UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO

ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA

PROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERÍA EN

TECNOLOGÍAS DE AUTOMATIZACIÓN

Practica sobre análisis de circuitos rectificadores de media y onda completa con filtro

ASIGNATURA: SISTEMAS DE POTENCIA

PROF.: ING. HUGO RUÍZ GONZÁLEZ

4° SEMESTRE

INTEGRANTES DEL EQUIPO:

JUAN TAPIA SUAREZ

OSVALDO GALIA PÉREZ

OMAR YAIR MONTES GARCÍA1.

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Marco Teórico

Electrónica de potencia

Parte de la Electrónica que estudia los dispositivos y circuitos electrónicos usados para modificar características de la energía eléctrica (tensión, frecuencia, forma de onda. Es la disciplina entre electrotecnia y electrónica. Tiene como objetivo el control de transferencia de energía eléctrica con máximo rendimiento posible.

La electrónica de potencia es la rama de la electrónica que estudia los dispositivos, circuitos y sistemas dedicados al control y la conversión de la energía eléctrica. Antiguamente la conversión de la energía se realizaba con métodos electromecánicos. La ventaja de la electrónica de potencia respecto a otros métodos de conversión es menos volumen, más baratos.

Dispositivos Semiconductores de Potencia

Para estas aplicaciones se han desarrollado una serie de dispositivos semiconductores de potencia, los cuales derivan del diodo o el transistor. Entre estos se encuentran los siguientes:

Rectificador controlado de silicio (SCR en inglés) Triac Transistor IGBT, sigla para Insulated Gate Bipolar Transistor, Transistor

Bipolar con compuerta aislada Tiristor GTO, sigla para Gated Turnoff Thyristor, Tiristor apagado por

compuerta Tiristor IGCT, sigla para Insulated Gate Controlled Thyristor, Tiristor controlado

por compuerta Tiristor MCT, sigla para MOS Controlled Thyristor

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Convertidores de energía eléctrica

Conversión de potencia es el proceso de convertir una forma de energía en otra, esto puede incluir procesos electromecánicos o electroquímicos.

Dichos dispositivos son empleados en equipos que se denominan convertidores estáticos de potencia, clasificados en:

Rectificadores: convierten corriente alterna en corriente continua Inversores: convierten corriente continua en corriente alterna Ciclo conversores: convierten corriente alterna en corriente alterna de otra

frecuencia menor Choppers: convierten corriente continua en corriente continua de menor o

mayor tensión

En la actualidad esta disciplina está cobrando cada vez más importancia debido principalmente a la elevada eficiencia de los convertidores electrónicos en comparación a los métodos tradicionales, y su mayor versatilidad. Un paso imprescindible para que se produjera esta revolución fue el desarrollo de dispositivos capaces de manejar las elevadas potencias necesarias en tareas de distribución eléctrica o manejo de potentes motores.

Aplicaciones

Las principales aplicaciones de los convertidores electrónicos de potencia son las siguientes:

Fuentes de alimentación: En la actualidad han cobrado gran importancia un subtipo de fuentes de alimentación electrónicas, denominadas fuentes de alimentación conmutadas. Estas fuentes se caracterizan por su elevado rendimiento y reducción de volumen necesario. El ejemplo más claro de aplicación se encuentra en la fuente de alimentación de los ordenadores.

Control de motores eléctricos: La utilización de convertidores electrónicos permite controlar parámetros tales como la posición, velocidad o par suministrado por un motor. Este tipo de control se utiliza en la actualidad en los sistemas de aire acondicionado. Esta técnica, denominada comercialmente como "inverter" sustituye el antiguo control encendido/apagado por una regulación de velocidad que permite ahorrar energía. Asimismo, se ha utilizado ampliamente en tracción ferroviaria, principalmente en vehículos aptos para corriente continua (C.C.)durante las décadas de los años 70 y 80, ya que permite ajustar el consumo de energía a las necesidades reales del motor de tracción, en contraposición con el consumo que tenían los vehículos controlados por resistencias de arranque y frenado. Actualmente el sistema chopper sigue siendo válido, pero ya no se emplea en la fabricación de nuevos

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vehículos, puesto que actualmente se utilizan equipos basados en el motor trifásico, mucho más potente y fiable que el motor de colector.

Calentamiento por inducción: Consiste en el calentamiento de un material conductor a través del campo generado por un inductor. La alimentación del inductor se realiza a alta frecuencia, generalmente en el rango de los kHz, de manera que se hacen necesarios convertidores electrónicos de frecuencia. La aplicación más vistosa se encuentra en las cocinas de inducción actuales.

Otras: Como se ha comentado anteriormente son innumerables las aplicaciones de la electrónica de potencia. Además de las ya comentadas destacan: sistemas de alimentación ininterrumpida, sistemas de control del factor de potencia, balastos electrónicos para iluminación a alta frecuencia, interface entre fuentes de energía renovables y la red eléctrica, etc.

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Objetivo General

Comprender y analizar los diferentes componentes que contiene rectificador de media onda y onda completa a través de pruebas de funcionamiento y mediciones de algunas variables tales como voltaje pico, Voltaje CD, la frecuencia de salida así como poder observar la forma de onda de salida para observar por partes como estos elementos activos y pasivos van rectificando el voltaje CA de entrada.

Materiales y equipos

A) MATERIALES

CANTIDAD DESCRIPCIÓN ESPECIFICACIONES OBS.2 Resistencia eléctrica 100000 Ω, 1/2 W, 5% Alumno2 Diodos estado solido 1N5625 Alumno1 Resistencia eléctrica 820 Ω, 1/2 W, 5% Alumno1 Resistencia eléctrica 250 Ω, 1/2 W, 5% Alumno1 Resistencia eléctrica 100 Ω, 1/2 W, 5% Alumno1 Interruptor De un polo un tiro Alumno1 Capacitor 100uf a 50V1 Capacitor 25uf a 25V

B) EQUIPOS/INSTRUMENTOS.CANTIDAD DESCRIPCIÓN ESPECIFICACIONES OBS.

1 Multímetro digital portátil Multímetro marca Trupper Genérico

1 Osciloscopio Agilent Technologies, Modelo DSO3152A de

150MHz, 2 Canales1 Osciloscopio Tektronix, Modelo

TDS2022B de 200MHz, 2 Canales

1 Fuente de alimentación regulada

Fuente variable de C.A y C.D.

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Anexión de las especificaciones técnicas de los osciloscopios ocupados durante la actividad práctica.

1- Agilent Technologies, Modelo DSO3152A de 150MHz

Características principales y especificaciones 150-MHz de ancho de banda 2 canales 4 MPTS profundidad de memoria 1 GSa / s frecuencia de muestreo Host USB estándar y la conectividad del dispositivo; y GPIB opcional y

conectividad RS232.Características

Pantalla a color VGA con resolución 320 x 240 Disparador avanzado incluyendo borde, ancho de pulso y video en línea

seleccionable Alcance GRATIS Conectar Software

Análisis 20 mediciones automáticas 4 funciones matemáticas incluyendo FFT Máscara de pruebas, el modo de secuencia y retardada barrido

Descripción

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Las nuevas 3000 Series osciloscopios de 2 canales redefinen ámbitos de la economía, ofreciendo grandes pantallas de color para una fácil visualización y medición avanzada y desencadenar capacidad de análisis - todo a precios que cuidan su presupuesto.

2.- Osciloscopio digital Tektronix, TDS2022B, Serie TDS2000,

Almacenamiento Digital, 2 canales, 200MHz.Código RS625-4764

Fabricante Tektronix Nº ref. fabric.TDS2022B Cambio de Diseño: Este producto está sujeto a un posible cambio de diseño Garantía LIFETIME

La imagen representada puede no ser la del productoDatos del Producto

TDS2000B color

Serie TDS2000B con puertos USB y display en color

Series TDS1000B, TDS2000B y TDS2000C

Osciloscopios digitales de uso general para diseño y depuración digital, educación y formación, prueba de fabricación y control de calidad, servicio y reparación. Velocidad de muestreo y longitud de registro completas en todos canales para la adquisición exacta, todo el tiempo. El factor portátil, ligero y compacto libera espacio en el escritorio. Almacenamiento de datos extraíble apropiado mediante el puerto flash USB del panel frontal. Conectividad Plug and Play con el PC mediante el puerto USB del panel trasero. Se suministra el software de PC OpenChoiceTM y NI SignalExpress para una documentación sencilla y el análisis de los resultados. Interfaz de usuario sencilla con controles familiares y de tipo analógico, botón multifunción, ayuda contextual y función AUTORANGE. Botón AUTOSET para detectar y mostrar la forma de onda, proporcionar vistas diferentes y mostrar hasta cuatro mediciones automáticas. Disparador de ancho de pulso que acelera la solución de problemas digitales. Entrada externa de disparador. Asistente para comprobación de sondas que permite verificar rápidamente que las sondas están calibradas y que funcionan correctamente. El disparador de vídeo de línea seleccionable permite la activación en una línea de vídeo específica para mejorar la productividad de medición. Lectura de frecuencia de señal de disparador que permite medir una frecuencia de señal sin necesidad de utilizar un canal de salida. 11 mediciones automáticas para realizar mediciones rápidas y sin errores, ideal para pruebas repetitivas. Display Fast Fourier Transform (FFT) (espectro) para analizar,

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caracterizar y solucionar problemas de circuitos mediante la visualización de la frecuencia y la intensidad de señal. Permite imprimir imágenes de pantalla en cualquier impresora compatible con PictBridge. Bucle de seguridad integrado para protección contra robos.

Capacidad de registro 2,5 K puntos

Tipo de disparadorBorde (subida, caída), vídeo, ancho de pulso, fallo técnico

Modos de disparo Automático, normal, único

Captura de perturbaciones de baja frecuencia

12 ns

Sensibilidad vertical 2 mv a 5v/div. con ajuste preciso calibrado

Resolución/precisión vertical 8 bits/± 3%

Gama de base temporal 5 ns a 50 s/div.

Precisión de base de tiempo 50 ppm

Impedancia de entrada 1 MΩ en paralelo con 20 pF

Modos de adquisiciónDetección de pico, muestra, promedio, único

Dimensiones/peso(Anch.) 323,8, (Alt.)151,4, (Prof.) 124,5, Peso 2 kg

EspecificacionesAltura 151.4mm

Ancho de Banda 200MHZ

Anchura 124.5mm

Base de Tiempo Máxima 50s/div

Base de Tiempo Mínima 2.5ns/div

Calibrado RSCAL

Categoría de Seguridad CAT II 300 V

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Dimensiones 323.8 x 124.5 x 151.4mm

Interfaz RS232 Sí

Longitud 323.8mm

Longitud del Registro 2.5k points/ch

Muestreo Aleatorio 2 Gsps

Nivel de Categoría de Seguridad CAT II

Número de Canales 2

Número de Modelo p TDS2022B

Peso 2kg

Potencia de la Fuente Alimentación

Resolución Vertical 8 bit

Sensibilidad Vertical Máxima 5V/div

Sensibilidad Vertical Mínima 2mV/div

Serie TDS2000

Temperatura Máxima de Funcionamiento +50°C

Temperatura Mínima de Funcionamiento 0°C

Tensión de Categoría de Seguridad 300V

Tiempo de Ascenso 2.1ns

Tipo de Display Color

Tipo de Osciloscopio Almacenamiento Digital

Desarrollo de la Actividad Práctica.

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1° Circuito: Se realizó físicamente el siguiente circuito correspondiente a un Rectificador de voltaje experimental de onda completa, con alimentación de un transformador.

Posteriormente se llenó esta tabla intercambiando el contacto de los interruptores para poder ver la media onda generada en cada etapa del puente rectificador.

Aquí se puede apreciar físicamente en el osciloscopio una de las formas de onda (la de la salida de onda completa).

TR1

TRAN-2P3S

D1

DIODE

D2

DIODE R11k

V CDpp V

V ent (A a C)

5.6

V ent (B a C)

9.76

V sal (D1)

9.76

V sal (D2)

9.28

V sal (onda completa)9.28

Resistencia Directa 10K D1:1N526 D2:1N526

Forma de Onda

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En este se muestra la señal por medio del osciloscopio Tektronix, Modelo TDS2022B de 200MHz, 2 Canales.

De igual forma podemos apreciar la misma forma de onda pero ahora por medio del simulador de circuitos Proteus 8.

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2° Circuito: Se realizó físicamente el siguiente circuito correspondiente a una Fuente de alimentación con resistor de drenaje o descarga, RB.

TR1

TRAN-2P3S

D1

DIODE

D2

DIODE C1100u

R1

100

C225u

R2250

Posteriormente se llenó esta tabla intercambiando la conexión del osciloscopio en diferentes puntos del circuito también agregando otra tabla donde esto mismo se realizó sin la carga correspondiente a la resistencia de 250Ω. Por medio de este medio podemos ver los diferentes tipos de onda generados por este filtro que no tienen una forma precisamente senoidal.

CD V CD VV pp V pp

A - G 8.93 V 138 mV A - G 8.45 V 552 mV

P - G P - G8.60 V 138 mV 6.31 V 1.38 V

A - G 8.21 V 1.38 mV A - G 6.79 V 2.76 V

P - G 7.91 V 552 mV P - G 5.50 V 1.38 V

A - G 8.98 V 110 mV A - G 8.56 V 240 mV

P - G 8.61 V 108mV P - G 6.96 V 240 mV

Forma de OndaPunto

SIN CARGA CARGA de 250Ω

Punto Forma de Onda

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Aquí se puede apreciar físicamente en el osciloscopio una de las formas de onda (la del punto P-G sin carga).

De igual forma podemos apreciar la misma forma de onda pero ahora por medio del simulador de circuitos Proteus 8.

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3° Circuito: Se realizó físicamente el siguiente circuito correspondiente a un Rectificador en puente experimental sin filtro.

TR2

TRAN-2P3S

D3DIODE

D4DIODE

D5DIODE

D6DIODE

R3250

SW1

SW-SPDT

Aquí se muestra físicamente el circuito ya hecho:

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Posteriormente se llenó esta tabla intercambiando el contacto se los diferentes interruptores colocados en cada diodo conectando el osciloscopio a la salida del circuito en paralelo con la resistencia de carga. Por medio de este medio podemos ver los diferentes tipos de onda generados en cada etapa del puente rectificador.

5.6 VCERRADO CERRADO CERRADO X

POSICION DEL INTERRUPTOR

Voltaje Pico

5V

2.24 V

2 V

X

XABIERTOABIERTO

ABIERTO ABIERTO X

ONDA DE REFERENCIA

ABIERTO

CERRADO

CERRADO

CERRADO

ABIERTO

ABIERTO

CERRADO

ABIERTO ABIERTO

Forma de OndaS1 S2 S3 S4 S6

Aquí se puede apreciar físicamente en el osciloscopio una de las formas de onda (la de salida con todos los interruptores cerrados).En este se muestra la señal por medio del osciloscopio Agilent Technologies Modelo DSO3152A de 150MHz.

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En esta otra imagen se puede apreciar físicamente en el osciloscopio otra de las formas de onda (la de salida con el interruptor S1 Cerrado y los demás interruptores abiertos).

De igual forma podemos apreciar las mismas formas de onda respectivamente pero ahora por medio del simulador de circuitos Proteus 8.

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Conclusiones

Juan Tapia Suarez

Se pudo analizar las distintas formas de onda que nos proporcionan las diferentes etapas de los circuitos rectificadores de media y onda completa así como su voltaje pico y su voltaje a la salida CD para poder determinar el voltaje de rizo.

Osvaldo Galia Pérez

En esta práctica se observaron las diferentes salidas de voltaje cuando se cambiaba la posición de las puntas de osciloscopio, y también cuando se quitaba uno de los diodos que son los que regulaban un poco el voltaje ya que aún continuaban con ligeras variaciones, esto es lo que se le conoce como voltaje de riso.

Omar Yair Montes García

En esta práctica pudimos observar los procesos de rectificado el cómo se modifica la onda el como el voltaje igual cambia respecto a los diodos y capacitadores y también pudimos probar todos los tipos de Osciloscopios que hay en el laboratorio de electrónica.