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• Xavier Suárez

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Universidad de las Fuerzas Armadas Espe-l INGENIERÍA ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACION

Control electrónico de potencia “CONVERSORES DE CORRIENTE CONTINUA” Nombre: Defaz Dussan Pacheco Jonathan

NIVEL: Séptimo PROFESOR: ING. Franklin Manuel Silva Monteros PERIODO: MARZO 2014 – AGOSTO 2014

Contenido OBJETIVO GENERAL .................................................................................................................. 3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS............................................................................................................ 3 VARIABLESS.............................................................................................................................. 3 Dependientes .................................................................................................................................. 3 Independientes ............................................................................................................................... 3 RESUMEN ................................................................................................................................. 3 ABSTRACT ................................................................................................................................ 3 MARCO TEÓRICO ...................................................................................................................... 3 Diodo de Potencia .......................................................................... Error! Bookmark not defined. CONCLUSIONES ........................................................................................................................ 4 RECOMENDACIONES............................................................................................................... 13 BIBLIOGRAFIA................................................................................. Error! Bookmark not defined.

Figura 1 Circuito rectificador monofásico de media onda .................................................................. 5 Figura 2 Forma de onda del circuito rectificador monofásico de media onda ................................... 5 Figura 3 Circuito rectificador controlado monofásico de media onda. .............................................. 6 Figura 4 Cuadrante de funcionamiento para el rectificador controlado monofásico de media onda. ............................................................................................................................................................. 7 Figura 5 Formas de onda del rectificador controlado monofásico de media onda. Podemos observar la tensión en el secundario, tensión en la carga, intensidad en la carga y tensión en extremos del tiristor. ........................................................................................................................... 7 Figura 6 Montaje para el rectificador con transformador de toma intermedia. ................................ 8 Figura 7 Formas de onda. .................................................................................................................... 8 Figura 8 Montaje para el puente rectificador con diodos................................................................... 9 Figura 9 Forma de onda en la carga para el puente rectificador con diodos. .................................... 9 Figura 10 a) Montaje para el puente rectificador monofásico totalmente controlado. b) Formas de onda del puente rectificador totalmente controlado, con carga resistiva. ...................................... 10 Figura 11 a) Montaje para el rectificador monofásico semicontrolado. b) Formas de onda del puente rectificador semicontrolado con carga altamente inductiva................................................ 11 Figura 12 Esquema de un motor de corriente continua ................................................................... 12 Figura 13 CIRCUITO AC/DC RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA -CONTROLADO ........................... 13

TEMA Conversor de corriente continua totalmente controlado de onda completa para controlar la velocidad de un motor de CC OBJETIVO GENERAL Implementar un conversor de corriente continua totalmente controlado de onda completa para controlar la velocidad de un motor de CC

OBJETIVOS ESPECÍFICOS      

Investigar los tipos de conversores de corriente continua. Investigar el funcionamiento y características de un motor de CC. Entender cuáles son las características y datos más importantes para utilizar este tipo de conversores Identificar las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de conversores. Identificar las ventajas y desventajas de los motores de CC. Analizar los datos obtenidos en el desarrollo para obtener conclusiones y recomendaciones, que faciliten la compresión de la información adquirida.

VARIABLES Dependientes Velocidad de un motor de CC Independientes Conversor de corriente continúa

RESUMEN En el presente trabajo se hace una descripción de la teoría de los conversores de corriente continua explicando el diseño de su circuito, las características de operación y formas de ondas para poder variar la velocidad de un motor de CC y de esta manera entenderemos las ventajas y desventajas de los motores de CC ABSTRACT In this paper a description of the theory of direct current converters explaining your circuit design, operating characteristics and waveforms to vary the speed of a DC motor and thus becomes understand the advantages and disadvantages of DC motors

MARCO TEÓRICO Conversor AC/DC Introducción Un rectificador convierte corriente alterna en corriente continua. La finalidad de un rectificador puede ser generar una salida continua pura o proporcionar una onda de tensión o corriente que tenga una determinada corriente continúa. En la práctica, el rectificador de media Onda se utiliza principalmente en aplicaciones de baja potencia, ya que la corriente media de la red de suministro no será cero y una corriente media distinta de cero puede causar problemas en el funcionamiento de los transformadores. Aunque las aplicaciones prácticas de un conversor AC/DC de media Onda, son limitadas, merece la pena, analizarlo detalladamente, pues una comprensión pormenorizada del circuito rectificador de media onda permitirá al estudiante avanzar en el análisis de circuito más complejos. Los conversores (rectificadores) AC-DC con conmutación natural, son circuitos que permiten obtener potencia DC a partir de una Fuente de AC. La operación de un conversor AC-DC está basado en el encendido y apagado de los elementos rectificadores, los cuales son generalmente diodos y/o tiristores. El uso de tiristores como rectificadores a los cuales se les puede retardar en su activado, dan la posibilidad de obtener un voltaje variable DC en los terminales del conversor. La elección de un tipo de conversor para una determinada aplicación depende de ciertos criterios tales como:    

Naturaleza o tipo de la fuente de alimentación. Rizado de la corriente de carga. Armónicos inyectados en la línea. Rango de voltaje de salida DC., etc.

Los conversores AC-DC suelen clasificarse de acuerdo a las siguientes características:  Número de fases de la red de alimentación.  Número de pulsos del conversor (número de pulsos existentes en el voltaje DC de salida en un período de voltaje AC).  Conexión de los elementos del conversor (diodos y tiristores).  Uso de los elementos no controlados únicamente, o una combinación de controlados y no controlados. Conociéndolos como conversores no controlados, semicontrolado o controlados.  Utilización o no de un diodo de conmutación.

RECTIFICADOR MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA Este circuito sólo rectifica la mitad de la tensión de entrada; o sea, cuando el ánodo es positivo con respecto al cátodo. Podemos considerarlo como un circuito en el que la unidad rectificadora está en serie con la tensión de entrada y la carga como se muestra en la figura 1.

Figura 1 Circuito rectificador monofásico de media onda

El funcionamiento consiste en tomar de la red una señal sinusoidal de valor medio nulo, y proporcionar a la carga, gracias al diodo, una forma de onda unidireccional, de valor medio no nulo como se aprecia en la figura 2.

Figura 2 Forma de onda del circuito rectificador monofásico de media onda

RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA Los rectificadores controlados reciben este nombre por que utilizan un dispositivo de control, en este caso el tiristor. Utilizan los mismos montajes que se usan para los no controlados pero sustituyendo los diodos por tiristores parcial o totalmente. La ventaja de colocar tiristores viene dada por la capacidad de estos de retardar su entrada en conducción, sucediendo esta cuando la tensión en sus bornes sea positiva y además reciba un impulso en su puerta.

El ángulo de retardo α es un parámetro fundamental, ya que actuando sobre él es posible hacer variar la relación entre el valor de la tensión rectificada de salida y el valor de las tensiones alternas de la entrada, de ahí el calificativo de “controlados”. En los rectificadores controlados, por lo tanto, se controla el cebado del tiristor y el bloqueo será natural.

En este montaje, con el cambio del diodo por un tiristor podremos tener un control sobre el valor medio de la tensión en la carga cuando tengamos una tensión de ánodo positiva respecto al cátodo y se le proporcione a la puerta un impulso de cebado como se muestra en la figura 3.

Figura 3 Circuito rectificador controlado monofásico de media onda.

Durante el semiciclo positivo de la tensión de entrada, la tensión de ánodo es positiva respecto a la de cátodo, así que estará preparado para entrar en conducción. Cuando el tiristor es disparado para ωt=α, este empieza a conducir, haciendo que circule por la carga la corriente del secundario. En el instante ωt=π, la tensión del secundario empieza a ser negativa, lo que provoca el paso a corte del tiristor por ser la tensión de ánodo negativa con respecto a la de cátodo. En este caso α (ángulo de retardo), será el tiempo que pasa desde que la tensión del secundario empieza a ser positiva hasta que se produce el disparo del tiristor en ωt = α. El uso en la industria de este tipo de rectificador es casi nulo debido a sus bajas prestaciones, como por ejemplo una señal a la salida de gran rizado y de baja pulsación. La región de funcionamiento se muestra en la siguientes figura 4, además podemos apreciar como la tensión de salida y la intensidad tienen una sola polaridad.

Figura 4 Cuadrante de funcionamiento para el rectificador controlado monofásico de media onda.

Todo estará representado para un ángulo de retardo α, por lo que tendremos un ángulo de conducción en la carga θ. El sistema de disparo deberá suministrar impulsos con desfase variable respecto a la tensión en el secundario y con la frecuencia de esta; con ello conseguimos regular el valor de tensión en la carga como se muestra en la figura 5.

Figura 5 Formas de onda del rectificador controlado monofásico de media onda. Podemos observar la tensión en el secundario, tensión en la carga, intensidad en la carga y tensión en extremos del tiristor.

RECTIFICADOR CON TRANSFORMADOR DE TOMA INTERMEDIA Para este montaje se utiliza un transformador con toma intermedia, que será el encargado de proporcionarnos dos tensiones (vS1 y vS2), de igual magnitud y con un desfase entre ellas de 180º como se muestra en las figuras 6 y 7.

Figura 6 Montaje para el rectificador con transformador de toma intermedia.

Figura 7 Formas de onda.

PUENTE RECTIFICADOR CON DIODOS Recibe el nombre de puente rectificador, por estar formado por cuatro diodos conectados en puente como se muestra en la figura 8 y su principal ventaja respecto al otro rectificador de onda completa es que no necesita transformador de toma intermedia. Durante el semiciclo positivo de la señal de entrada conducirán D2 y D4, mientras que D1 y D3 estarán polarizados inversamente. Así, en el semiciclo negativo sucederá lo contrario.

Los parámetros característicos son prácticamente iguales que para el rectificador con transformador de toma intermedia, excepto la tensión inversa máxima que soporta cada diodo, que en este caso será Vmax.

Figura 8 Montaje para el puente rectificador con diodos

Como se puede observar en la figura 9, se obtiene en la carga la misma forma de onda que en el caso del rectificador con transformador de toma intermedia.

Figura 9 Forma de onda en la carga para el puente rectificador con diodos.

Puente rectificador monofásico totalmente controlado Los tiristores T1 y T4 conducirán durante el semiciclo positivo de la entrada, y los T2 y T3 en el negativo. Eso quiere decir que los tiristores se dispararán de dos en dos con un ángulo de retardo α. En la figura 10 a se puede apreciar el montaje, los diodos que formaban el puente rectificador no controlado se sustituyen por tiristores, haciendo posible el control de fase de una onda complete de la señal de entrada y en la figura 10 b están representadas las formas de onda de la intensidad en el secundario y la tensión en la carga.

Figura 10 a) Montaje para el puente rectificador monofásico totalmente controlado. b) Formas de onda del puente rectificador totalmente controlado, con carga resistiva.

PUENTE RECTIFICADOR MONOFÁSICO SEMICONTROLADO O MIXTO También se suele usar una configuración en la que el ánodo de un diodo está unido al cátodo del otro, y los tiristores también irán conectados así entre ellos, pero ocasiona problemas para controlar a los tiristores porque ambos tienen distinta referencia. Durante el semiciclo positivo el tiristor T1 estará en directo, y cuando ωt= α conducirán T1 y D2 en el intervalo α ≤ ωt ≤ π. Cuando π≤ ωt ≤ π+ α en el secundario habrá una tensión negativa, provocando el bloqueo de T1 y que este y D2 dejen de conducir, provocando la entrada en conducción del diodo volante D3, que se encargará de transferir la corriente a la carga. En el semiciclo negativo tendremos a T2 en directo y su conducción comenzará para ωt = π+α hasta ωt = 2π, conduciendo también D2. A continuación se representa el montaje en la figura 11 a donde se reemplazan por diodos uno de los grupos de conmutación que formaban el puente totalmente controlado. En este montaje no hay posibilidad de obtener tensión negativa en la carga, así que solo trabajará en el primer cuadrante del diagrama tensión-corriente así como las formas de onda obtenidas con este tipo de rectificador en la figura b que se han representado la tensión en la carga, intensidad en los tiristores, intensidad en los diodos del puente, intensidad en el secundario, intensidad en la carga e intensidad en el diodo volante.

Figura 11 a) Montaje para el rectificador monofásico semicontrolado. b) Formas de onda del puente rectificador semicontrolado con carga altamente inductiva.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA O DIRECTA Los Motores de Corriente Directa (CD) o Corriente Continua (CC) se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo número de polos y el mismo numero de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos: • Serie • Paralelo • Mixto

Como su nombre lo indica, un motor eléctrico de corriente continua, funciona con corriente continua. En estos motores, el inductor es el estator y el inducido es el rotor. Fueron los primeros en utilizarse en vehículos eléctricos por sus buenas características en tracción y por la simplicidad de los sistemas de control de la electricidad desde las baterías. Presentan desventajas en cuanto al mantenimiento de algunas de sus piezas (escobillas y colectores) y a que deben ser motores grandes si se buscan potencias elevadas, pues su estructura (y en concreto el rozamiento entre piezas) condiciona el límite de velocidad de rotación máxima.

Figura 12 Esquema de un motor de corriente continua

DESARROLLO Materiales               

2 PIC16f877a 1 LCD 1 Oscilador de 12[MHz] Resistencias Varias Potenciómetros 1 Protoboard 1 Switch 1 Pulsador 2 Optotriac MOC3021 (1) 4 SCR TIC106D (2) 1 Capacitor 2200[μF] Cables Motor universal Un transformador Un foco incandescente

Equipos

  

Osciloscopio Voltímetro Fuente de poder

PROCEDIMIENTO DISEÑO DEL CIRCUITO

Figura 13 CIRCUITO AC/DC RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA -CONTROLADO

CONCLUSIONES  Los conversores AC/DC transforman corriente alterna en corriente continua para variar la potencia suministrada a la carga del sistema, y así poder controlar variables como velocidad de motor, usando una potencia mínima adicional.  En un conversor AC/DC, la transferencia de potencia se realiza desde el generador de alterna a la carga de corriente continua, con la desventaja de la generación de armónicos los mismos que generan pérdidas en el sistema.



El modelado de un motor para el análisis como carga se lo representa con una resistencia, una bobina y una tensión continua.  Los conversores AC/DC se los puede implementar con diodos o tiristores la diferencia deseleccionar uno de estos radica en que; los diodos rectificadores proporcionan un voltaje de salida fijo mientras que los tiristores controlados por fase nos permiten obtener voltajes de salida controlados. RECOMENDACIONES  Para medir la corriente en la carga se necesita colocar una carga resistiva (de valor muy bajo) en serie a la carga (motor de continua), puesto que osciloscopio mide únicamente voltajes. A pesar de no tener un valor real, esta conexión nos permite tener una idea global del funcionamiento del conversor.  Antes de implementar el circuito probar el correcto funcionamiento de cada dispositivo para evitar fallas de trabajo del sistema, las mismas que pueden llegar a ser muy difíciles de detectar. BIBLIOGRAFÍA   

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Mohan, N. (1995). Power Electrónics: Converters, applications and desing. Rashid, M. H. (2004). Electrónica de potencia: circuitos, dispositivos y aplicaciones. México: Pearson Educación. es.scribd.com/doc/137235486/Conversores-AC-DC-pdf

http://www.monografias.com/trabajos61/motores-corriente-continua/motorescorriente-continua.shtml