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UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

ESCUELA DE INGENIERÍAS ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA Y DE TELECOMUNICACIONES

Perfecta Combinación entre Energía e Intelecto

SIMULACION DE RECTIFICADORES CON DIODOS Martin Alejandro Pachón; 2144006 Juan Sebastián Rojas Duarte 2102202 Presentado a: Fausto

Universidad Industrial de Santander Bucaramanga, Colombia a)

OBJETIVOS 



 

Simular y analizar el funcionamiento de circuitos rectificadores con diodos utilizando la herramienta de software Orcad Pspice. Desarrollar habilidades en la simulación de circuitos eléctricos en el software Orcad Pspice. Determinar los parámetros de rendimiento de circuitos rectificadores con diodos. Analizar las formas de onda de las señales de salida de los circuitos rectificadores y determinar las componentes armónicas de estas señales.

I.

Figura 1: Rectificador monofásico de media onda.

INTRODUCCIÓN

Con la ayuda del software Orca Pspice se puede realizar el diseño y análisis de circuitos basados en electrónica de potencia y circuitos utilizados para el control de motores. En el presente laboratorio se consideran los circuitos rectificadores monofásicos de media onda y de onda completa junto con los parámetros de rendimiento de estos rectificadores por medio de la simulación en el software Orcad Pspice, los cuales serán comparados con los resultados teóricos vistos previamente en clase.

II.

De acuerdo con los parámetros de los elementos del circuito y de la simulación que se presentan en la tabla 1. Se procede a realizar el circuito 1 que se presenta a continuación.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

1. Simulación de un rectificador monofásico de media onda

PARAMETRO Tensión de entrada al primario Vp Frecuencia de la fuente de entrada fp Resistencia de carga R1 Razón de transformación Np/Ns Tensión umbral del diodo Vdth Resistencia de encendido del diodo Ron Paso de simulación h Tiempo total de simulación

VALOR 120 Vrms 60 Hz 10 KΩ 1 0V 0Ω 10 µs 50 ms

Tabla 1: Parámetros de los elementos del rectificador monofásico de media onda.

b)

Calculo de los parámetros de rendimiento obtenidos en simulación y teóricos.

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Perfecta Combinación entre Energía e Intelecto Después de tener el montaje del circuito en el software Orcad Pspice se realizan las simulaciones de tensión, corriente y potencia de salida según los parámetros de la tabla 1. A continuación se presentan las simulaciones obtenidas.

Figura 6: Señales de Potencia del rectificador monofásico de media onda; Potencia Activa en la resistencia (Azul); Potencia Activa promedio de salida (Verde).

Figura 2: Señales de tensión del rectificador monofásico de media onda; Tensión en terminales de salida (Azul); Valor de tensión RMS (Rojo); Tensión promedio de salida (Verde).

Figura 3: Valores de las señales de tensión obtenidos de simulación en t=69.429 [ms]

Figura 7: Valores de las señales de Potencia activa obtenidos de simulación en t=33.072[ms]

PARÁMETROS Vcd Icd Pcd Vrms Irms Pac

TEÓRICOS 54,01 [V] 5,40[mA] 0.29[W] 84.85[Vrms] 8,48[mA] 0,72 [W]

n

40.27

Tabla 2: Parámetros de monofásico de media onda.

c)

rendimiento

SIMULADOS 54.805 [V] 5.395 [mA] 0 [w] 84.808 [Vrms] 8.2737 [mA] 720.374 [mW] del

rectificador

Con la ayuda de la herramienta de FFT de Orcad se puede determinar la serie de Fourier de la tensión de salida del rectificador de media onda de la siguiente manera:

Figura 4: Señales de Corriente del rectificador monofásico de media onda; Corriente en terminales de salida (Azul); Valor de corriente RMS (Rojo); Corriente promedio de salida (Verde).

Figura 5: Valores de las señales de corriente obtenidos de simulación en t=18.505 [ms]

𝑉𝑜(𝑡) = 53.76 + 36.06√2 cos(60 ∗ 2𝜋𝑡 − 90) + 7.2√2 cos(3 ∗ 60 ∗ 2𝜋𝑡 − 90) + 3.087√2 cos(5 ∗ 60 ∗ 2𝜋𝑡 − 90)

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Perfecta Combinación entre Energía e Intelecto d)

El facto de rizo (RF) y el factor de forma (FF) del rectificador monofásico de media onda están dados por: 𝑅𝐹 =

𝑉𝑎𝑐 𝑉𝑑𝑐

𝑉𝑎𝑐 = √𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑑𝑐^2 𝑉𝑎𝑐 = 65.44[𝑉] Figura 8: Rectificador monofásico de onda completa.

65.44 𝑅𝐹 = = 1.21 54.01 𝐹𝐹 = e)

𝑉𝑟𝑚𝑠 84.85 = = 1.57 𝑉𝑑𝑐 54.01

La serie de Fourier de la corriente de entrada del rectificador de media onda está dada por:

Figura 9: Señales de tensión del rectificador monofásico de onda completa; Tensión en terminales de salida (Rojo); Valor de tensión RMS (Verde); Tensión promedio de salida (Azul).

𝐼𝑠(𝑡) = −5.375𝐸 − 03 + 3.606𝐸 − 03√2 cos(60 ∗ 2𝜋𝑡 + 90)

f)

Figura 10: Valores de las señales de tensión obtenidos de simulación en t=24.643[ms]

La distorsión armónica total (THD) de la corriente de entrada está dada por: 𝑇𝐻𝐷 =

√𝐼𝑟𝑚𝑠 2 − 𝐼1𝑟𝑚𝑠 2 = 100% 𝐼1𝑟𝑚𝑠

Según el software Orcad se tiene una distorsión en la corriente de 4.37%. g)

La tensión pico de bloqueo inverso del diodo (PIV) está dada por: 𝑃𝐼𝑉 = −𝑉𝑠 = −120√2[𝑉]

Figura 11: Señales de Corriente del rectificador monofásico de onda completa; Corriente en terminales de salida (Verde); Valor de corriente RMS (Azul); Corriente promedio de salida (Rojo).

2. Simulación de un rectificador monofásico de onda completa. a)

Se realiza el montaje del circuito en el software Orcad Pspice para obtener las gráficas y los datos de simulación en los terminales de salida.

Figura 12: Valores de las señales de corriente obtenidos de simulación en t=24.5 [ms]

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Perfecta Combinación entre Energía e Intelecto FF=111,07% e)

La serie de Fourier de la corriente de entrada está dada por:

Figura 13: Señales de Potencia del rectificador monofásico de onda completa; Potencia Activa en la resistencia (Azul); Potencia Activa promedio de salida (Rojo).

𝐼𝑠(𝑡) = −1.068𝐸 − 02 + 7.20𝐸 − 03√2 cos(60 ∗ 2𝜋𝑡 + 90) Figura 14: Valores de las señales de Potencia activa obtenidos de simulación en t=16.358[ms].

b)

Parámetros simulados

de

rendimiento

PARÁMETROS Vcd Icd Pcd Vrms Irms Pac

TEÓRICOS 108.037 [V] 10.8[mA] 1.1672[W] 120[V] 12[mA] 1.44

n

81,055

Tabla 3: Parámetros de rendimiento monofásico de onda completa.

c)

teóricos

La distorsión armónica total (THD) de la corriente de entrada está dada por:

y

SIMULADO 108.206 [V] 10.87 [mA] 0 [w] 119.76 [Vrms] 12 [mA] 1.4405 [mW]

del

f)

rectificador

𝑇𝐻𝐷 =

Según el software Orcad se tiene una distorsión en la corriente de 1.63%. g)

La tensión pico de bloqueo inverso del diodo (PIV) está dada por: 𝑃𝐼𝑉 = −𝑉𝑠 = −120√2[𝑉]

IV.



serie de Fourier de la tensión de salida con ayuda de la herramienta FFT de orcad 



d)

determine el facto de de rizo y de forma FR=48,34%

√𝐼𝑟𝑚𝑠 2 − 𝐼1𝑟𝑚𝑠 2 = 100% 𝐼1𝑟𝑚𝑠

CONCLUSIONES

Se pudo concluir que el rectificador de onda completa nos ofrece una señal de salida mejor rectificada que el de media onda ya que se aprovecha el siclo completo de la señal de entrada Se pudo ver como el rectificador de media onda solo rectifica la el primer semi siclo de la señal y hace cero el segundo semi siclo, con este rectificador solo se aprovecha una parte de la señal de entrada. Casi todos los valores obtenidos con el puente completo son el doble de los que se obtuvieron con el de media onda ya que con este solo se aprovecha el primer semi siclo positivo.