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Módulo: 2

Unidad: 1

Semana: 4

ELECTRONICA INDUSTRIAL

Ing. Edgard Oporto

RECTIFICADORES CONTROLADOS

ORIENTACIONES - Estudiar el material de ayuda antes de la sesión respectiva. - Escuchar atentamente la tutoría - Para intervenir y hacer preguntas levantar la mano - Ingresar con sus apellidos y nombres, no con seudónimo - Desarrollar los ejercicios propuestos

CONTENIDOS TEMÁTICOS Principios de operación del convertidor controlado por fase Semiconvertidores monofásicos Convertidores monofásicos completos Convertidores monofásicos duales y en serie Convertidores trifásicos de media onda Semiconvertidores trifásicos Convertidores trifásicos completos y duales Mejoras del factor de potencia

RECTIFICADORES CONTROLADOS Convierten AC en DC, por eso se les llama también: CONVERTIDORES CA-CD

a) Los rectificadores típicos son a base de diodos. b) Estos no permiten controlar la rectificación. c) Por tanto, el voltaje de salida es fijo.

d) El control de la rectificación se realiza usando SCRs en lugar de diodos. e) Por tanto, permiten un voltaje de salida variable. f) El control se realiza por ángulo de conducción del SCR. RECTIFICADORES CONTROLADOS POR FASE

RECTIFICADORES CONTROLADOS RECTIFICADORES CONTROLADOS POR FASE Clasificación - Convertidores monofásicos * Semiconvertidor * Convertidor completo * Convertidor dual

- Convertidores trifásicos * Semiconvertidor * Convertidor completo * Convertidor dual

Variando el ángulo de disparo (control de fase) se logra una salida variable. Este control es sencillo con eficiencia superior al 95%.

Estos rectificadores se emplean en muchas aplicaciones industriales, especialmente propulsores de velocidad variable con potencias hasta megavatios.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL CONVERTIDOR CONTROLADO POR FASE CONVERTIDOR DE UN CUADRANTE Voltaje y corriente de salida tienen la misma polaridad.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL CONVERTIDOR CONTROLADO POR FASE

PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL CONVERTIDOR CONTROLADO POR FASE

Este rectificador no se emplea industrialmente debido a que su salida tiene un alto contenido ondulatorio de baja frecuencia (incluyendo la frecuencia de la red). Voltaje DC:

SEMICONVERTIDORES MONOFASICOS Se muestra el circuito con una carga altamente inductiva.

Semiciclo positivo: Conduce T1 y D2 Semiciclo negativo: Conduce T2 y D1 Conducen a partir del disparo.

OPERACIÓN EN UN CUADRANTE Voltaje y corriente de salida tienen la misma polaridad.

ANALISIS DE DESFASE EN CIRCUITO RL Se muestra circuito RL con entrada AC. A B C-D

Voltaje de entrada AC Voltaje en la bobina Voltaje en el resistor

ANALISIS DE DESFASE EN CIRCUITO RL Se muestra circuito rectificador con carga RL y entrada AC

ANALISIS DE DESFASE EN CIRCUITO RL Comparación SIN DIODO – CON DIODO

SIN DIODO

CON DIODO

ANALISIS DE DESFASE EN CIRCUITO RL Circuito RL con entrada AC V entrada Semiciclo positivo El voltaje por R y la corriente por el circuito son proporcionales. Mientras exista corriente en directa, el diodo conduce. Esto se da incluso más allá del semiciclo positivo. Cuando la corriente llega a cero, el diodo recién se abre. Esto ocurre más allá del semiciclo positivo.

V bobina

ANALISIS DE DESFASE EN CIRCUITO RL Circuito RL con entrada AC t1 vs = vR + vL t2 vs = vR (vL = 0) t2 a t6 vR positivo, decrece a 0 en t6 vL negativo, decrece t4 vs = 0 (vR = vL) t2 a t6 Tensión en bobina es inversa. Devuelve energía al trafo. t6 Corriente en la carga es nula. Diodo se abre. vR y vL nulos.

ANALISIS DE DESFASE EN CIRCUITO RL Circuito RL con entrada AC Se observa que el voltaje en la carga R+L en cierto momento es negativa. Para evitar ese voltaje negativo y aprovechar la energía magnética de la bobina y volcarla sobre RL, se coloca un diodo Dm. Dm Diodo de marcha libre o diodo volante

V bobina

V carga R Resistor+bobina

ANALISIS DE DESFASE EN CIRCUITO RL Circuito RL con entrada AC y diodo volante V carga Resistor+bobina

Diodo volante con RL e interruptor https://www.youtube.com/watch?v=2_TKO_r-MCo

V bobina

ANALISIS DE DESFASE EN CIRCUITO RL Circuito RL con entrada AC y diodo volante 0 a t2 Voltaje positivo en la bobina t2 Voltaje nulo en la bobina t3 Voltaje de entrada nulo. Voltajes en R y L iguales. t2 a t4 Voltaje negativo en la bobina t3 Diodo rectificador se bloquea. Diodo volante conduce por la energía de la bobina. Corriente io sigue circulando por Dm. Voltaje de salida vo = -0.7V

ANALISIS DE DESFASE EN CIRCUITO RL Circuito RL con entrada AC, diodo volante y FEM DC La fuente DC representa la FEM generada por los bobinados de los motores.

220V pico 60 Hz

ANALISIS DE DESFASE EN CIRCUITO RL Circuito RL con entrada AC, diodo volante y FEM DC La fuente DC representa la FEM generada por los bobinados de los motores.

SEMICONVERTIDORES MONOFASICOS

Dm Diodo de marcha libre SCRs ON Dm OFF SCRs OFF Dm ON Dm conduce para proporcionar la continuidad de corriente de la carga inductiva cuando los SCRs no conducen.

SEMICONVERTIDORES MONOFASICOS

Voltaje DC

CONVERTIDORES MONOFASICOS COMPLETOS Se muestra el circuito típico Circuito con carga inductiva. Corriente de carga continua y libre de ondulaciones. Semiciclo + T1 y T2 en directo Semiciclo T3 y T4 en directo

OPERACIÓN EN DOS CUADRANTES

CONVERTIDORES MONOFASICOS COMPLETOS

CONVERTIDORES MONOFASICOS COMPLETOS

CONVERTIDORES MONOFASICOS DUALES

Esta formado por dos convertidores monofásicos completos. Así, permiten la operación en cuatro cuadrantes (convertidor dual). Se emplean en propulsores de velocidad variable de alta potencia.

CONVERTIDORES MONOFASICOS DUALES

Uso en propulsores de velocidad variables de alta potencia. Los ángulos de retraso se controlan de tal forma que: -

Un convertidor funciona como rectificador El otro como inversor Ambos produzca el mismo voltaje promedio de salida.

CONVERTIDORES MONOFASICOS EN SERIE Para aplicaciones de alto voltaje, se pueden conectar dos o más convertidores en serie para compartir el voltaje y mejorar el factor de potencia.

Se muestra dos semiconvertidores conectados en serie.

CONVERTIDORES MONOFASICOS EN SERIE

CONVERTIDORES TRIFASICOS DE MEDIA ONDA Suministran un voltaje de salida más alto. Presenta componentes de frecuencia más altos comparados con los convertidores monofásicos. El filtrado de los mismo es más sencillo. Se emplean en propulsores de velocidad variable de alta potencia.

CONVERTIDORES TRIFASICOS DE MEDIA ONDA

SEMICONVERTIDORES TRIFASICOS Se emplean en aplicaciones industriales de hasta 120 KW, operación de un cuadrante. El factor de potencia del convertidor se reduce conforme aumenta el ángulo de retraso.

SEMICONVERTIDORES TRIFASICOS

CONVERTIDORES TRIFASICOS COMPLETOS

CONVERTIDORES TRIFASICOS COMPLETOS

CONVERTIDORES TRIFASICOS DUALES

CONVERTIDORES TRIFASICOS DUALES

MEJORAS DEL FACTOR DE POTENCIA El factor de potencia de los convertidores controlados por fase depende del ángulo de retraso y suele ser bajo para rangos bajos de voltaje de salida. Las técnicas de conmutaciones forzadas mejora el factor de potencia. Son cuatro:

MEJORAS DEL FACTOR DE POTENCIA Se verá la técnica de control del ángulo de extinción

DISEÑO DE CIRCUITOS CONVERTIDORES Se debe determinar las especificaciones de los tiristores y diodos. Se debe precisar: Corriente promedio Corriente RMS Corriente pico Voltaje pico inverso Se debe realizar diseños para el peor caso. Esto ocurre cuando el convertidor entrega el voltaje de salida promedio máximo.

CIRCUITOS DE DISPARO Se requiere: a) Detección del cruce por cero del voltaje de entrada. b) Desplazamiento apropiado de fase de las señales. c) Formación del pulso para generar pulsos de corta duración. d) Aislamiento del pulso a través de transformadores de pulsos o acopladores ópticos.

CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN SUGERIDAS

a) Comparar las características de los distintos tipos de rectificadores y convertidores estudiados. Explique ventajas y desventajas de cada uno. b) Busque y documente aplicaciones industriales de las diversas vistas.

GRACIAS