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INTRODUCCIÓN

Flujo de Potencia

TEMA 13. RECTIFICADORES CONTROLADOS 13.1.INTRODUCCIÓN 13.2.RECTIFICADOR MONOFÁSICO 13.2.1. Rectificador de Media Onda 13.2.1.1. Estudio para diferentes tipos de cargas 13.2.1.2. Diodo de Libre Circulación 13.2.2. Rectificador Puente Monofásico 13.2.2.1. Conmutación Ideal 13.2.2.2. Valor Medio de la Tensión Rectificada 13.2.2.3. Efecto de α sobre la Componente Fundamental de IS 13.2.2.4. Conmutación no Instantánea 13.2.3. Sincronización del Circuito de Disparo 13.3.RECTIFICADORES POLIFÁSICOS SIMPLES 13.3.1. Valor Medio de la Tensión Rectificada 13.3.2. Funcionamiento como Rectificador y como Ondulador 13.3.3. Influencia de la Naturaleza de la Carga 13.3.4. Conmutación no Instantánea 13.4.RECTIFICADOR PUENTE POLIFÁSICO 13.4.1. Valor Medio de la Tensión Rectificada 13.4.2. Conmutación no Instantánea 13.5.RECTIFICADORES SEMICONTROLADOS 13.5.1. Puente Monofásico 13.5.2. Puente Polifásico

Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 1 de 30

AC, Mono o Polifásica

+

Id Vd

Vd

DC (+-)

Flujo de Potencia

Id Flujo de Potencia

Símbolos de Rectificadores Controlados Este tipo de convertidores en la actualidad es casi la única aplicación de los SCR, ya que son circuitos que requieren control de ángulo de fase y los dispositivos se bloquean naturalmente. Existen rectificadores controlados monofásicos y polifásicos, diseñados para potencias muy elevadas.

Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 2 de 30

RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO. Carga Resistiva

RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO. Carga Resistiva e Inductiva L

VS

i(t)

R

Ud

VS

Ud

i(t) R

UR

El área gris es la integral de VL. Las dos áreas deben ser iguales

di/dt muy alta. Armónicos de alta frecuencia

Tensiones negativas aplicadas a la carga

Carga Resistiva

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Carga Resistiva e Inductiva

Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 4 de 30

RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO. Carga Inductiva y Fuente de Tensión

RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO. Carga Resistiva e Inductiva y Diodo de Libre Circulación L

L i(t)

Ud

VS

VS

Ud

i(t) R

UR

E

VL

VL VL

αmax= π-αmin

VL 1er Int 2º Intervalo

αmin= arsen(

E 2VS

1er Intervalo

) Carga Resistiva e Inductiva con Diodo de libre circulación

Carga Inductiva y Fuente de Tensión

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Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 6 de 30

RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFÁSICO.

RECTIFICADOR PUENTE MONOFÁSICO Conmutación Ideal

Carga Inductiva, Fuente de Tensión y Diodo de Libre Circulación

Puente Rectificador L

Ud

+ iS

i(t)

Carga

VS

id

VS

E

Vd

-

di/dt constante

VL

iS

VL

α=0 In. 1

In. 1

In. 2 In. 3

iS

Carga inductiva y fuente de alimentación con Diodo de libre circulación

α

α Puente Monofásico Controlado

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Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 8 de 30

RECTIFICADOR PUENTE MONOFÁSICO. Valor Medio de la Tensión Rectificada Período de integración

RECTIFICADOR PUENTE MONOFÁSICO. Efecto de α sobre la Componente Fundamental de IS Desarrollando en serie de Fourier se obtiene para la componente fundamental de la corriente por la línea (IS):

I S 1 = 0.9 ⋅ I d (Valor eficaz) I S 1M = 0.9 ⋅ 2 ⋅ I d = 1.27 ⋅ I d (Valor de pico) Primer armónico de la corriente por la línea

α 1

π +α

π ∫α

2VS ⋅ sin (ω t ) ⋅ d (ω t ) =

2 2

π

⋅ VS ⋅ cos α = α

Vdα = 0.9 ⋅ VS cosα

Para distintos valores de α:

Valor Medio de la Tensión

Vd α =

α

α

1 P = Id  T

∫

T

0

 vd dt  = 0.9 ⋅ I d ⋅ VS ⋅ cos α 

α

α

Puente Monofásico Controlado Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 9 de 30

Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 10 de 30

RECTIFICADOR PUENTE MONOFÁSICO. Conmutación no Instantánea Inductancia parásita

Puente Rectificador LS

SINCRONIZACIÓN DEL CIRCUITO DE DISPARO Sincronización del disparo con el paso por cero de VS.

id

Detector de Paso por cero

+ a:1 Carga

iS

VS

Vd

1

VS

-

diferenciador RC

3 Retraso (α)

2

VS /a

1

t α 2

t

µ 3

ωt=α

Puente Monofásico con conmutación no instantánea

4

t

ωt=α t

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Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 12 de 30

4

RECTIFICADORES POLIFÁSICOS SIMPLES

RECTIFICADORES POLIFÁSICOS SIMPLES Valor Medio de la Tensión Rectificada Área A

u1 u2

+

um 2π/m

α π +α

A 1 m  2π    Uα = =  U M ⋅ cos ω t -  − U M ⋅ cos ω t dω t = ∫ 2π 2π π    m m m m U ⋅m   π π π   π sen α −  − sen −  − sen + α  + sen  = Uα = M        2π  m m m m

2π/m

Uα =

U M ⋅m π π π    2 sen + sen α −  − sen + α   m   m m 2π 

Aplicando sen p − sen q = 2 cos

Uα =

1 ( p + q ) ⋅ sen 21 ( p − q ) , resulta: 2

UM ⋅ m  m π π  π  2 sen + 2 cosα ⋅ sen -  = U M ⋅ ⋅ sen (1 − cosα ) =  π 2π  m m  m 

Uα = U ov (1 − cosα )

α

La tensión media a la salida del rectificador controlado será:

U o = U ov − U α = U ov ⋅ cos α La Tensión Eficaz: Los Armónicos: Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 13 de 30

U rms = U M

U ok = U o ⋅

1 m 2π + ⋅ sen ⋅ cosα m 2 4π

2 ⋅ 1 + k 2 ⋅ m 2 ⋅ tg 2 α 2 2 k ⋅m −1 Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 14 de 30

RECTIFICADORES POLIFÁSICOS SIMPLES Valor Medio de la Tensión Rectificada

RECTIFICADORES POLIFÁSICOS SIMPLES Armónicos de la Tensión Rectificada

Vo /VM

0,25

0,2

α

m 0,15

Tensión media rectificada en función del ángulo de disparo α y del número de fases m

5

3

1

0,1

23

0

17

30º 0º

29 60º

27

25

21

Núm. armónico

0,05 19

13

15

11

9

7

VRMS/VM

Alfa

Armónicos de la tensión rectificada en un rectificador trifásico en función del ángulo de disparo α α

m

Tensión eficaz rectificada en función del ángulo de disparo α y del número de fases m

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Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 16 de 30

RECTIFICADORES POLIFÁSICOS SIMPLES Funcionamiento como Rectificador y como Ondulador

RECTIFICADORES POLIFÁSICOS SIMPLES Funcionamiento como Rectificador y como Ondulador

α=0º; Uo=257V

α=30º; Uo=222V

α=60º; Uo=129V

α=90º; Uo=0V

α=120º; Uo=-129V

α=150º; Uo=-222V

t

Según el valor de α:

π π − ⇒ 2 m π π π −