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TECNOLOGICO NACIONAL DE MEXICO INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LEÓN

INGENIERÍA MECATRÓNICA.

Electrónica de Potencia

Profesor M.O. Chávez Gutiérrez Francisco Alumnos Pérez Martin Diego Abraham Jiménez Gutiérrez Daniel

Practica 1 Rectificador de media onda y onda completa con carga resistiva.

Calificación__________

Introducción La energía eléctrica puede ser producido en dos formas: alterna y directa, la forma de energía eléctrica en que se manifiesta depende del mecanismo empleado para su producción. A veces es necesario utilizar energía eléctrica alterna o energía eléctrica directa, sin embargo, existen circuitos electrónicos que pueden hacer conversiones de corriente alterna a directa o de directa a alterna, en la primera el circuito se llama rectificador y en el segundo se llama inversor. En esta práctica aplicaremos un circuito rectificador para su estudio. Los diodos rectificadores son un grupo importante de los diodos semiconductores. Además de la rectificación, hay otros usos a los cuales puede aplicarse este tipo de diodos. De hecho, muchos diodos en esta categoría se conocen como diodos de propósito general. En esta práctica usted aprenderá a construir un circuito rectificador de media onda, medirá los parámetros básicos como valor pico de voltaje, voltaje rms, corriente media, potencia absorbida por la resistencia y factor de potencia.

Justificación Marco Teórico Rectificador de onda completa Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente continua de salida (Vo) pulsante. A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la señal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la señal se convertirá en negativa, según se necesite una señal positiva o negativa de corriente continua. Existen dos alternativas, bien empleando dos diodos o empleando cuatro (puente de Graetz).

Rectificador con dos diodos En un circuito ambos diodos no pueden encontrarse simultáneamente en directa o en inversa, ya que las diferencias de potencial a las que están sometidos son de signo contrario; por tanto uno se encontrará polarizado inversamente y el otro directamente. La tensión de entrada (Vi) es, en este caso, la media de la tensión del secundario del transformador.

Tensión de entrada positiva

El diodo 1 se encuentra en polarización directa (conduce), mientras que el 2 se encuentra en inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada. Nota: los diodos en posición directa conducen altas corrientes, en posición inversa alta tensiones.

Tensión de entrada negativa El diodo 2 se encuentra en polarización directa (conduce), mientras que el diodo 1 se encuentra en polarización inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada pero de signo contrario. El diodo 1 ha de soportar en inversa la tensión máxima del secundario.

Tensión rectificada Vo (corriente continua de salida) = Vi (corriente alterna de entrada) = Vs/2 en el rectificador con diodos. Vo = Vi = Vs en el rectificador con puente de Graetz. Si consideramos la caída de tensión típica en los diodos en conducción, aproximadamente 0,6V; tendremos que para el caso del rectificador de doble onda la Vo = Vi - 1,2V. Filtro electrónico es un elemento que deja pasar señales eléctricas a través de él, a una cierta frecuencia o rangos de frecuencia mientras previene el paso de otras, pudiendo modificar tanto su amplitud como su fase. Es un dispositivo que separa, pasa o suprime un grupo de señales de una mezcla de señales. Pueden ser: analógicos o digitales, los filtros analógicos son aquellos en el que la señal puede tomar cualquier valor dentro de un intervalo, mientras que la señal de los filtros digitales toma solo valores discretos.

Imagen 1(grafica de onda rectificada)

Valor de pico Se denomina valor de pico (A0) de una corriente periódica a la amplitud o valor máximo de la misma.

Valor de pico a pico Para corriente alterna también se tiene el valor de pico a pico (App), que es la diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo.

Valor RMS La corriente alterna y los voltajes (cuando son alternos) se expresan de forma común por su valor efectivo o RMS (Root Mean Square – Raíz Media Cuadrática). Cuando se dice que en nuestras casas tenemos 120 o 220 voltios, éstos son valores RMS o eficaces. ¿Qué es RMS y porqué se usa? Un valor RMS de una corriente es el valor, que produce la misma disipación de calor que una corriente continua de la misma magnitud. En otras palabras: El valor RMS es el valor del voltaje o corriente en C.A. que produce el mismo efecto de disipación de calor que su equivalente de voltaje o corriente directa.

Desarrollo (con simulación) Equipo:  

Osciloscopio Multímetro digital

Material:    

2 Resistencias de 5Ω a 5𝑊. 4 Diodos de estado sólido 1N5625. 3 Interruptores de un polo un tiro. 1 transformador de 110 volts a 12 o 24 volts con derivación central

Herramienta:       

Pinzas de corte Pinzas de puntas ProtoBoard. Cables caimán-caimán de calibre 18 Cinta de aislar Cable dúplex (1 metro No. 14) Desarmador plano y de cruz

Paso 1. Arme el circuito de la figura 1 y establezca el osciloscopio en la función sync de la línea o activación. Antes de continuar con el experimento, pida al instructor que revise el circuito.

Imagen 2(Rectificador de onda completa, alimentado por transformador)

Paso 2. Conecte la punta de entrada vertical del osciloscopio al ánodo de 𝐷1, la punta de tierra en el punto C. Cierre el interruptor 𝑆1. Encienda. Cierre el interruptor 𝑆2, pero mantenga 𝑆3 abierto. Por medio del osciloscopio con el circuito ya conectado obtuvimos esta onda (imagen 3) que representa el paso 2.

Imagen 3(grafica media onda)

Paso 3. Ajuste los controles de la escala vertical, la ganancia horizontal, el barrido y de sincronía/activación para observar la onda de referencia 𝑉𝐴𝐶. La onda que aparece debe ser idéntica a la onda de referencia de la tabla 1. Por medio del osciloscopio con el circuito ya conectado obtuvimos esta onda (imagen 4) que representa el paso 3.

Imagen 4(grafica onda completa)

Paso 4. Mida con el osciloscopio el voltaje pico a pico de 𝑉𝐴𝐶. Anote los resultados correspondientes en la tabla 1. Con el multímetro mida el voltaje en

cd, si lo hay, entre los puntos AC. Anote los resultados en una tabla como la tabla 1. Por medio del osciloscopio con el circuito ya conectado obtuvimos esta onda (imagen 5) que representa el paso 4.

Imagen 5(grafica media onda)

Paso 5. Abra 𝑆2. Conecte la punta de entrada vertical del osciloscopio con el ánodo de 𝐷2. Cierre 𝑆3. En la tabla 1, dibuje 𝑉𝐵𝐶, en la forma de onda observada, con la fase de tiempo adecuada en relación con la onda de referencia. Mida y anote el valor del voltaje pico a pico y el voltaje en cd, de haberlo, en BC. Por medio del osciloscopio con el circuito ya conectado obtuvimos esta onda (imagen6) que representa el paso 5.

Imagen 6(grafica media onda)

Paso 6. Abra 𝑆2. Conecte la onda 𝑉𝑠𝑎𝑙 que observe en 𝑅𝐿, con la fase que le corresponda en relación con la onda de referencia Mida el voltaje pico a pico y el voltaje en cd, si lo hay, en 𝑅𝐿. Anote los resultados obtenidos en la tabla 1. Estos datos están en la tabla 1 Paso 7. Cierre 𝑆2. Dibuje la onda 𝑉𝑠𝑎𝑙 que observe en 𝑅𝐿, como el punto anterior. Mida la amplitud pico a pico de la onda y el voltaje dc, de haberlo, en 𝑅𝐿. Anote los resultados en la tabla 1. Estos datos están en la tabla 1 Paso 8. Abra 𝑆2. Cierre 𝑆3. Dibuje la onda de salida 𝑉𝑠𝑎𝑙 observada en 𝑅𝐿, como en el punto anterior. Mida la amplitud pico a pico de la onda y el voltaje dc, de haberlo, en 𝑅𝐿. Anote los resultados en la tabla 1. Estos datos están en la tabla 1 Paso 9. Cierre 𝑆2. Ahora todos los interruptores están cerrados. Dibuje la onda de salida 𝑉𝑠𝑎𝑙. Mida la amplitud pico a pico de la onda y el voltaje dc, si lo hay, en 𝑅𝐿. Anote los resultados en la tabla 1. Estos datos están en la tabla 1 Por medio del osciloscopio con el circuito ya conectado obtuvimos esta onda (imagen 7) que representa el paso 9.

Imagen 7(grafica con interruptores cerrados) Simulación Con la simulación en proteus versión 8 armamos el circuito de la imagen 2 , lo probamos simulando en circuito ,los valores que nos pedía la practica comparando con los valores prácticos , teóricos y simulados , nos enfocamos en las gráficas ya que la intención de la practica era rectificar una onda o media onda .

Imagen 8(simulación en proteus)

Cálculos teóricos Tenemos un transformador de 120 V a 18 V. 𝑉 = 𝑉𝑝 = 9 𝑉 𝑉𝑝𝑝 = 18 𝑉 *Se usan estos valores ya que cuando es media onda solo pasan 9V por el diodo , el otro diodo esta en interruptor abierto y cuando es onda completa es porque pasan los 18 V que da el transformador por los dos diodos. 

Para media onda Tenemos las siguientes ecuaciones 1 y 2 que se sustituirá el valor de 9 V en 𝑉𝑚 𝑉𝑐𝑑 = 0.318(𝑉𝑚 ) (1) 𝑉𝑐𝑑 = 0.318(9𝑉) = 2.862 𝑉

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 0.5(𝑉𝑚 )

(2)

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 0.5(9𝑉) = 4.5 𝑉 

Para onda completa Tenemos las siguientes ecuaciones 1 y 2 que se sustituirá el valor de 18 V en 𝑉𝑚 𝑉𝑐𝑑 = 0.636(𝑉𝑚 )

(3)

𝑉𝑐𝑑 = 0.636(18𝑉) = 11.448 𝑉

𝑉𝑟𝑚𝑠 = 0.707(𝑉𝑚 ) 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 0.707(18𝑉) = 12.726 𝑉

(4)

Tabla con resumen de la practica (tabla 1)

Forma de onda

V pp

CD V

RMS

𝑉𝑒𝑛𝑡 (𝐴 𝑎 𝐶)

24.4 V

0

8.3 V

𝑉𝑒𝑛𝑡 (𝐵 𝑎 𝐴)

24.4 V

0

8.3 V

𝑉𝑠𝑎𝑙 (𝐷1 )

10.2 V

3.1 V

4.9 V

𝑉𝑠𝑎𝑙 (𝐷2 )

10.2 V

3.1 V

4.9 V

10.8 V

6.6 V

7.4 V

𝑉𝑠𝑎𝑙 (𝑜𝑛𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑡𝑎)

tabla 1 (representación gráfica de resultados )

Obtención de resultados Comparando los resultados de lo practico con lo teórico obtuvimos lo siguiente (no se comparó con lo simulado ya que en proteus solo muestra la gráfica y no valores específicos).



Para media onda Practico 𝑉𝑐𝑑 𝑉𝑟𝑚𝑠

Teórico 3.1 𝑉 4.9 𝑉

2.862 𝑉 4.5 𝑉

Aquí los valores son muy aproximados ya que lo práctico y lo teórico son muy similares, varían por muy poco que puede ser por diferentes factores, como corrientes parasitas o por transferencia de calor etcétera. 

Para onda completa Practico 𝑉𝑐𝑑 𝑉𝑟𝑚𝑠

Teórico 6.6 𝑉 7.4 𝑉

11.448 𝑉 12.726 𝑉

Aquí los valores son un poco distantes ya que lo práctico y lo teórico son muy similares, pero a nosotros nos varió, esto puede ser por algún error en la medición, mala conexión o algún otro problema que no lo percatamos.

Resultados y discusiones Con los valores medidos y los prácticos nos dimos cuenta que deben ser muy aproximados , solo debe variar un poco , también nos dimos cuenta que al principio de la práctica no teníamos un orden de trabajo , por lo cual perdimos mucho tiempo en tratar de hacer todo rápido , la práctica que nos dio el profesor estaba por puntos y aunque ya sabíamos cómo se iba a comportar las ondas , nos queríamos saltar pasos para hacerlo más rápido ,mis compañeros y yo ya tenemos la metodología para llegar más fácil a la obtención de la practica correctamente.

Referencias bibliográficas Microelectronics; Circuit Analysis and Design (Chapter 1) Donal A. Neamen, McGraw Hill, 3rd Edition, 2007 Electronic Devices (Chapter 1) Thomas L. Floyd, Prentice Hall, 6th Edition, 2002