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ELECTRÓNICA DE POTENCIA I

UNMSM

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA E.A.P DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

Tema: Rectificadores Monofásicos y Trifásicos con diferentes tipos de carga Alumno

: Jhonatan Alexander Juño Garcia

Codigo

: 12190016

Profesora

: Dra. TERESA ESTHER NUÑEZ ZUÑIGA.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I

UNMSM

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA) FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRÓNICA Y ELÉCTRICA E.A.P DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

INFORME PREVIO 2 RECTIFICADORES MONOFASICOS Y TRIFASIOS CON DIFRENTE TIPO DE CARGA I.

II.

OBJETIVO  Familiarizarse con los circuitos rectificadores no controlados Monofásicos y Trifásicos. CUESTIONARIO PREVIO 1. Definir y determinar las expresiones para calcular para los Rectificadores Monofásicos de Media Onda, Onda Completa, Trifásico de Media Onda y Trifásico de Onda Completa con carga R y RL.  Rectificador de Media Onda con carga R

a) El valor promedio de la Tensión de Salida Vcd: Se define como: 1 𝑇 𝑉𝑐𝑑 = ∫ 𝑣𝐿 (𝑡)𝑑𝑡 𝑇 0

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Para nuestro caso: 𝑉𝑐𝑑

1 𝑇⁄2 −𝑉𝑚 𝜔𝑇 = ∫ 𝑉𝑚 sin 𝜔𝑡 𝑑𝑡 = (cos − 1) 𝑇 0 𝜔𝑇 2

Operando tenemos:

𝑉𝑐𝑑 =

𝑉𝑚 = 0.318𝑉𝑚 𝜋

b) El valor promedio de la salida Icd: A partir de la ley de Ohm: 𝐼𝑐𝑑 =

𝑉𝑐𝑑 0.318𝑉𝑚 = 𝑅 𝑅

c) Potencia de salida en cd, Pcd.

𝑃𝑐𝑑 = 𝑉𝑐𝑑 ∙ 𝐼𝑐𝑑 =

(0.318𝑉𝑚 )2 𝑅

d) El valor medio cuadrático de la tensión de salida Vrms. Se define como: 1 𝑇 2 𝑉𝑟𝑚𝑠 = [ ∫ 𝑣𝐿 (𝑡)𝑑𝑡] 𝑇 0 Para nuestro caso operando: 𝑉𝑟𝑚𝑠 =

1⁄2

𝑉𝑚 = 0.5𝑉𝑚 2

e) EL valor medio cuadrático de la corriente de salida Irms. A partir de ley de Ohm: 𝐼𝑟𝑚𝑠 =

𝑉𝑟𝑚𝑠 0.5𝑉𝑚 = 𝑅 𝑅

f) Potencia de salida en ac, Pac. 𝑃𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 ∙ 𝐼𝑟𝑚𝑠 =

(0.5𝑉𝑚 )2 𝑅

g) La eficiencia η: Es la figura de merito y permite comparar la eficacia, se define: 𝜂=

𝑃𝑐𝑑 𝑃𝑎𝑐

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𝑃𝑐𝑑 (0.318𝑉𝑚 )2 𝜂= = = 40.5% (0.5𝑉𝑚 )2 𝑃𝑎𝑐

h) El valor rms de la componente ac de la tensión de salida Vac. 2 − 𝑉2 𝑉𝑎𝑐 = √𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑐𝑑

𝑉𝑎𝑐 = √(0.5𝑉𝑚 )2 − (0.318𝑉𝑚 )2 = 0.3858𝑉𝑚

i) El factor de forma FF. Es una medida de la forma del voltaje de salida 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐹𝐹 = 𝑉𝑐𝑑 𝐹𝐹 =

0.5𝑉𝑚 = 1.57 ó 157% 0.318𝑉𝑚

j) El factor de componente ondulatorio o rizado RF. Es una medida del contenido alterno residual. 𝑉𝑐𝑎 𝑅𝐹 = ó 𝑅𝐹 = √𝐹𝐹 2 − 1 𝑉𝑐𝑑 𝑅𝐹 = √1.572 − 1 = 1.21 ó 121%



Rectificador de media onda con carga RL

a) El valor promedio de la Tensión de Salida Vcd:

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Para nuestro caso: 𝑉𝑚 𝜋+𝜎 −𝑉𝑚 𝜔𝑇 𝑉𝑐𝑑 = ∫ sin 𝜔𝑡 𝑑(𝜔𝑡) = (cos − 1) 2𝜋 0 𝜔𝑇 2 Operando tenemos:

𝑉𝑐𝑑 =

𝑉𝑚 [1 − cos(𝜋 + 𝜎)] 2𝜋

b) El valor promedio de la salida Icd: A partir de la ley de Ohm: 𝐼𝑐𝑑 =

𝑉𝑐𝑑 𝑉𝑚 [1 − cos(𝜋 + 𝜎)] = 𝑅 2𝜋𝑅

c) Potencia de salida en cd, Pcd. 𝑃𝑐𝑑 = 𝑉𝑐𝑑 ∙ 𝐼𝑐𝑑 

Rectificador de Onda Completa carga R

Con Transformador de Tap Central

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Tipo Puente a) El valor promedio de la Tensión de Salida Vcd: Para nuestro caso: 𝑉𝑐𝑑 =

2 𝑇⁄2 ∫ 𝑉𝑚 sin 𝜔𝑡 𝑑𝑡 𝑇 0

Operando tenemos:

𝑉𝑐𝑑 =

2𝑉𝑚 = 0.6366𝑉𝑚 𝜋

b) El valor promedio de la salida Icd: A partir de la ley de Ohm: 𝐼𝑐𝑑 =

𝑉𝑐𝑑 0.6366𝑉𝑚 = 𝑅 𝑅

c) Potencia de salida en cd, Pcd.

𝑃𝑐𝑑 = 𝑉𝑐𝑑 ∙ 𝐼𝑐𝑑

(0.6366𝑉𝑚 )2 = 𝑅

d) El valor medio cuadrático de la tensión de salida Vrms. 1⁄2

𝑉𝑟𝑚𝑠

2 𝑇⁄2 = [ ∫ (𝑉𝑚 sin 𝜔𝑡)2 𝑑𝑡] 𝑇 0

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Para nuestro caso operando: 𝑉𝑟𝑚𝑠 =

𝑉𝑚 √2

= 0.707𝑉𝑚

e) EL valor medio cuadrático de la corriente de salida Irms. A partir de ley de Ohm: 𝐼𝑟𝑚𝑠 =

𝑉𝑟𝑚𝑠 0.707𝑉𝑚 = 𝑅 𝑅

f) Potencia de salida en ac, Pac. 𝑃𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 ∙ 𝐼𝑟𝑚𝑠 =

(0.707𝑉𝑚 )2 𝑅

g) La eficiencia η: Es la figura de merito y permite comparar la eficacia, se define: 𝜂=

𝜂=

𝑃𝑐𝑑 𝑃𝑎𝑐

𝑃𝑐𝑑 (0.6366𝑉𝑚 )2 = = 81% (0.707𝑉𝑚 )2 𝑃𝑎𝑐

h) El valor rms de la componente ac de la tensión de salida Vac. 2 − 𝑉2 𝑉𝑎𝑐 = √𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑐𝑑

𝑉𝑎𝑐 = √(0.707𝑉𝑚 )2 − (0.6366𝑉𝑚 )2 = 0.09459𝑉𝑚

i) El factor de forma FF. Es una medida de la forma del voltaje de salida 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐹𝐹 = 𝑉𝑐𝑑 𝐹𝐹 =

0.707𝑉𝑚 = 1.11 0.6366𝑉𝑚

j) El factor de componente ondulatorio o rizado RF. Es una medida del contenido alterno residual.

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UNMSM 𝑅𝐹 =

𝑉𝑐𝑎 ó 𝑅𝐹 = √𝐹𝐹 2 − 1 𝑉𝑐𝑑

𝑅𝐹 = √1.112 − 1 = 0.482 ó 48.2%



Rectificador de media onda trifásico carga R

a) El valor promedio de la Tensión de Salida Vcd para 3 phases: 𝜋⁄𝑞 2 𝑞 𝜋 𝑉𝑐𝑑 = ∫ 𝑉𝑚 cos 𝜔𝑡 𝑑(𝜔𝑑) = 𝑉𝑚 sin 2𝜋⁄𝑞 0 𝜋 𝑞 Operando tenemos: 𝑞 = 3

𝑉𝑐𝑑 = 0.827𝑉𝑚 b) El valor promedio de la salida Icd: A partir de la ley de Ohm: 𝐼𝑐𝑑 =

𝑉𝑐𝑑 0.827𝑉𝑚 = 𝑅 𝑅

c) Potencia de salida en cd, Pcd.

𝑃𝑐𝑑 = 𝑉𝑐𝑑 ∙ 𝐼𝑐𝑑 =

(0.827𝑉𝑚 )2 𝑅

d) El valor medio cuadrático de la tensión de salida Vrms. Se define como: 1⁄2

𝑉𝑟𝑚𝑠

𝜋⁄𝑞 2 =[ ∫ 𝑉𝑚2 𝑐𝑜𝑠 2 (𝜔𝑡)𝑑(𝜔𝑡)] 2𝜋⁄𝑞 0

𝑞 𝜋 1 2𝜋 1⁄2 = 𝑉𝑚 [ ( + sin )] 2𝜋 𝑞 2 𝑞

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Para nuestro caso operando: 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 0.84068𝑉𝑚 e) EL valor medio cuadrático de la corriente de salida Irms. A partir de ley de Ohm: 𝐼𝑟𝑚𝑠 =

𝑉𝑟𝑚𝑠 0.84068𝑉𝑚 = 𝑅 𝑅

f) Potencia de salida en ac, Pac. 𝑃𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 ∙ 𝐼𝑟𝑚𝑠

(0.84068𝑉𝑚 )2 = 𝑅

g) La eficiencia η: Es la figura de merito y permite comparar la eficacia, se define:

𝜂=

(0.827𝑉𝑚 )2 𝑃𝑐𝑑 = = 96.77% 𝑃𝑎𝑐 (0.84068𝑉𝑚 )2

h) El valor rms de la componente ac de la tensión de salida Vac. 2 − 𝑉2 𝑉𝑎𝑐 = √𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑐𝑑

𝑉𝑎𝑐 = √(0.84068𝑉𝑚 )2 − (0.827𝑉𝑚 )2 = 0.151𝑉𝑚

i) El factor de forma FF. Es una medida de la forma del voltaje de salida 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐹𝐹 = 𝑉𝑐𝑑 𝐹𝐹 =

0.84068𝑉𝑚 = 1.0165 ó 101.65% 0.827𝑉𝑚

j) El factor de componente ondulatorio o rizado RF. Es una medida del contenido alterno residual. 𝑅𝐹 = √1.01652 − 1 = 0.1824 ó 18.24%

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

Rectificador de onda completa trifásico carga R

a) El valor promedio de la Tensión de Salida Vcd para 3 phases: 𝑉𝑐𝑑

𝜋⁄6 2 3√3 = ∫ √3𝑉𝑚 cos 𝜔𝑡 𝑑(𝜔𝑑) = 𝑉 2𝜋⁄6 0 𝜋 𝑚

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𝑉𝑐𝑑 = 1.654𝑉𝑚 b) El valor promedio de la salida Icd: A partir de la ley de Ohm:

𝐼𝑐𝑑 =

𝑉𝑐𝑑 1.654𝑉𝑚 = 𝑅 𝑅

c) Potencia de salida en cd, Pcd.

𝑃𝑐𝑑 = 𝑉𝑐𝑑 ∙ 𝐼𝑐𝑑

(1.654𝑉𝑚 )2 = 𝑅

d) El valor medio cuadrático de la tensión de salida Vrms. Se define como: 1⁄2

𝜋⁄6 2 𝑉𝑟𝑚𝑠 = [ ∫ 3𝑉𝑚2 𝑐𝑜𝑠 2 (𝜔𝑡)𝑑(𝜔𝑡)] 2𝜋⁄6 0 Para nuestro caso operando:

1⁄2

3 9√3 = 𝑉𝑚 ( + ) 2 4𝜋

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 1.6554𝑉𝑚 e) EL valor medio cuadrático de la corriente de salida Irms. A partir de ley de Ohm: 𝐼𝑟𝑚𝑠 =

𝑉𝑟𝑚𝑠 1.6554𝑉𝑚 = 𝑅 𝑅

f) Potencia de salida en ac, Pac. 𝑃𝑐𝑎 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 ∙ 𝐼𝑟𝑚𝑠 =

(1.6554𝑉𝑚 )2 𝑅

g) La eficiencia η: Es la figura de merito y permite comparar la eficacia, se define:

𝜂=

(1.654𝑉𝑚 )2 𝑃𝑐𝑑 = = 99.83% 𝑃𝑎𝑐 (1.6554𝑉𝑚 )2

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h) El valor rms de la componente ac de la tensión de salida Vac. 2 − 𝑉2 𝑉𝑎𝑐 = √𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑐𝑑

𝑉𝑎𝑐 = √(1.6554𝑉𝑚 )2 − (1.654𝑉𝑚 )2 = 0.068𝑉𝑚

i) El factor de forma FF. Es una medida de la forma del voltaje de salida 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐹𝐹 = 𝑉𝑐𝑑 𝐹𝐹 =

1.6554𝑉𝑚 = 1.0008 ó 100.08% 1.654𝑉𝑚

j) El factor de componente ondulatorio o rizado RF. Es una medida del contenido alterno residual. 𝑅𝐹 = √1.00082 − 1 = 0.04 ó 4%

2. Definir el factor de utilización del Transformador TUF, el Armónico HF, el factor de Potencia PF. TUF: Factor de utilización del transformador se define como: 𝑻𝑼𝑭 =

𝑃𝑐𝑑 𝑉𝑠 × 𝐼𝑠

En donde Vs e Is son el voltaje y corriente rms en el secundario del transformador, respectivamente.

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HF: El factor Armónico de la corriente de entrada se define según el grafico:

Si el angulo φ es el angulo entre los componentes fundamentales de las correinte y el voltaje de entrada, a φ se le llama angulo de desplazamiento , entonces tenemos el factor de desplazamiento DF=cos φ. Luego definimos el HF como: 2 𝑖𝑠2 − 𝑖𝑠1 𝑯𝑭 = ( 2 ) 𝐼𝑠1

1⁄2

2

𝐼𝑠 2 = [( ) − 1] 𝐼𝑠1

PF: Factor de potencia se define como: 𝑭𝑷 =

𝑉𝑠 𝐼𝑠1 𝐼𝑠1 cos 𝜙 = cos 𝜙 𝑉𝑠 𝐼𝑠 𝐼𝑠

3. ¿Cuáles son los parámetros del rectificador ideal? Para el rectificador ideal se debe cumplir:  Eficiencia: 𝜂 = 100%  Valor rms de la componente ac de la tensión de salida: 𝑉𝑎𝑐 = 0𝑉  El Factor de Forma: FF=1  Factor Armonico: HF=0  Factor de Rizado: RF=0%  Factor de Potencia: PF=1 4. En un rectificador la tensión continua o promedio ¿Aumenta al aumentar el número de diodos? Explique Si aumenta de hecho si comparamos los rectificadores de media onda con onda completa notamos que ha mas diodos mayor la tensión continua V cd, esto debido a los diodos en onda completa siempre están en conducción.

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5. ¿La tensión Inversa de Pico que soportan los diodos es mayor en rectificador de onda completa con transformador de tap central o en el rectificador tipo puente? Observamos la tensiones de bloqueo para ambos circuitos:

Notamos que para el primer caso onda completa con transformador de tap central la tensión inversa de pico es el doble que para el tipo puente, esto es debido a que el tipo puente son dos diodos los que conducen para el ciclo negativa en lugar de uno solo en el de tap central. 6. ¿Qué sucede en un rectificador monofásico de onda completa si un diodo se abre? Si un diodo se abre ya no habrá conducción en uno de los ciclos, por lo que trabajara como si fuera de media onda. 7. ¿Qué sucede en un rectificador trifásico de media onda y onda completa si un diodo se abre? Para el caso del rectificador de media onda trifásico, si se abre un diodo se perderá los ciclo positivos de esa fase con diodo abierto. Para el caso del onda completa, las fase con diodos abierto se comportara como si fuera de media onda.

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8. Hallar la frecuencia de rizado para los circuitos rectificadores de media onda y onda completa monofásicos. Para media onda: La frecuencia de Rizado será la misma de la red:

frizado=fred=60Hz Para onda completa: La frecuencia de rizado es el doble de la frecuencia de red:

frizado=2fred=120Hz

9. ¿Qué es una fuente trifásica? Una fuente trifásica es una fuente constituida por 3 fuentes monofásicas de igual valor eficaz pero desfasadas 120° entre ellas:

Analíticamente tenemos:

Fasorialmente:

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10. ¿Cuál es la desventaja de un rectificador trifásico sin transformador? La desventaja es que el sistema no se encuentra aislado, otras aplicaciones podrían requerir tenciones continuas mucho menores, por lo que es mejor usar un transformador en estos casos. 11. ¿Cuáles son las relaciones de fase entre las líneas del sistema trifásico?

12. Diseñar los circuitos de las FIG1, FIG2, FIG3, FIG4, FIG5, FIG6, FIG7.

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D2 D1 1N4004

L1

1N4004

V1

R4

VSINE

10k

78mH

V2 VSINE

R5 100

D3 1N4004

L2 78mH

V3

D4

VSINE

1N4004

V4

D5

D8

1N4004

1N4004

VSINE

R7 10k

R6 100

D6

D7

1N4004

1N4004

L4 78mH

V5

D9

D12

1N4004

1N4004

L3 78mH

VSINE

D10

D11

1N4004

1N4004

D13

D16

1N4004

1N4004

V6

R8

VSINE

100

R9 100

D14

D15

1N4004

1N4004

V7 8V

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13. Simular los circuitos de las figuras FIG1, FIG2, FIG3, FIG4, FIG5, FIG6, FIG7.

III.

Bibliografía:     

http://www.trifasica.net/pdf/TEMA_8._SISTEMAS_TRIFASICOS.pdf http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio//3000/3079/html/ 431_rectificador_trifsico_de_media_onda.html http://bactering.blogspot.pe/2011/10/el-tiristor-como-triac.html https://eva.fing.edu.uy/pluginfile.php/90431/mod_resource/content/1/CircuitosEl ectricosTrifasicos.pdf http://www.ie.itcr.ac.cr/marin/lic/el2114/polifasicos.pdf