INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PUEBLA

ING. ELECTRÓNICA

MATERIA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA

TEMA: RECTIFICADORES DE ONDA COMPLETA NO CONTROLADO TRIFÁSICO

EQUIPO 2

Introducción

Los rectificadores se emplean como semiconductor el diodo. Permitiendo convertir la corriente alterna a la entrada en corriente directa a la salida.

Existen diferentes tipos de rectificadores de los cuales se usara el rectificador de onda completa, del cual se hace notar que este genera una onda más enérgica en comparación con el rectificador de media onda; ya que el rectificador de onda completa aprovecha los dos semiciclos tanto el positivo como el negativo.

Circuito Rectificador de Media Onda

Este circuito genera una señal de corriente directa a partir de una señal de corriente alterna, llevando a cero todos los semiciclos negativos y dejando intacta la señal con semiciclos positivos.

Rectificador de Onda Completa

Este circuito genera una señal de corriente directa a partir de una señal de corriente alterna con todos los semiciclos de la señal de entrada, invirtiendo todos los semiciclos de una sola polaridad para igualarlos a otra.

Clasificación

Rectificadores no controlados.

Este tipo de rectificadores emplea como semiconductor el diodo. Se denominan de este modo porque no permiten controlar la potencia de salida, es decir, para una tensión fija de entrada la tensión de salida es también fija.

Puesto que ya ha sido explicado el comportamiento para diferentes cargas del circuito rectificador más simple y básico, el rectificador monofásico de media onda, en este apartado se hará el estudio de los montajes más comúnmente empleados:

Rectificador trifásico simple: Emplea tres ramas con un diodo cada una. La alimentación de las ramas es trifásica (estrella o triángulo). La salida son tres crestas por ciclo.

- Rectificador Hexafásico: Emplea 6 ramas rectificadoras simples (6 diodos), generando también una salida de 6 cúpulas. No obstante la potencia lograda a la salida será menor que para el caso del puente trifásico.

- Rectificador monofásico de onda completa: Emplea dos ramas rectificadoras en serie (4 diodos), proporcionando en su salida dos crestas positivas de tensión por ciclo.

- Rectificador en puente trifásico.: Emplea dos rectificadores trifásico simple conectados en serie, logrando 6 cúpulas de salida, lo que disminuye el rizado.

En cada rectificador representado aparecen una serie de parámetros que definimos a continuación:

q: Nº de fases de los grupos conmutantes polifásicos simples que lo forman.

s: Nº de grupos conmutantes que se acoplan en serie.

m: Nº de grupos conmutantes que se agrupan en paralelo.

p: Nº total de fases de salida del rectificador

Rectificadores no controlados trifásicos

Se trata de un montaje que emplea un sólo grupo conmutante trifásico simple. Por lo tanto, los parámetros p, q, s estudiados son, para este caso:

q = 3 s = 1 p = 3

A efectos de análisis éste montaje podría considerarse como tres rectificadores monofásicos de media onda, alimentado cada uno de ellos por una tensión Vs, las cuales desfasan entre sí un ángulo 2/p = 2π/3 = 120º.

Para el caso que nosotros estudiaremos, las fuentes de alimentación Vs1, Vs2, Vs3 se encuentran conectadas en estrella. Entonces, para esta configuración tenemos que:

Tensión de Línea : VL = * VM

Corriente de línea: IL = IM /

Por lo tanto, atendiendo a lo comentado en el apartado de Tensiones de Salida (ángulo cero de referencia igual a: π / 2 - π / p = π / 6 = 30º), la secuencia de conducción de los diodos es:

Diodos Periodo

D1 π /6<ωt<5 π /6 ( Vs1>Vs2, Vs3>0 )

D2 3 π /2<ωt<2 π , 0<ωt< π /6 ) ( Vs2>Vs1, Vs3>0 )

D3 5 π /6<ωt<3 π /2 ( Vs3>Vs1, Vs2>0 )

Rectificador con carga resistiva

Los rectificadores trifásicos se utilizan normalmente en la industria para producir tensión y corriente continuas para grandes cargas.Como ya hemos dicho anteriormente, con carga puramente resistiva, tanto la corriente como la tensión de salida tienen la misma forma. No existe desfase entre ellas.La función de la tensión de salida tendrá como amplitud máxima Vm = 90 V.

Rectificador con carga inductiva

Debido al efecto de la inductancia, la inversión de la corriente al invertirse la polaridad de la fuente Vs no se hace de modo instantáneo, apareciendo un retraso en el instante natural de conmutación.

El empleo de una fuente de corriente constante como carga, I DC, se hace para emular el comportamiento que tendría una carga altamente inductiva. Esta

inductancia mantendría en estado de conducción continua al circuito (directa o inversa), sin importar la amplitud del retardo introducido por Ls.

Rectificadores trifásicos no controlados

Circuito principal de apoyo

Por lo tanto, atendiendo a lo comentado en el apartado de Tensiones de Salida (ángulo cero de referencia igual a: π / 2 - π / p = π / 6 = 30º), la secuencia de conducción de los diodos es:

Diodos Periodo

D1 π /6<ωt<5 π /6 ( Vs1>Vs2, Vs3>0 )

D2 3 π /2<ωt<2 π , 0<ωt< π /6 ( Vs2>Vs1, Vs3>0 )

D3 5 π /6<ωt<3 π /2 ( Vs3>Vs1, Vs2>0 )

Análisis matemático

Ejemplo numérico:

El rectificador trifásico utiliza un generador trifásico con una tensión eficaz de 480 V de línea a línea, y la carga es una resistencia de 25 Ω en serie con una bobina de 50 mH. Determine:(a) la corriente media y la corriente eficaz en los diodos.(b) la corriente eficaz en el generador.(c) la potencia aparente del generador.

Circuito de apoyo.

Código en Pspice:

(a) la corriente media y la corriente eficaz en los diodos se obtienen utilizando la siguiente ecuación. La corriente eficaz de carga es aproximadamente igual a la corriente media.

Imed = ID/3 = 0.23 A

Irms = I0, rms/ √3 ≈ 25.9/ √3 = 15 A

Por medio de la simulación se obtuvo 15.2 Amperes aproximadamente

(b) la corriente eficaz en el generador también se obtiene utilizando la siguiente ecuación:

Is, rms = (√2/3) I0, rms ≈ (√2/3) 25.9 = 21.2 A

Por medio de la simulación obtuvimos 21 A. aproximadamente

(c) la potencia aparente del generador se obtiene utilizando la ecuación:

S =√3 (VL-L, rms) (IS, rms) =√3 (480) (21.2)

=17.6 kVA

Nota: se investigo como obtener la potencia aparente del generador en el simulador, pero desafortunadamente no se logro similar

Diseño de práctica

Rectificador trifásico (puente trifásico)

Objetivos-

Comprender el funcionamiento y las características de los rectificadores con diodo.Comprender los parámetros de rendimiento de los rectificadores con diodo.Aprender las técnicas para simular rectificadores con diodos usando SPICE

Material y equipo:6 diodos 1N41481 resistencia de 5 Ohms.1 fuente trifásica1 Osciloscopio digital1 Multímetro.

Desarrollo-1.-Arme el sig. Diagrama esquemático

2.-determine

a) Amplitud máxima de salidab) función de la tensión de salidac) corriente de salida.d) tensión media de salida

3.-simule el circuito antes indicado he interprete los resultados

Resultados

a.- VL = · Vm. = 207.846 V.

b.-

V 0 (T )=VLsen(WT )=√3Vmsen (2πf t) =207.846sen (120 π t)

c.- 41.569sen (120π t)

d.- Vdo = 3 / π Vm = 1.652 Vm

Vdo= (1.652) (120)=198.478v

SIMULACIÓNCÓDIGO RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA

VAN 1 0 SIN (0 120V 60HZ 0 0)VBN 3 0 SIN (0 120V 60HZ 0 0 120DEG)VCN 4 0 SIN (0 120V 60HZ 0 0 240DEG)R 2 5 5D1 2 1 DMOD ; Diode modelD2 2 3 DMODD3 2 4 DMODD4 1 5 DMODD5 3 5 DMODD6 4 5 DMOD.MODEL DMOD D (IS=2.22E-15 BV=1800); Diode model parameters.TRAN 10US 60MS 16.667MS 10US ; Transient analysis.PROBE ; Graphics postprocessor .options ITL5=0 abstol = 1.000n reltol = .01 vntol = 1.000m.END

-Voltajes de entrada

Intensidad en diodos

Intensidad D1

Intensidad de D1, D2, D3, D4, D5, D6.

Voltaje de salida

Diseño de práctica #2

Rectificador trifásico (puente trifásico)

Objetivo

Comprender el funcionamiento y las características de los rectificadores con diodo.Poder mover un motor de corriente directa a partir de un voltaje de entrada trifásica.

Material y equipo3 diodos 1N40012 Resistencia de 1 KOhms1 fuente trifásica1 Motor.1 Osciloscopio digital1 Led

Desarrollo1.-Arme el sig. Diagrama esquemático

2.-Se puede observar en el osciloscopio la onda de entrada representada de color azul, verde y rosa y la onda que ya ha sido rectificada en color amarillo.

Debido a que se tiene una onda rectificada se puede mover un motor de corriente directa, en la simulación se puede observar cómo es que ahora gira el motor.

3.-simule el circuito antes indicado he interprete los resultados

Resultados

a.- VL = √3 · Vm. = 207.846 V.

b.-

V 0 (T )=VLsen(WT )=√3Vmsen (2πf t) =207.846sen (120 π t)

c.- 4.1569sen (120π t)

d.- Vdo = 3 / p Vm = 1.652 Vm

Vdo= (1.652) (120)=198.478v

Voltaje de salida

Conclusiones

Se comprendió el funcionamiento y característica de los rectificadores trifásicos con diodos. Se aprendió a ocupar una nueva herramienta que es spice para la simulación de circuitos electrónicos y erétricos

Aplicaciones

• Variadores de velocidad.

• Cargadores de baterías.

• Fuentes de tensión de corriente continúa.

Cuestionario

1.- ¿Para que se usan los rectificadores de onda?

2.- ¿Por qué se les denomina rectificadores no controlados?

3.- ¿Cuáles son los rectificadores no controlados más comúnmente utilizados?

4.- En el estudio de estos dispositivos ¿Qué consideramos para simplificar dicho estudio y que beneficios se obtienen?

5.- ¿Cuál es la razón de que se empleen los rectificadores trifásicos para la consecución de potencias de salidas elevadas?

6.- ¿Cómo calculamos el valor medio de tensión de salida en los rectificadores controlados?

7.- ¿A qué se refieren la tensión generatriz, la tensión de alimentación, y la tensión eficaz?

8.- En un rectificador trifásico no controlado, de acuerdo a la expresión de cálculo de valor medio de tensión de salida ¿Qué valores tomamos para los parámetros q, s y p?

9.- ¿Cómo consideramos el montaje del rectificador trifásico, para efecto de análisis?

10.- ¿Para qué valores de potencia se emplea comúnmente los rectificadores trifásicos?

11.- ¿Qué efecto tiene la inductancia sobre la corriente?

12.- ¿Qué señal genera un rectificador de media onda?

13.- ¿Qué señal genera un rectificador de onda completa?

Preguntas y respuestas

1.- ¿Para qué se usan los rectificadores de onda?

. Permite convertir la corriente alterna a la entrada en corriente directa a la salida.

2.- ¿Por qué se les denomina rectificadores no controlados?

Se denominan de este modo porque no permiten controlar la potencia de salida, es decir, para una tensión fija de entrada la tensión de salida es también fija.

3.- ¿Cuáles son los rectificadores no controlados más comúnmente utilizados?

Rectificador trifásico simple, Rectificador hexafásico, Rectificador monofásico de onda completa, Rectificador en puente trifásico.

4.- En el estudio de estos dispositivos ¿Qué consideramos para simplificar dicho estudio y que beneficios se obtienen?

Para simplificar el estudio y hacerlo fácilmente comprensible se considerarán los semiconductores ideales, lo cual significa que el tiempo de recuperación inversa y la caída de voltaje directo son prácticamente despreciables (tr = 0, VD = 0).

5.- ¿Cuál es la razón de que se empleen los rectificadores trifásicos para la consecución de potencias de salidas elevadas?

Los convertidores trifásicos suministran un voltaje de salida más alto, y además la frecuencia de las componentes ondulatorias del voltaje de salida es mayor en comparación con los convertidores monofásicos. Como consecuencia, los requisitos de filtrado para suavizar la corriente y el voltaje de carga son más sencillos.

6.- ¿Cómo calculamos el valor medio de tensión de salida en los rectificadores controlados?

Mediante la fórmula: para una alimentación senoidal de la forma: vs (t)= Vm sen (ωt + f).

7.- ¿A qué se refieren la tensión generatriz, la tensión de alimentación, y la tensión eficaz?

Tensión Generatriz VG: Valor de pico de la tensión de salida del rectificador. Tensión de Alimentación VS: Valor de pico de la tensión de la fuente de alimentación. Tensión eficaz Vm: Valor eficaz de la tensión de alimentación VS.

8.- En un rectificador trifásico no controlado, de acuerdo a la expresión de cálculo de valor medio de tensión de salida ¿Qué valores tomamos para los parámetros q, s y p?

Como se trata de un montaje que emplea un sólo grupo conmutante trifásico simple. Por lo tanto, los parámetros p, q, s estudiados son, para este caso:

q = 3 s = 1 p = 3

9.- ¿Cómo consideramos el montaje del rectificador trifásico, para efecto de análisis?

A efectos de análisis éste montaje podría considerarse como tres rectificadores monofásicos de media onda, alimentado cada uno de ellos por una tensión Vs, las cuales desfasan entre sí un ángulo 2/p = 2π/3 = 120º.

10.- ¿Para qué valores de potencia se emplea comúnmente los rectificadores trifásicos?

Los rectificadores trifásicos se emplean para la consecución de potencias de salidas elevadas, superiores a 15 kW, por ejemplo, en propulsores de velocidad variable de alta potencia.

11.- ¿Qué efecto tiene la inductancia sobre la corriente?

Debido al efecto de la inductancia, la inversión de la corriente al invertirse la polaridad de la fuente Vs no se hace de modo instantáneo, apareciendo un retraso en el instante natural de conmutación.

12.- ¿Qué señal genera un rectificador de media onda?Este circuito genera una señal de corriente directa a partir de una señal de corriente alterna, llevando a cero todos los semiciclos negativos y dejando intacta la señal con semiciclos positivos.

13.- ¿Qué señal genera un rectificador de onda completa?Este circuito genera una señal de corriente directa a partir de una señal de corriente alterna con todos los semiciclos de la señal de entrada, invirtiendo todos los semiciclos de una sola polaridad para igualarlos a otra.

Referencias J. Maloney Timothy (1997)

Electrónica industrial modernaEditorial Prentice HallTercera ediciónCapítulos 20Páginas. 845Impreso en México

Muhammad H. Rashid, (2004). Electrónica de Potencia Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones. Editorial Pearson educación. Tercera edición. Capítulos: 18. Páginas: 878. Impreso en México.