Potencia Informe 5

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA Fecha: 05/01/2015

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Rectificador monofásico de onda completa controlado y Controlador de voltaje AC monofásico totalmente controlado.

Practica 5

Farinango Daniel

e-mail: [email protected] Morocho Carlos

e-mail: [email protected] Soberón Pérez Diego

e-mail: [email protected]

RESUMEN - En este laboratorio realizamos la práctica en dos partes, la primera parte fue el rectificador monofásico de onda completa controlado en el cual medimos los valores de voltaje y corriente con carga resistiva, inductiva, también observamos el efecto del ángulo de disparo del tiristor en el voltaje de salida. En la segunda parte se realizó la medición de los voltajes y corrientes de un controlador de voltaje ac monofásico totalmente controlado de igual manera con cargas resistivas e inductivas.

PALABRA CLAVE - Tiristor, osciloscopio, voltaje,

amplificador diferencial, ángulo de fase.

1. OBJETIVOS

1.1 Objetivos generales

Aprender a manejar y configurar el modulo experimental para la medición de los impulsos de disparo. Además Comprender las características principales de un rectificador de media onda controlado.

1.2 Objetivos específicos

Realizar la medición de los impulsos de disparo

en diferentes configuraciones y variando los ángulos de disparo.

Realizar la medición de voltajes y corrientes para diferentes ángulos de disparo.

2. MARCO TEÓRICO

2.1 Rectificador monofásico de onda completa controlado

La construcción del circuito de un rectificador

monofásico de onda completa controlado es similar a la de un rectificador de diodo monofásico de onda completa. Para controlar el voltaje de salida promedio, los diodos se reemplazan por tiristores. Variando el ángulo de disparo 𝛼

de los tiristores, el voltaje de salida promedio del rectificador monofásico de onda completa controlado puede variarse.

La Fig1 muestra el circuito y las formas de onda del rectificador monofásico de onda completa controlado con carga puramente resistiva. Durante el medio ciclo positivo de Vi, Q1 y Q2 se disparan para conducir cuando 𝜔𝑡 = 𝛼;

en el intervalo 𝛼 ≤ 𝜔𝑡 ≤ 𝜋, Vi se conecta a la carga a

través de Q1 y Q2. Durante el medio ciclo negativo de Vi, Q3 y Q4 se disparan para conducir cuando 𝜔𝑡 = 𝜋 + 𝛼, en

el intervalo 𝜋 + 𝛼 ≤ 𝜔𝑡 ≤ 2𝜋, Vi se conecta a la carga a través de Q3 y Q4. Variando el ángulo de disparo a desde 0° hasta 180° [2].

Fig1. Circuito y las formas de onda de un rectificador monofásico

de onda completa controlado con carga puramente resistiva.

El voltaje sobre la carga está dado por la ecuación 1 característica de un rectificador de onda completa.

𝑉𝑑𝑐 =2

𝑇∫ 𝑉𝑚 ∗ sin 𝑤𝑡 𝑑𝑡

𝑇/2

0 ecu.1

Para un rectificador monofásico de onda completa controlado se obtiene la siguiente expresión.

𝑉𝑑𝑐 =1

2∫ 𝑉𝑚 sin 𝑤𝑡 𝑑(𝜔𝑡) =

𝑉𝑚

𝜋

𝜋

𝛼(1 + cos 𝛼) ecu.2


2

Reemplazando la ecuación 1 en 2 se obtiene la siguiente expresión [1].

𝑉𝑑𝑐 =𝑉𝑑𝑐

2(1 + cos ∝) ecu.3

2.2 Circuitos rectificadores de onda completa

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 parcialmente positiva (negativa).[1]

2.3 Rectificación monofásica controlada

Es un tipo de regulación mucho más complicada de implementar, pero proporciona un control total de la carga. El esquema de este tipo de rectificadores seria como el de los anteriormente expuestos, añadiendo entre la carga y la salida rectificada, de forma conceptual, un interruptor. Este 'interruptor' denominados tiristores (SCR) permitiría o cortar el paso de la señal dentro de un ángulo correspondiente entre 0 y 180 grados de la onda Senoidal, permitiendo un control de potencia dentro de esos ángulos de disparo

Cabe añadir que la complejidad reside en el diseño del sistema de control, donde el 'interruptor' conceptual ha de ser sustituido por un circuito tan complicado como requiera el dispositivo. [1]

2.4 SCR

El SCR (Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio, es un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la disposición pnpn. Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez. [2] Características:

Interruptor casi ideal.

Soporta tensiones altas.

Amplificador eficaz.

Es capaz de controlar grandes potencias.

Fácil controlabilidad.

Relativa rapidez.

Características en función de situaciones pasadas (memoria). [2]

3. MATERIALES Y EQUIPO

Osciloscopio.

Cables para osciloscopio.

Cables de conexión.

Adaptador de tres a dos.

PE-5340-3A Transformador de aislamiento.

PE-5310-5B Juego de fusibles.

PE-5310-1A Suministro de potencia DC.

PE-5310-2A Generador variable de referencia.

PE-5310-2D Controlador de ángulo de fase 30.

PE-5310-5C Juego de tiristor.

PE-5310-2B Amplificador diferencial.

PE-5310-3C Unidad de carga resistiva.

PE-5310-3E Unidad de carga inductiva.

PE-5310-2C Transductor de corriente.

4. DESARROLLO Y PROCEDIMIENTO

Se procedió a implementar el circuito de la figura 4

correspondiente a un rectificador de onda completa controlado con carga puramente resistiva. Se verifico la señal de entrada colocando el canal 1 del osciloscopio y el voltaje sobre la carga en el canal 2.

La simulación del esquema fue realizada en el software

Simulink donde se puedo observar los voltajes de entrada y voltaje sobre la carga, y también los pulsos de disparo para cada par de SCR, como muestra la figura 4.

Fig2. Circuito Rectificador de Onda Completa monofásico

controlado con carga puramente resistiva.


3

La señal de voltaje de entrada y sobre la carga se muestra en la figura 5. Además se muestra las señales de disparo para cada par de SCR para un ángulo de 90°.

Fig3. Formas de onda de un rectificador de onda completa

monofásico controlado con carga resistiva para un Angulo de

disparo de 90°.

Posteriormente se procedió a colocar una inductancia

en seria a la resistencia para verificar la forma de onda en el voltaje sobre la carga, como se observa en la figura 6.

Fig4. Circuito Rectificador de Onda Completa monofásico

controlado con carga RL.

Al agregar una carga inductiva se muestra un pico de

voltaje en el instante que la onda toma valores negativos. En la figura 7 se muestra los voltajes de entrada y sobre la carga.

Fig5 Formas de onda de un rectificador de onda completa monofásico controlado con carga RL para un Angulo de disparo

de 45°.

Se procedió a implementar el circuito de la figura 8

correspondiente a un controlador de voltaje ac monofásico totalmente controlado con carga puramente resistiva.

Fig6. Controlador de voltaje monofásico ac totalmente

controlado.

La señal de voltaje de entrada y sobre la carga se

muestra en la figura 9. Además se muestra las señales de disparo para cada par de SCR para un ángulo de 90°.

Fig7. Formas de onda de un controlador de voltaje ac

monofásico totalmente controlado con carga puramente resistiva con un Angulo de disparo de 90°.


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5. ANÁLISIS Y RESULTADOS

Comprobando los resultados adquiridos en la simulación de Mathlab aplicándolos en los equipos de laboratorio dan los siguientes resultados.

Fig8. Armado del circuito rectificador de onda completa totalmente

controlado con carga resistiva.

Fig9. Resultad del circuito rectificador de onda completa

totalmente controlado con carga resistiva en osciloscopio ángulo de disparo 130º.





Fig12. Resultad del circuito rectificador de onda completa totalmente controlado con carga resistiva e inductiva en

osciloscopio ángulo de disparo 120º.


5

Pasando a mostrar los resultados en el Osciloscopio mostrando los picos generados por el Inductor de 200mH.





Se pasa al circuito de controlador de voltaje AC controlado

Fig15. Armado del circuito controlador de voltaje AC con carga

resistiva.

Fig16. Resultad del circuito controlador de voltaje AC con carga

resistiva en osciloscopio ángulo de disparo 120º.




6

Se destacan los picos en el ángulo de disparo




resistiva e inductiva en osciloscopio ángulo de disparo 120º.





6. CONCLUSIONES

Para un valor 𝜔𝑡 = 𝛼 y utilizando la ecuación 3 se

puede determinar el voltaje entregado a la carga para un rectificador controlado, donde el voltaje máximo que se puede obtener es 0.9𝑉𝑖𝑟𝑚𝑠 del

voltaje RMS de entrada.

La mayor cantidad de energía que se entrega a la carga se obtiene en 𝛼 = 0 donde el rectificador

monofásico de onda completa controlado se comporta como un rectificador monofásico no controlado.

El voltaje que genera picos con cargas inductivas se da en el cruce por cero del control de voltaje AC.

7. RECOMENDACIONES

Comprobar el correcto funcionamiento de los

conectores y cables de conexión.

Realizar las diferentes conexiones con los módulos apagados.

No encender los módulos de trabajo sino hasta asegurar la correcta conexión de los mismos.

8. REFERENCIAS [1] José Manuel Benavent, “Electrónica de potencia:

teoría y aplicaciones” 1ra edición, Valencia, 1999, pp 83-85.

[2] Manual de Procedimiento de practicas, “Electrónica de Potencia”.

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