diagrama de fases y de tiempos de trabajo. Verificar diferentes valores promedio de salida de tensión para diferentes ángulos de disparo y verificar

los efectos de carácter inductivo sobre la forma de onda de salida.

Materiales Y Equipo

Tabla 1.1. Materiales y equipo.

Cantidad Descripción

1 Fuente Trifásica ST 7007 – 4M.

1 DC – Power Supply SO 3538 – 8D.

1 Módulo Control Unit 6 Pulse Outputs SO 3536 – 7B6.

1 Módulo Thyristor 800V / 10A SO 3538 – 9H.

1 Carga Resistiva SE 2666 -9N (2 x 200 Ohm) o SE 2666 – 9P ( 3 x 300 Ohm)

1 Inductive Load SE 2666 – 9Q.

1 Isolation – Amplifier LM 6113

1 Osciloscopio

1 Tester Electronic Wattmeter SO 5127 – 1R6.

1 Cables de conexión, Punta doble para osciloscopio.

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Introducción Teórica

La rectificación controlada consiste principalmente en realizar la conversión de potencia alterna a potencia directa pero teniendo un control más exacto de la tensión de salida utilizando para ello semiconductores de control (BJT, SCR, etc.) y por consiguiente circuitos de disparo coordinados. Algunas de las aplicaciones más simples de los rectificadores controlados son los controladores de velocidad del motor de corriente directa.

Rectificador controlado monofásico media onda. En la Figura 7.1 tenemos un rectificador de media onda controlado. Durante el ciclo positivo de la señal de entrada, el ánodo del tiristor es positivo respecto al cátodo, haciendo que éste se polarice en directa. Cuando el tiristor se dispara, en un ángulo determinado (wt = a) el tiristor conduce, lo que da por resultado que sobre la carga se tenga el voltaje de entrada. Cuando el voltaje de entrada empieza hacerse negativo (wt = p), el ánodo es negativo con respecto al cátodo con lo que el tiristor toma una polaridad inversa, esto hace que éste se desactive. El tiempo desde que el voltaje de entrada empieza hacerse positivo hasta que el SCR se dispara se conoce como ángulo de disparo.

Figura 7.1. Rectificador controlado de media onda.

La Figura 7.2 muestra las formas de onda de los voltajes de entrada y salida, así como la corriente de carga y el voltaje a través del tiristor, por lo general este convertidor es poco usado en las aplicaciones industriales, ya que se caracteriza por tener un alto contenido de componentes ondulatorias de bajas frecuencias.

Figura 7.2. Formas de onda entrada / salida

del rectificador de media onda. El voltaje promedio de salida se determina por:

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Rectificador controlado onda completa (Puente) La figura 7.3 muestra la construcción básica de un rectificador controlado puente

Figura 7.3. Rectificado controlado onda completa (puente).

Si los tiristores T1 y T3 son excitados al inicio del primer semiperiodo cuando el voltaje aplicado es positivo en el ánodo de T1 el tiristor actúa como un conmutador cerrado y conecta el semiciclo positivo la tensión a la carga.

Los tiristores permanecen conduciendo hasta que cambia la polaridad de la tensión aplicada. Al inicio del segundo semiciclo, los tiristores T2 y T4 deben ser disparados (tensión positiva en el K de T3).

De este modo el segundo semiciclo de la tensión es conmutado hacia la carga en la misma dirección que el primer semiciclo.

Curvas.

Figura 7.4. Formas de onda entrada / salida del rectificador controlado onda completa (puente).

Puede observarse en las gráficas de la formas de onda que:

Con control total, en = 0, hay tensión e intensidad en la carga (lado CC) durante la duración de un periodo T, que consisten en los subsiguientes semiciclos positivos sinusoidales.

Retrasando el pulso disparador (control de fase) hasta un máximo de = 180º, la tensión en la carga y por lo tanto la intensidad de corriente, puede ser reducida a cero.

El máximo valor se alcanza en el control total, = 0.

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La característica de rendimiento de control total:

El valor RMS de la tensión:

Rectificador trifásico controlado.

En la Figura 7.9 se observa un circuito trifásico. Para un ángulo de = 0, produce un voltaje DC, dado por:

Para una carga óhmica:

Para carga inductiva:

Procedimiento

Rectificación controlada media onda. 1. Implemente el circuito de la Figura 7.5, previa identificación de los módulos a utilizar.

2. Observe las formas de onda en el osciloscopio: voltaje alterno de entrada U, voltaje en la carga Udy voltaje

en el tiristor UAK. Con carga resistiva, en = 45º y 135º. Dibuje los oscilogramas.

Figura 7.5. Rectificador controlado media onda.

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Formas de onda para ángulo de disparo de 45° con carga resistiva.

Formas de onda para ángulo de disparo de 45° con carga resistiva.

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Formas de onda para ángulo de disparo de 135° con carga resistiva.

Formas de onda para ángulo de disparo de 135° con carga resistiva.

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3. Conecte una inductancia de 100 mH en serie con la resistencia de carga y repita el numeral 2.

Formas de onda para ángulo de disparo de 45° con carga RL.

Formas de onda para ángulo de disparo de 45° con carga RL.

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Formas de onda para ángulo de disparo de 135° con carga RL.

Formas de onda para ángulo de disparo de 135° con carga RL.

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Rectificador controlado de onda completa. 1. Ensamble el circuito de la Figura 7.6 y Figura 7.7.

Figura 7.6. Rectificador de onda completa: circuito de potencia.

Figura 7.7. Rectificador de onda completa: circuito de control.

2. Varíe el ángulo de disparo desde 0 hasta 180º y mida el valor de voltaje de DC en la carga (Ud) en pasos de 30º y colóquelos en la Tabla 7.1.

0° 30° 60° 90° 120° 150° 180°

Ud Ud/ Udo

Tabla 7.1. Carga resistiva.

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3. Usando los valores medidos, dibuje las características de control para carga resistiva.

Figura 7.8. Curva de operación del rectificador onda completa – carga resistiva.

4. Conecte una inductancia de 100 mH en serie con la resistencia. Varíe el ángulo de disparo desde 0 a 180º y

mida el valor de voltaje de DC en la carga (Ud) en pasos de 30º y colóquelos en la Tabla 7.2.

0° 30° 60° 90° 120° 150° 180°

Ud Ud/ Udo

Tabla 7.2. Carga RL.

5. Usando los valores medidos, dibuje las características de control para carga RL.

Figura 7.9. Curva de operación del rectificador onda completa – carga RL.

6. Calcule el voltaje Udpara la Tabla 7.1. Compare los valores calculados con los valores extraídos de las características de control. La fórmula para el voltaje operación controlada es:

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Rectificador controlado trifásico de onda completa.

1. Construya el circuito de la Figura 7.10. Y complete las conexiones del generador de pulsos.

Figura 7.10 Rectificador trifásico controlado.

2. Con una carga RL, mida el voltaje Udcon los valores de disparo que aparecen en la Tabla 7.4 (Udo es el voltaje Ud a 0

o).

0° 30° 60° 90° 120° 150° 180°

Ud Ud/ Udo

Tabla 7.3. Carga RL.

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3. Elabore la curva característica de la operación del rectificador.

Figura 7.11: “Curva de operación del rectificador trifásico”.

Paso 5. Mida la potencia entregada por el rectificador a la carga.

P = Watts.

ICARGA = Amperios.

VCARGA = Voltios.

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Análisis de resultados

1. Presentación de las formas de onda de ángulos de disparo, con cada tipo de carga, en papel milimetrado.

2. Simulación de los circuitos (PSPICE) 3. Con los datos de la práctica, calcule el valor del voltaje de salida en cada caso, y compárelo con los

valores medidos, consignando memoria de cálculo. (Referencia: RASHID)

Investigación complementaria

1) Presente las características principales de funcionamiento de los IGBT y los Powerex. 2) Cuáles son las ventajas entre los BJT y los SCR referente a la conmutación y/u operación. 3) ¿Cuáles son las técnicas programadas PWM? 4) Es posible sustituir con BJT los rectificadores experimentados. Presente los circuitos y funcionamiento. 5) Presente las topologías más comunes de los inversores y describa su funcionamiento. 6) ¿Qué son los armónicos, como pueden eliminarse y como afectan en la carga y en la red de

alimentación? 7) ¿Qué significa Factor de Potencia unitario en la entrada?

Bibliografía

Boylestad, Robert.: “Electrónica: Teoría de Circuitos”. Prentice-Hall. 2ª. Edición México 1997.

Rashid, Muhammad H.: “Electrónica de Potencia, circuitos dispositivos y aplicaciones”. Prentice-Hall. Hispanoamérica. 1995.