INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CD.

CUAUHTÉMOC

ELECTRÓNICA II

Práctica 3

Rectificador tipo puente trifásico de onda

completa

ALUMNOS

Holguín Moctezuma Luis E. 09610390

Leyva Zúñiga Jorge R. 08610371

Núñez Cruz Marylé 09610452

Dr. David Sáenz Zamarrón

Cd. Cuauhtémoc, Chih., Junio de 2012

CONTENIDO

Índice de figuras iii

Índice de tablas iv

I. Introducción………………………………………………………………

………..

1

II. Marco

teórico………………………………………………………………………

2

2.1 Rectificador de onda completa tipo puente doble....………..

………..

2

2.2 Rectificador trifásico en puente………………………….

………………..

3

III. Objetivo…..

…………………………………………………………………………

7

IV. Material y

equipo………………………………………………………………...

8

V. Metodologí

a………………………………………………………………………..

10

VI. Desarrollo………………………………………………………………………..

…

11

VII. Resultado

s………………………………………………………………………….

12

VIII. Conclusiones…………………………………………………………………...

….

14

Bibliografía……………………………………………………………………….

…………

15

Anexo A Datasheet del diodo rectificador………………..

………………………

16

ii

Índice de figuras

Figura 2.1 Rectificador de onda completa.

…………………………………………

2

Figura 2.2 Rectificador trifásico en

puente………………………………………..

3

Figura 2.3 Formas de onda…………………………………………………………… 4

Figura 6.1 Circuito rectificador simulado en Multisim……………………..

……

11

Figura 6.2 Gráfica mostrada por osciloscopio en Multisim……………....

……

11

Figura 7.1 Probador de voltaje.……….……………………………….

……………..

13

iii

Índice de tablas

Tabla 4.1 Componentes

electrónicos………………………………………………...

8

Tabla 4.2 Equipos y

software…………………………………………………………..

9

Tabla 7.1 Resultados de la

simulación………………………………………………

13

iv

I. Introducción

Una de las tantas aplicaciones más importantes de los diodos, radica en el

diseño de los circuitos rectificadores. Un diodo rectificador es esencial en las

fuentes de alimentación de CD necesarias para alimentar equipos electrónicos.

En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir

una señal eléctrica alterna en una continua. Esto se realiza utilizando estos

diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al

vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.

Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que

emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una

fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.

Durante esta práctica se laborará con estos diodos rectificadores en el modo

de tipo puente trifásico (onda completa) de tal manera que permita obtener la

gráfica correspondiente. Se observará la forma de conexión de dicho

dispositivo, las ecuaciones y sus voltajes tales como VDC, Vrms y Vm.

1

II. Marco Teórico

A continuación se dará a conocer una breve información acerca del dispositivo

electrónico denominado diodo rectificador, que es con el que se trabajará

durante esta práctica.

2.1 Rectificador de onda completa tipo puente doble

Se trata de un rectificador de onda completa en el que sólo es necesario

utilizar transformador si la tensión de salida debe tener un valor distinto de la

tensión de entrada.

Figura 2.1 Recificador de onda completa

En la figura 2.1 se muestra el rectificador de onda completa con puente de

Gratz, a fin de facilitar la explicación del funcionamiento de este circuito se

denominará 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:

2

Punto inferior del secundario → Diodo D-2 → (+) Resistencia de carga R (-) →

Diodo D-3 → punto superior del secundario.

En este caso, se observa como la corriente circula 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 corriente alterna de alimentación

(Malvino, 2000).

2.2 Rectificadores trifásicos en puente

En la figura 2.2 se muestra un rectificador trifásico en puente el cual es de uso

común en aplicaciones de alta energía. Este es un rectificador de onda

completa. Puede operar sin o con transformador y genera componentes

ondulatorias de seis pulsos en el voltaje de salida.

Figura 2.2 Rectificador trifásico en puente

3

El par de diodos conectados entre el par de líneas de alimentación que tengan

la diferencia de potencial instantáneo más alto de línea a línea serán las que

conduzcan. En una fuente conectada en estrella trifásica el voltaje de línea a

línea es √3 veces el voltaje de fase. Las formas de onda y los tiempos de

conducción de los diodos aparecen en la figura 2.3.

Figura 2.3 Formas de onda

Para determinar Vrms se tiene la ecuación 2.1

Vrms=√ 2π6

∫0

π6

Vm2 cos2wt dwt (2.1)

4

Simplificando la ecuación 2.1 se tiene que

Vrms=Vm √ 6π∫

0

π6

[ 12+ 1

2(cos2wt )]dwt (2.2)

Resolviendo la ecuación 2.2 obtenemos

Vrms=Vm √ 3π⌈∫

0

π6

dw+ 12∫

0

π6

cos2wt+d2wt ⌉ (2.3)

Resolviendo la integral de la ecuación 2.3

Vrms=√ 3π [|wt|0π6 +|1

2sen2wt|

0

π6 ]

(2.4)

Y solucionando los límites de la integral de la ecuación 2.4 se obtiene

V rms=√ 3π⌈ π

6+ 1

2Sen( 2π

6 )⌉ (2.5)

Entonces se concluye que

V rms=0.955Vm (2.6)

Dónde Vm es el voltaje de fase pico

Vm=V máx(√2) (2.7)

Y para obtener V DC se tiene la ecuación 2.8

V DC=2π3

∫0

π6

Vmcoswt dwt (2.8)

Integrando la ecuación 2. 8 se obtiene

5

V DC=|6πVmSen wt|

0

π6

(2.9)

y resolviendo los límites de la ecuación 2.9 se tiene que

V DC=6πVm|Sen π6 −Sen0|

(2.10)

concluyendo para obtener V DC se tiene la ecuación 2.10

V DC=0.9549Vm(2.11)

Dónde Vm está dado en la ecuación 2.7.

Si la carga es puramente resistiva, la corriente pico a través de un diodo es:

Im=√3VmR (2.12)

Y el valor rms de la corriente del diodo es:

I r=[ 42 π

∫0

π6

I 2m cos2wtd (wt )]12

(2.13)

I r=Im[ 1π ( π6 + 1

2sin

2π6 )]

12=0.5518 Im (2.14)

El valor de la corriente secundaria del transformador, es:

I s=[ 82 π

∫0

π6

I 2mcos2wtd (wt )]

12

(2.15)

Im[ 2π ( π6 + 1

2sin

2π6 )]

12 =0.7804 Im (2.16)

Donde Im es la corriente de línea pico en el secundario (Rashid, 2004).

6

III. Objetivo

El objetivo de esta práctica será conocer el rectificador operacional a fondo,

tanto sus aplicaciones como su funcionamiento así como explicar sus distintas

configuraciones ya que como se ha mencionado con anterioridad los diodos

rectificadores tienen muchas aplicaciones. Realizar la simulación

correspondiente para así conocer las gráficas que arroja y su comportamiento

cuando se varía alguno de sus componentes, además de comprobar los

resultados con los realizados matemáticamente.

7

IV. Material y Equipo

En la tabla 4.1 se describen los componentes electrónicos que se necesitan

para armar el rectificador tipo puente trifásico (onda completa); y en la Tabla

4.2 se enlistan los equipos y software que se necesitarán para revisar los

parámetros del circuito.

Tabla 4.1 Componentes electrónicos

Componente Descripción Figura

6 Diodos

Rectificadores

Componente de dos terminales que

permite la circulación de la corriente

eléctrica a través de él en un solo sentido,

es decir, separa los ciclos positivos de una

señal de corriente alterna. Una de las

aplicaciones clásicas de los diodos

rectificadores, es en las fuentes de

alimentación; aquí, convierten una señal

de corriente alterna en otra de corriente

directa.

1 Resistencia

de 1KΩ

Oposición que encuentra la corriente a su

paso por un circuito eléctrico, atenuando

el libre flujo de circulación de las cargas

eléctricas o electrones. En está ocasión

se utilizaran resistencias de ¼ w de

8

potencia, la tolerancia es del 5%.

9

Tabla 4.2 Equipos y software

Elemento Descripción Imagen

Simulador

NI Multisim

Es una herramienta que integra

una potente simulación SPICE y

entrada de esquemáticos

integrándolo en un laboratorio de

electrónica sumamente intuitivo

sobre un PC. Cuenta con las

características de puntas de

prueba industriales, intercambio

de datos con instrumentos

virtuales y reales, corrector de

errores y sugerencias de cambios

sobre el circuito.

Osciloscopio

Instrumento de medición

electrónico para la

representación gráfica de

señales eléctricas que pueden

variar en el tiempo.

Fuente de

voltaje alterna

Es una fuente de voltaje alterna

con 3 fases y un neutro, que

arroja un voltaje aproximado de

440V.

V. Metodología

A continuación se presenta la enumeración de los pasos a seguir para realizar

la práctica del rectificador tipo puente trifásico (onda completa) correctamente,

esto se realizó en el simulador Multisim 11.0:

a) Primero se asignó la práctica por el profesor.

b) Identificar los materiales que se utilizarán para realizar la simulación del

rectificador tipo puente trifásico.

c) Ubicar los componentes necesarios requeridos para esta práctica en el

software Multisim 11.0.

d) Comenzar a conectar dichos componentes según el diagrama del

rectificador tipo puente trifásico.

e) Realizar la simulación en software (Multisim 11.0) para observar cómo

funciona y si es lo que realmente se desea obtener.

f) Para comprobar si la simulación es realizada correctamente se le

conecta al circuito simulado un osciloscopio que lo podemos encontrar

en las herramientas del Multisim.

g) Realizar los cálculos adecuados, pruebas y comparaciones para

comprobar que los resultados en las gráficas obtenidas en el simulador

son iguales (similares) que las teóricas, y si es así, se concluye que la

práctica fue realizada satisfactoriamente.

h) Acudir a que el profesor revise y verifique los resultados de la práctica

elaborada.

i) Capturar fotografías que serán requeridas en la elaboración del reporte.

j) Guardar el material y equipo utilizados.

k) Elaborar el reporte de práctica correspondiente.

10

VI. Desarrollo

La práctica del diodo rectificador tipo puente trifásico se llevó a cabo sólo en el

proceso de simulación. Es importante realizar tanto la simulación como el

armado en físico, pero en este caso en especial solamente se desarrollará

simulada ya que se trabaja con unos voltajes muy altos y puede ser peligroso

para los alumnos.

A continuación se muestra el proceso de simulación, que es el circuito del

diodo rectificador en modo puente trifásico, donde se utilizaron 6 diodos

1N4004, una fuente de voltaje, una resistencia de 1k y un osciloscopio, todo

esto desarrollado en el software Multisim 11.0 (figura 6.1).

Figura 6.1 Circuito rectificador en Multisim

El gráfico arrojado de este circuito fue el que se muestra en la figura 6.2 que se

observa a continuación

11

Figura 6.2 Gráfica mostrada por el osciloscopio en Multisim

VII. Resultados

Para verificar que los resultados son los correctos se utiliza la ecuación

requerida para este tipo de circuitos y se hace una sustitución de valores para

obtener el valor de Vrms y así compararlos con los resultados que se

obtuvieron en la simulación. Para ello se tomó una muestra de dicha

simulación y de esta manera se observó que los valores son similares a los

teóricos como se puede ver en la figura 7.1.

Para obtener el voltaje Vrms se tiene la ecuación 2.6

Vrms=0.955Vm (2.6)

sustituyendo Vm (dado en la ecuación 2.7) en la ecuación 2.6 se obtiene que

Vrms=(0.955)(V máx√2)

Cuando V máx=220V , encontramos que

Vrms=(0.955)220V √2¿

Entonces

Vrms=297.1262V

Para obtener V DC se tiene la ecuación 2.11

V DC=0.9549Vm (2.11)

12

Sustituyendo Vm (dado en la ecuación 2.7) en la ecuación 2.11 se obtiene que

V DC=0.9549(V máx√2)

Cuando V máx=220V , encontramos que

V DC=0.9549(220V √2)

EntoncesV DC=297.09V

En la figura 7.1 se muestran los resultados obtenidos por un probador de voltaje en el simulador Multisim 11.0

Figura 7.1 Probador de voltaje

Para la comprobación de resultados debe analizarse la tabla 7.1, donde se

demuestra que los valores obtenidos son correctos y altamente aproximados a

los calculados.

Tabla 7.1 Resultados de la simulación

Resultados Vrms V DC

Mutisim 11.0 296 V 296 V

Ecuaciones 297.1262 V 297.07 V

13

VIII. Conclusiones

Como se puede observar, utilizando el software Multisim 11.0 se logró obtener

gráficos de formas de ondas en distintas partes de los circuitos rectificadores,

además se realizaron cálculos de 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.

Se analizaron gráficos y compararon valores obtenidos en Multisim con los

calculados a través de ecuaciones, los cuales presentaron una aproximación

bastante precisa y aceptable. Se aprecia que el simulador Multisim es una

herramienta de gran utilidad debido a su gran cantidad de componentes

eléctrico/electrónicos con los cuales se puede interactuar y desarrollar

aplicaciones.

14

Bibliografía

Malvino, A. P. (2000). Principios de Electrónica. Madrid. McGraw Hill.

Rashid, M. H. (2004). Electrónica de potenica. México. Pearson Educación.

15

Anexo A Datasheet del diodo rectificador

16

17