Rectificadores Controlados y No controlados

Universidad Nacional de Santiago del EsteroFacultad de Ciencias Exactas y Tecnologa

Rectificadores Controlados y No controlados

Asignatura: ElectrnicaAlumno: Farutt Jonathan GermnLegajo: 30174/08Carrera: Ingeniera Electromecnica

Ao: 2015

Introduccin En la mayora de aplicaciones de la electrnica de potencia, la entrada de potencia que est en forma de voltaje alterno de 50 o 60 Hz proporcionada por el sistema de distribucin, debe ser transformada en voltaje continuo no regulado. Para tal efecto se utilizan los rectificadores. Los rectificadores o convertidores de corriente se caracterizan por transformar la corriente alterna en continua. De esta manera permiten la conversin directa desde un circuito alimentado con voltaje alterno, poder alimentar a la carga con corriente continua. Los rectificadores no controlados estn formados exclusivamente por diodos, no necesitando circuitos de mando, por lo que los diodos conmutan de manera natural forzados por la fuente de alimentacin. Para entender cmo funciona un rectificador bastan con fijarnos en dos aspectos: 1. Los conjuntos de diodos o conmutadores. 2. La forma como estn conectados los devanados que suministran las tensiones alternas a rectificar: el tipo de montaje. 1. EL DIODO : Un diodo es la unin de dos zonas de material semiconductor, una de tipo N y la otra de tipo P, entre las dos se forma una zona llamada de agotamiento (Z.A.) donde es mnima o nula la presencia de portadores de carga. Semiconductor tipo N El silicio que ha sido dopado con impurezas pentavalentes (antimonio, arsnico y fsforo) se denomina semiconductor tipo n, donde n hace referencia a negativo. Los electrones libres son los portadores mayoritarios y los huecos son los portadores minoritarios. Semiconductor tipo P El silicio que ha sido dopado con impurezas trivalentes (Boro, galio e indio) se denomina semiconductor tipo p, donde p hace referencia a positivo. Los huecos sern los portadores mayoritarios y los electrones libres los portadores minoritarios.

ANODO P N CATODO

POLARIZACION DE UN DIODO POLARIZACIN DIRECTA Cuando el voltaje es pequeo y va aumentando, la zona de agotamiento se va estrechando hasta llegar a un valor llamado tensin de umbral donde desaparece (diodo ideal) para dar origen a una corriente elctrica a travs del diodo, entonces decimos que el diodo est en conduccin (el diodo se comporta como un interruptor cerrado).

POLARIZACIN INVERSA El voltaje negativo aplicado al nodo atrae los huecos y el voltaje positivo aplicado al ctodo atrae los electrones por lo que la zona de agotamiento se ensancha. Se dice entonces que el diodo se comporta como un interruptor abierto

La polarizacin directa se obtiene cuando se aplica un voltaje ms positivo al nodo que al ctodo, mientras que la polarizacin inversa es cuando se aplica un voltaje ms negativo al nodo que al ctodoEn un diodo real, la grfica de la curva que resulta entre el valor del voltaje aplicado y la corriente que circula ante dicho voltaje (IF vs VF), resulta una curva conocida como curva caracterstica del diodo. V: Tensin de umbral, de codo o de partida Is: Corriente inversa de saturacin Vr: Tensin de ruptura Un diodo se puede aproximar por una fuente de tensin continua VD (VD 0,7V para diodos de Si y VD 0,3V para diodos de Ge) cuando est polarizado directamente, y por un circuitito abierto cuando est polarizado

Rectificadores no controlados:Rectificador Multifase: Para rectificar un conjunto de q tensiones alternas e1, e2, e3,, etc. Lo ms simple es usar un grupo de q diodos que pueden estar conectados con los ctodos comunes o bien con los nodos comunes como puede verse en la figura:

En la configuracin de ctodos comunes (primera figura) la tensin de salida u toma en cada instante el valor de la mayor tensin de entrada alterna, por ejemplo suponiendo que en un determinado momento la tensin e1 > ek con k= 2, 3,, q, el diodo que debera conducir en este caso sera el D1, por lo tanto u = e1 y el resto de los diodos estarn polarizados inversamente.Por otra parte en la segunda configuracin tenemos con nodos comunes la tensin de salida toma en cada instante el menor valor de la tensin de entrada. La nica diferencia entre ambas configuraciones es que dan la tensin de salida con polaridad distinta.En la prctica es pieza fundamental en los rectificadores el transformador a utilizar, si se trata de un rectificador polifsico, su secundario puede conectarse de dos maneras: en estrella o en polgono. La conexin del primario es indiferente a efectos de constituir los montajes principales. Para la configuracin en estrella hay 2 tipos de montajes: el de media onda y el de onda completa en donde se pueden a preciar en las siguientes figuras:

A) B)A)En la figura A) configuracin de media onda y en la B) de onda completa

En el montaje de media onda representado, se da con ctodos comunes y para el montaje de onda completa se puede ver que se necesita el doble de nmeros de diodos que en el caso anterior, la mitad de los cuales est con los nodos comunes y la otra mitad con los ctodos comunes, en cada instante la tensin de salida e igual a la diferencia de la tensin mas positiva y la ms negativa de e1, e2, e3,,q. aplicando todo lo visto antes y considerando las tensiones entre los puntos A con N y B con N resulta que la tensin uAN es igual a la mayor de las tensiones e1, e2, e3,,q y la tensin uBN toma la menor de las tensiones y por lo tanto resulta que : U= uAN - uBN

Para la configuracin en polgono solo puede existir el montaje de onda completa puesto que no hay neutro en el segundario y la suma de sus corrientes en el secundario debe ser cero para que no de origen a una corriente circulatoria. A continuacin se puede ver su representacin:

En la grafica se ubicaron los bobinados del secundario a acuerdo a sus desfasajes relativos. En cierto instante se verifica que hay tensiones positivas y en otros habr negativas verificndose: u = e1 + e2 ++ ef = - (ef+1 ++ eq-1 + eq) o sea que la tensin a la salida es igual a la suma de las tensiones positivas o a la suma de las negativas cambiada de signo y observando la figura se deduce que : Vq V1 V2 . Vf en el primer miembro Vf V (f+1) V (f+2) . V (q-1) Vq en el segundo miembro De acuerdo a esto el nudo que esta a mayor potencial es q y por ello conduce Dq y el de menor potencia es f y conduce entonces tambin Df. El borne positivo esta al potencial de q y el negativo al potencial de f.A continuacin se analizaran los 3 tipos importantes de rectificadores no controlados los cuales son: Montaje de media onda con secundario en estrella Montaje de onda completa con secundario en estrella Montaje de onda completa con secundario en polgono

Montajes de media onda con secundario en estrella: Al rectificar q tensiones de periodo T, la tensin de salida consta de q picos de senoide por periodo T y su periodo es T/q, el intervalo de conduccin del diodo D1 ser: T/4 T/2q t T/4 + T/2q Durante el cual la tensin de salida es: u = e1 = Ep sen wt

El valor medio de la tensin de salida ser:

Valor rms de la componente de c.a. =

El factor de riple ser:

Tensin inversa en los diodos: debemos hallar la tensin inversa que soporta cada diodo, por ejemplo la tensin en D1 es uD1 = e1- u y hay que hallar el mximo valor de esta diferencia. Para q par cada tensin tiene otra en contra fase: e1 tiene su mnimo coincidiendo con un mximo de u. Para q impar el mnimo de e1 ya no coincide con el mximo de u. las tensiones estn casi en contrafase con e1 y son e(q+1)/2 y e(q+3)/2 Para q par: luD1lmx= 2Ep Para q impar: luD1lmx= 2Ep cos /2q

Intensidades de Corrientes: puesto que la intensidad en la carga es uniforme, de valor I, cada diodo debe conducirla durante un tiempo T/q en cada periodo y los valores caracteristicos en cada diodo son:

Rectificador bifsico de media onda no controlado:Gracias a la disposicin de transformadores de punto medio, podemos tener este tipo de rectificador como muestra la figura:

En este caso q=2 y las tensiones e1 y e2 que se pueden obtener en los dos bornes de salida, estn defesadas un Angulo de 180. Cada diodo conduce en cada semionda. En el primer grafico se puede ver las tensiones e1 y e2 en funcin del tiempo, por la disposicin de los diodos los intervalos de conduccin sern:

Por el efecto de los diodos la grafica de la tensin obtenida en bornes del circuito ser como en el segundo grafico, el efecto resultante de los diodos es eliminar el medio siclo negativo de cada onda.

Rectificador trifsico de media onda no controlado: Cuando el generador de corriente alterna es trifsico una de las posibles configuraciones es la trifsica, la cual corresponde a q = 3 y corresponde a la siguiente figura: Las tensiones a la salida presentes estn dadas por las expresiones:

e1 = Ep sen t e2 = Ep sen (t 2/3 ) e3 = Ep sen (t +2/3 )

En esta configuracin cada diodo conduce un tercio de periodo, as por ejemplo D1 conduce en el intervalo T/12 t 5T/12, en el que u = e1. En la siguiente figura se pueden apreciar las formas de las ondas de tensin que se presentan:

Rectificador exafasico de media onda no controlado:Es otra forma de configuracin que se puede obtener adems de la trifsica cuando el generador es de corriente alterna, en este caso q = 6 y los diodos pueden conducir durante un sexo del periodo y cada transformador por fase deber tener un primario y 2 secundarios, es decir que en la prctica se necesitan 3 transformadores con punto medio para realizar dicha rectificacin. A continuacin se puede ver la configuracin:

En la siguiente tabla podemos resumir los distintos valores de los parmetros caractersticos que definimos antes en cada configuracin:

Rectificador de media onda con elementos reales:A lo largo de la exposicin anterior se consideraron todos los elementos ideales, a continuacin consideraremos los mismos como reales y vemos como afectan a las cadas de tensin que en consecuencia la tensin de salida real Um` es un valor menor que la tensin ideal Um.Se verifica que: (A)Resultando que Um` es la suma de las cadas de tensiones principales consideradas: 1. Cada en la conmutacin2. Cada en las resistencias en los debandados 3. Cadas en los diodos

cada en la conmutacin: En la figura anterior (A) se a representado las inductancias de dispersin del transformador referidas al secundario Ld. Debido a su presencia la intensidad de D2 no puede pasar bruscamente de cero a un valor I en el intervalo t0 en el cual empieza a conducir. Dado que la intensidad en la carga es constante se verifica:

En el intervalo t0 t1= / conducen ambos diodos (D1 y D2) como puede apreciarse en la figura (B), es el Angulo de solapamiento durante el cual ambas fases del transformador estn en cortocircuito. La ecuacin diferencial que rige este comportamiento es:

Obtenindose:

Como la corriente de la carga es constante, se obtiene entonces:Finalmente se encuentra: Con t0 t t1

Ahora veremos cmo evoluciona durante este intervalo la corriente en D2: De las ecuaciones anteriores se tiene

Integrando esta ltima expresin con la condicin inicial que iD2 = 0 para t = t0 = T/4 + T/2q

El solapamiento de los 2 diodos termina cuando la corriente en el diodo 2 llega a un valor I y esto ocurre en el intervalo siguiente:

Si sustituimos este valor en la ecuacin de iD2 llegamos a la siguiente expresin:

Resultando que la cada de tensin producida por la conmutacin es proporcional al rea sombreada en la figura (B). Su valor medio es:

cada de tensin en las resistencias:La cada de tensin en las resistencias de los devanados del transformador se halla debido a las perdidas por el cobre en los bobinados:

Y la disminucin de la tensin en la salida del rectificador Um debido a dichas prdidas es:

cada en los diodos: En todo momento la intensidad de salida pasa por un diodo, cuya salida se la llama cada de tensin directa Ud en donde puede escribirse prcticamente: Resulta de 0,7 V para los diodos de silicio y 0,3 V para los de germanio.

Montaje de onda completa con secundario en estrella: Para estas configuraciones, el nmero de diodos a utilizar es 2q que se conectan formando un puente y como ya es sabido q es el nmero de fases en el secundario.El montaje ms simple es el siguiente:

Resulta es el de un rectificador bifsico de onda completa, en el cual a primera vista parece que solo hay una sola fase, pero en realidad q=2 puesto que hay 4 diodos. El montaje con q=1 no existe para este caso. La tensin en el secundario es e=2Ep sen (t) que est formada por las tensiones e1=e/2 y e2=-e/2 ambas en oposicin de fase.De acuerdo a esto en cada instante la tensin de salida es igual a la diferencia de tensiones entre la ms positiva y la ms negativa de las del secundario del transformador. Para 0 t T/2 tenemos e1 e2 y conducen D1 y D2` siendo: u = e1 e2 = e Para T/2 t T tenemos e2 e1 y conducen D2 y D1` siendo: u = e2 e1 = -e Ahora veremos que sucede con la configuracin trifsica cuyas graficas y circuitos son los siguientes: Aqu q=3 y cada diodo conduce durante un tercio de periodo.

A continuacin como en caso de media onda definiremos los siguientes conceptos:

Tensin en estrella y onda completa: Segn el montaje de media onda tenemos:

Factor de riple: Si q es par la tensin de salida tiene q arcos de seno por periodo T y su duracin T/q. Si q es impar tiene 2q arcos de seno por periodo T y su duracin es T/2q As son validas las ecuaciones de media onda teniendo en cuanta si q es par o impar: X = q si es par X = 2q si es impar

Tensin inversa sobre los diodos: Como UD1 = e1 - UAN tanto su forma de onda como su valor pico coinciden con los de media onda. Si q es par entonces UD1 = 2EP Si q es impar entonces UD1 = 2EP cos (/2q)Intensidades en estrella y onda completa: Cada diodo conduce la corriente I durante el tiempo T/q, los valores caractersticos son:

Cadas de tensin:

cada de tensin en la conmutacin: En la conmutacin las cadas de tensin en UAN y UBN se calculan de igual manera qu en media onda

La formulas son validas cuando hay solape de 2 diodos solamente y no conducen a la vez los 2 diodos unidos a la misma fase secundaria como D1 y D1` La forma de la onda se da a continuacin: Para q=2 conducen los 4 diodos durante el solape y no se verifican las relaciones anteriores. De la grafica se puede obtener:

En la conmutacin Isec pasa de I a I. Como conducen los 4 diodos el transformador esta en cortocircuito verificndose:

y el valor medio de la cada de tensin es:

Cada en las resistencias: Se la calcula de la misma manera que en el caso de media ondaCada en los diodos: Como la corriente I pasa por cada instante por 2 diodos, la cada es el doble que en el caso de media onda.Montaje de onda completa con secundario en polgono: El nmero de diodos es 2q, siendo q el numero de fases en el secundario, estos montajes son de mejores caractersticas q los anteriores para altos valores de q.El numero mnimo de fases es 3. La tensin de salida en cada instante es igual a la suma de las tensiones positivas del secundario o ala suma de las tensiones negativas cambiadas de signo. Los intervalos de conduccin de cada diodo se hallan aplicando el siguiente razonamiento: Para el instante t0 por ejemplo se tiene que e1 0 y e3 0. El nudo que esta a mayor potencial por ejemplo es el 2 y como e2 0 el nudo de menor potencial es el 1. Por lo tanto conducen D2 y D1. La tensin inversa en cada diodo es fcil de encontrar, en el intervalo que conduce D2 es UD1 = -e2 y cuando conduce D3 es UD1 = e1 Para cuando tenemos q= 6 se da la figura siguiente:

En el figura se ve que en el instante t0 la tensin de salida vale: u = e5 + e6 + e1 y el nudo a mayor potencial es el 4 puesto que e1 0, e5 0, e6 0. Y el nudo de menor potencial es el 1 ya que e2, e3 y e4 son menores que 0. Por ello en t0 conducen D1 y D4. Cuando D2 conduce se tiene que UD1 = -e2. Cuando D3 conduce tenemos UD1 = -e2 e3. Cuando D4 conduce tenemos UD1 = -e2 e3 e4.

Tensiones en polgonos: El periodo de la tensin de salida es T/q si q es par y T/2q si q es impar. Como la tensin de salida es en cada memento iguala ala suma de las tensiones positivas y e cada periodo T cada una de las tensiones q es positiva durante un semiciclo, se deduce que el valor medio de la tensin de salida es igual al valor medio de una semionda EP/ multiplicado por el numero de fases. Es decir:

Factor de riple: Se halla de igual manera que en el caso de configuraciones de onda completa con secundario en estrella.Tensin inversa en los diodos: Como se vio en los ejemplos anteriores la tensin inversa en los diodos es igual, segn los intervalos, a diferentes sumas de tensiones secundarias. Es fcil ver que su valor mximo es igual al valor de pico de la tensin de salida UP.

Para el caso en el que q es par se da el diagrama de tensiones siguiente: El diagrama vectorial de las tensiones secundarias con una fase tal que se aplica a un diodo la maxima tensin inversa. El valor real de las tensiones se las obtiene proyectndolas sobre el eje horizontal. La tensin inversa en el diodo vale en valor absoluto:

Para q= 8 se verifican los siguientes ngulos en el grafico:

Luego se verifica:

Para cuando q es impar la tensin inversa se halla a partir del caso anterior teniendo en cuenta que puede obtenerse la misma tensin de salida u de un rectificador con numero de fases q impar y amplitud EP que de un rectificador con numero de fases q = 2q (q par) y amplitud EP =EP/2. Para este caso se aplica la relacin obtenida antes y reemplazando queda:

Intensidades en el polgono: Cada diodo conduce la intensidad I de salida durante un tiempo T/q por lo tanto:

Cadas de tensin: Caso para q par: La conmutacin se estudia en la figura siguiente. La distribucin de intensidades inmediatamente antes de que e2 cambie de signo se representa en la parte a) de la figura. El diodo D2 no conduce y es D1 el que da toda la intensidad I de salida. Por ello resulta:

Al hacerse negativa e2, comienza a conducir D2 y el devanado 2 se queda cortocircuitado a travs de D1 y D2, la corriente evolucin segn:

Rectificadores controladosEstos circuitos permiten obtener una tensin continua variable. Pueden actuar de forma reversible, es decir, tomando potencia de la salida y proporcionndola a la entrada de C.A.: se dice entonces que funcionan como inversores no autnomos. Su elemento de base es el tiristor y una de los ms comunes es:Elrectificador controlado de silicio(en inglsSCR: Silicon Controlled Rectifier) es un tipo detiristor formado por cuatro capas de materialsemiconductorcon estructura PNPN o bien NPNP.Un SCR posee tres conexiones:nodo,ctodoygate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el nodo y el ctodo. Funciona bsicamente como undiodorectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensin en la puerta del SCR no se inicia la conduccin y en el instante en que se aplique dicha tensin, el tiristor comienza a conducir. Trabajando encorriente alternael SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito.

Elobjetivodel rectificador controlado de silicio SCR es retardar la entrada en conduccin del mismo, ya que como se sabe, un rectificador controlado de silicio SCR se hace conductor no slo cuando la tensin en sus bornes se hace positiva (tensin de nodo mayor que tensin de ctodo), sino cuando siendo esta tensin positiva, se enva un impulso de cebado a puerta.El parmetro principal de los rectificadores controlados es el ngulo de retardo, a.Como lo sugiere su nombre, el SCR es un rectificador, por lo que pasa corriente slo durante los semiciclos positivos de la fuente de ca. El semiciclo positivo es el semiciclo en que el nodo del SCR es mas positivo que el ctodo. Esto significa que el SCR no puede estar encendido ms de la mitad deltiempo. Durante la otra mitad del ciclo, la polaridad de la fuente es negativa, y esta polaridad negativa hace que el SCR tenga polarizaci6n inversa, evitando el paso de cualquier corriente a la carga.

Si una porcin pequea del tiempo est en el estado ON, la corriente promedio que pasa a la carga es pequea. Esto es porque la corriente puede fluir de la fuente, a travs del SCR, y a la carga, s1o por una porcin relativamente pequea del tiempo. Si la seal de la compuerta es cambiada para hacer que el SCR este en ON por un periodo mas largo del tiempo, entonces la corriente de carga promedio ser mayor. Esto es porque la corriente ahora puede fluir de la fuente, a travs del SCR, y a la carga, por un tiempo relativamente mayor. De esta manera, la corriente para la carga puede variarse ajustando la porci6n del tiempo del ciclo que el SCR permanece encendido.

Caractersticas decontroldel SCRCorresponden a la regin puerta-ctodo y determinan las propiedades del circuito de mando que responde mejor a las condiciones de disparo. Los fabricantes definen las siguientes caractersticas: -Tensin directa mx. ....................................................................:VGFM Tensin inversa mx. ...................................................................:VGRM Corriente mxima..........................................................................:IGM Potenciamxima...........................................................................:PGM Potencia media..............................................................................:PGAV Tensin puerta-ctodo para el encendido.......................................VGT Tensin residual mxima que no enciende ningn elemento.........VGNT Corriente de puerta para el encendido...........................................:IGT Corriente residual mxima que no enciende ningn elemento.......:IGNTDeterminan lanaturalezadel circuito de mando que mejor responde a las condiciones de disparo.Para la regin puerta- ctodo los fabricantes definen entre otras las siguientes caracteristicasVgfm, Vgrm, Igm, Pgm, Pgav, Vgt, Vgnt, Igt, Ignt.Entre los anteriores destacan: Vgt e Igt que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor. Vgnt e Ignt que danlos valoresmximos de corriente y de tensin, para los cuales en condiciones normales detemperatura, los tiristores no corren elriesgode dispararse de modo indeseado.Entre los anteriores destacan:- VGT e IGT, que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor.- VGNT e IGNT, que dan losvaloresmximos de corriente y de tensin, para los cuales en condiciones normales de temperatura, los tiristores no corren el riesgo de dispararse de modo indeseado.Tambin podemos tomar como apuntes muy importantes los 4 casos siguientes:1. Voltaje de ruptura directo V(BR) F* es el voltaje por arriba del cual el SCR entra a la regin de conduccin. El asterisco (*) es una letra que se agregar dependiendo de la condicin de la terminal de compuesta de la manera siguiente: O = circuito abierto de G a K S = circuito cerrado de G a K R =resistenciade G a K V = Polarizacin fija (voltaje) de G a K2. Corriente de sostenimiento (IH) es elvalorde corriente por abajo del cual el SCR cambia del estado de conduccin a la regin de bloqueo directo bajo las condiciones establecidas.3. Regiones de bloqueo directo e inverso son las regiones que corresponden a la condicin de circuito abierto para el rectificador controlado que bloquean el flujo de carga (corriente) del nodo al ctodo.4. Voltaje de ruptura inverso es equivalente al voltaje Zener o a la regin de avalancha del diodo semiconductor de dos capas fundamental.

Caractersticas de la compuerta de los SCRUn SCR es disparado por un pulso corto de corriente aplicado a la compuerta. Esta corriente de compuerta (IG) fluye por la unin entre la compuerta y el ctodo, y sale del SCR por la Terminal del ctodo. La cantidad de corriente de compuerta necesaria para disparar un SCR en particular se simboliza por IGT. Para dispararse, la mayora de los SCR requieren una corriente de compuerta entre 0.1 y 50 mA (IGT = 0.1 - 50 mA). Dado que hay una uninpnestndar entre la compuerta y el ctodo, el voltaje entre estas terminales(VGK)debe ser ligeramente mayor a 0.6 V.Una vez que un SCR ha sido disparado, no es necesario continuar el flujo de corriente de compuerta. Mientras la corriente continu fluyendo a travs de las terminales principales, de nodo a ctodo, el SCR perrnanecer en ON. Cuando la corriente de nodo a ctodo (IAK) caiga por debajo de un valor mnimo, llamadocorriente de retencin,simbolizada IHO el SCR se apagara. Esto normalmente ocurre cuando la fuente de voltaje de ca pasa por cero a su regin negativa. Para la mayora de los SCR de tamao mediano, la IHO es alrededor de 10 mA.CARACTERSTICA DEL SCRLa siguiente figuramuestrala dependencia entre el voltaje de conmutacin y la corriente de compuerta.Cuando elSCRest polarizado en inversa se comporta como un diodo comn (ver la corriente de fuga caracterstica que se muestra en el grfico).En la regin de polarizacin en directo elSCRse comporta tambin como un diodo comn, siempre que elSCRya haya sido activado (On). Ver los puntos D y E.Para valores altos de corriente de compuerta (IG) (ver punto C), el voltaje de nodo a ctodo es menor (VC).Si la IG disminuye, el voltaje nodo-ctodo aumenta. (ver el punto B y A, y el voltaje nodo-ctodo VB y VA).Concluyendo, al disminuir la corriente de compuerta IG, el voltaje nodo-ctodo tender a aumentar antes de que elSCRconduzca (se ponga en On, est activo)

CARACTERSTICAS DE CONMUTACINLos tiristores necesitan un tiempo para pasar de bloqueo a conduccin y viceversa. Para frecuencias inferiores a 400hz podemos ignorar estos efectos. En la mayora de las aplicaciones se requiere una conmutacin mas rpida por lo que este tiempo de tenerse en cuenta.

Efectos con cargas inductivasCuando la carga del SCR es una carga inductiva, (se comporta como un inductor), es importante tomar en cuenta el tiempo que tarda la corriente en aumentar en una bobina.El pulso que se aplica a la compuerta debe ser lo suficientemente duradero para que la corriente de la carga iguale a la corriente de enganche y as el tiristor se mantenga en conduccin.En este tipo de cargas, la corriente puede, en principio, cambiar tan sbitamente como lo haga la tensin. Pero si el circuito es inductivo, como es el caso de los Motores elctricos, entonces la corriente no puede sufrir cambios bruscos, pudiendo llegar a Tener un retraso considerable respecto a la tensin.Si la inductancia es alta pueden aparecer dosproblemas:1).Puede ocurrir que el tiristor no llegue ni siquiera a encenderse, si resultara que al crecer muy lentamente la corriente en el momento de la activacin de la compuerta, al cesar el pulso de activacin, la corriente an no hubiera ni siquiera alcanzado el mnimoIHnecesario para mantener encendido al tiristor. La solucin a este problema consiste en hacer que los pulsos de encendido sean ms largos.2).Si el retraso de la corriente es muy grande, puede que cuando sta llegue a ser inferior a la corriente demantenimientoIH, la tensin sea ya tan grande que el tiristor siga encendido, con lo cual, no se apaga nunca. Para evitar este problema se monta en paralelo con la carga un diodo para derivar por l elexcesode corriente que hace que el tiristor no se cierre asu tiempo.Supondremos en serie con la carga una inductancia de valor infinito.Montaje de media ondaLos montajes en media onda son totalmente controlados en la siguiente figura se da para q=3

El control se efecta retardando su disparo un tiempo / a partir del instante en que su tensin nodo ctodo se hace positiva. Se llama ngulo de control. El bloqueo se efecta en forma natural.La conduccin de cada tiristor es de T/q, pero el ngulo de retardo hace que la porcin de la tensin de cada fase que est presente en la salida se desplace hacia la derecha. El intervalo de conduccin de T1 es:

Segn pueden considerarse dos casos:

a) /2 Aunque puede haber intervalos en que u < 0, el valor medio de la salida es positivo

Para q = 3 y > 30 hay intervalos en que u < 0. En particular para = 90 los intervalos en que u < 0 son iguales a aquellos en que u > 0 y el valor medio es nulo. En el intervalo (t0 , t1) la c.a entrega potencia a la c.c. En el intervalo (t1 , t2) la c.c. entrega la misma potencia anterior a la c.a. b) /2Los intervalos en que u < 0 son mayores que los que u > 0 y el valor medio es negativo. Funciona como un inversor no autnomo. Para q = 3 y > 150 siempre es u < 0. Si a la salida del rectificador hay un generador de continua, este suministra potencia activa a la red de c.a.

En el funcionamiento como inversor la corriente continua sigue fluyendo en el mismo sentido (su sentido no puede invertirse porque lo impediran los tiristores) y lo que se varia es el sentido de la tensin continua.El bloqueo de los tiristores se efecta de forma natural. Con el disparo de cada tiristor se aplica tensin negativa al que le precede, que se bloquea. El tiempo de bloqueo, tb, es el tiempo en que un tiristor tiene aplicada tensin inversa tras anularse su intensidad. Disminuye a medida que aumenta. TensionesEl valor medio de la tensin de salida es

Y haciendo

Queda:

Um mx. es la tensin media obtenida con = 0 es decir, si los tiristores fueran diodos. La dependencia de Um con se ha representado en la fig. 10.2 de trazo continuo, suponiendo que para >/2 hay un generador, la funcin Um=f() es distinta de la ecuacin (10.1).

Si la carga consistiera en una inductancia de valor infinito, tendramos:

Si la carga fuera resistiva pura (sin inductancia infinita) la forma de onda de la corriente de salida sera igual que la tensin de salida y como aquella no puede invertir su sentido (por los tiristores) esta tampoco. Y siempre u > 0. El valor medio de la tensin de salida se evala haciendo u = 0 en los intervalos en que u < 0 en la fig. 10.1. Por ejemplo, para q=3 es u > 0 si < 30, y se verifica (10.1). Para > 30

que se anula para = 5 /6. Para 5 / 6 es Um = 0 Este caso esta representado en lnea de trazos en la fig. 10.2El factor de riple en la onda de salida es muy superior al de los rectificadores no controlados y crece segn disminuye el modulo de cos . Para = / 2 el factor de riple es infinito porque la componente continua es cero. A la salida aparece una tensin alterna de frecuencia q .Tensin en los tiristoresLa tensin en T1 es uT1 = e1 u fig. 10.1 La tensin inversa mximo en los tiristores es igual que en los diodos del circuito no controlado (rectificador media onda con secundario en estrella). La tensin directa mxima tiene el mismo valor.

En funcionamiento como inversor no autnomo es necesario que no llegue a valer , para asegurar un tb suficiente para los tiristores. Para los mayores valores de:

IntensidadesCada tiristor conduce la corriente I durante un tiempo T/q y los valore caractersticos son:

Cadas de tensinLas cadas en los tiristores y en la resistencia de los devanados son independientes de y pueden calcularse como se vio en rectificadores no controlados.

Para calcular la cada por conmutacin fig 10.3 desarrollamos en forma similar que para rectificadores no controlados. En el solape

El valor medio de la cada de tensin es:

Que es independiente de . La caracterstica de salida la figura para distintos valores de

Onda completa con secundario en estrella Hay dos tipos: totalmente controlados (los 2q semiconductores son tiristores) y semicontrolados (tiene q tiristores): Circuito totalmente controlado: Su estudio es similar al de dos de media onda. Fig. 10.5 es para q=3 se ve: u = u A B = u A N u B N u AN es la tensin instantnea entregada por el circuito de media onda formado por el transformador t T1 , T2 y T3 u BN es la tensin instantnea entregada por el circuito de media onda formado por el transformador y T1, T2 y T3

La tensin media UAN m es:

Igualmente

Por lo tanto;

Siendo: Para > / 2 el circuito funciona como inversor no autnomo Las formas de onda de las tensiones en los tiristores y las tensiones de pico son las mismas que para el de media onda. Los valores caractersticos de las corriente en los tiristores y en los devanados son idnticos a los de no controlado. Las cadas de tensin son las mismas que para onda completa con secundario en estrella no controladoTotalmente controladosEl perodo de la tensin de salida es T / q si q es par y T / 2 q si q es impar la siguiente figura da la forma de onda de u para q = 3 y = 75. Se verifica que:

Para > /2 el circuito se comporta como un inversor no autnomo. La corriente de los tiristores y en el transformador son independientes de