• Author / Uploaded
• KarlosAndrésCuevaŢorres

Citation preview

Universidad Nacional de Loja. Cueva Carlos, Alvarado Camilo. Rectificadores de Onda completa

1

Rectificadores de Onda Completa Alvarado Camilo. Cueva Carlos [email protected] [email protected] Ingeniería Electromecánica _ Universidad Nacional de Loja 

Resumen— Tanto la generación como la transmisión y conversión de energía eléctrica se realizan de una manera más simple y eficiente en corriente alterna. En efecto, la generación de corriente alterna no requiere contactos móviles (colectores, escobillas) susceptibles de causar pérdidas energéticas y de sufrir desgastes. Asimismo, debido a la resistencia de los conductores que forman una línea de transmisión, es conveniente que la corriente sea lo menor posible, lo cual requiere, para una potencia dada, aumentar la tensión. Es sabido que los transformadores de corriente alterna permiten llevar a cabo esta conversión con alto rendimiento (bajas pérdidas energéticas). Luego, con un transformador en destino es posible reducir nuevamente la tensión a valores aceptables. Sin embargo, dejando de lado los motores y los sistemas de iluminación, la gran mayoría de los equipos con alimentación eléctrica funcionan con corriente continua. Se plantea entonces la necesidad de convertir la corriente alterna en continua, lo cual se logra por medio de la rectificación Un rectificador de onda completa convierte la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, mediante la inversión de las porciones (semiciclos) negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o negativas) se combinan con las inversas de las negativas (positivas) para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa) I. INTRODUCCIÓN El propósito de un rectificador de onda completa es generar una tensión o una corriente continua o 

que contenga una componente continua especificada. Aunque el propósito del rectificador de onda completa es básicamente el mismo que el rectificador de media onda, los rectificadores de onda completa presentan varias ventajas fundamentales. La corriente media del generador de alterna es nula en el rectificador de onda completa, por lo que se evitan los problemas asociados a las corrientes medias del generador distintas de cero, especialmente para los trasformadores. La salida del rectificador de onda completa presenta menos rizado que el rectificador de media onda. II.

METODOLOGIA

1. Rectificadores Completa.

Monofásicos

de

Onda

1.1 Rectificadores Monofásicos no controlados Es un circuito empleado para convertir una señal de corriente alterna de entrada (Vs) 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. 1.1.1. Rectificador en puente En este caso para rectificar la onda completa se utiliza 4 diodos como se muestra en la figura 1.1 , en una configuración denominada puente completo o puente de Graetz. Recibe el nombre de puente rectificador, por estar formado por cuatro diodos conectados en puente y su principal ventaja respecto al rectificador de onda completa con toma media es que no necesita transformador Y las formas de señales se las puede observar en la figura 1.2.

Universidad Nacional de Loja. Cueva Carlos, Alvarado Camilo. Rectificadores de Onda completa

2

Figura 1.1. Rectificador en puente de onda completa

Figura 1.4. Formas de tensiones transformador de toma media

de

rectificador

con

1.1.3. Carga R-L

Figura 1.2. Formas de tensiones de rectificar en puente

1.1.2. Rectificador con Trasformador de toma media Este circuito de la figura 1.3. Está formado por un transformador con toma central en el secundario y dos diodos. La toma central del transformador está situada en el centro eléctrico del arrollamiento secundario. La onda entre los terminales de la carga es una tensión continua pulsátil de onda completa señaladas en la figura 1.4. Aquí se aprovecha las dos alternancias de la entrada alterna para alimentar la carga; o sea, un rectificador de onda completa puede entrar doble potencia que un rectificador de media onda.

Figura 1.5. Rectificador en puente con carga R-L

1.1.4. Carga R-L Generador

Figura 1.6. Rectificador con carga R.L generador

Figura 1.3. Rectificador con transformador de toma media

1.2 Rectificadores Controlados de Onda Completa El rectificador controlado de onda completa es un tipo dispositivo que proporciona un control total de la carga. El esquema de este tipo se muestra en la figura 1.7 este rectificador añade entre la carga y la salida rectificada, de forma conceptual, un interruptor. Este 'interruptor' denominados

Universidad Nacional de Loja. Cueva Carlos, Alvarado Camilo. Rectificadores de Onda completa

tiristores (SCR) permitiría cortar el paso de la señal dentro de un Angulo correspondiente entre 0 y 180 grados de la onda senoidal, permitiendo un control de potencia dentro de esos ángulos de disparo. La implementación de este tipo de circuito nos permite que la carga no se vea afectada si hay variaciones en la señal como la figura 1.9 de la red de suministro. El rectificador monofásico controlado permite la mayor precisión posible para evitar posibles descompensaciones de voltaje en la carga. En la teoría de control, a menudo se usan las funciones de transferencia para caracterizar las relaciones de entrada-salida de componentes o de sistemas que se describen mediante ecuaciones diferenciales lineales invariantes en el tiempo. Se comenzará por definir la función de transferencia, para proseguir con el cálculo de la función de transferencia de un sistema de ecuaciones diferenciales.

2. Rectificadores Completa

Trifásicos

3

de

Onda

2.1. Rectificadores Trifásicos no controlados Este tipo de rectificadores figura 2.1 emplea como semiconductores el diodo. Se denomina de este modo porque no se puede controlar la potencia de salida, es decir, para una tensión fija de entrada la tensión de salida es también fija como se muestra en la figura 2.2. En un circuito rectificador trifásico de onda completa no controlado de seis pulsos los diodos se enumeran en el orden de las secuencias de conducción y cada uno conduce 120°. La secuencia para los diodos son D1-D2, D2-D3, D3-D4, D5-D6 D1-D6.

Figura 2.1. Rectificador trifásico en puente

Figura 1.7. Rectificador controlado de onda completa en puente

Figura 1.8. Rectificador controlado de onda completa con transformador de toma media

Figura 1.9. Salida para una carga resistiva

Figura 2.2. Tensiones del generador, tensiones de salida y corrientes para una carga resistiva de un rectificador de onda completa

Universidad Nacional de Loja. Cueva Carlos, Alvarado Camilo. Rectificadores de Onda completa

2.2. Rectificador Trifásico controlado Este tipo de rectificador como se muestra en la figura 2.3 permite variar el voltaje promedio de salida, empleando para su funcionamiento tiristores de potencia con los cuales se puede variar el ángulo de disparo y por ende la potencia entregada a la carga. Los tiristores se disparan a un intervalo de π/3.La frecuencia del rizo de voltaje en la salida es seis veces la frecuencia de la fuente de entrada (6fs), y el filtrado resulta menos complejo en comparación con el de los convertidores de media onda ya que este presenta menos rizo en el voltaje de salida dando una señal rectificada con respecto a la tensión y corriente de salida como se muestra en la figura 2.4. Cuando wt = (π/6+α), el tiristor T6 ya está conduciendo, y el tiristor TI se activa. Durante el intervalo (π/6+α) ≤ wt ≤ (π/2+α), los tiristores TI y T6 conducen y aparece el voltaje de línea a línea Vab = Van - Vbn a través de la carga. Cuando wt = (π/2+α), se dispara el tiristor T2 y de inmediato el tiristor T6 se polariza en sentido inverso. T6 se desactiva por conmutación natural. Durante el intervalo (π/2+α) ≤ wt ≤ (5π/6+α) conducen los tiristores TI y T2 Y aparece el voltaje de línea a línea Vac a través de la carga. Si se numeran los tiristores como se indica en la figura del circuito rectificador trifásico controlado, la secuencia de disparo es 1-2,2-3,34,4-5,5-6 y 6-1.

4

Figura 2.4. Tensiones del generador, tensiones de salida y corrientes para una carga resistiva de un rectificador trifásico controlado de onda completa

III.



RESULTADOS

Diseñar un rectificador con transformador de toma media que produzca una corriente media de 10A en una carga de 15Ω se dispone de dos generadores con tensiones eficaces de 10V y 240V a 60 Hz. Especifique el generador que se utilizara la relación de vueltas del transformador.

Figura 3.1. Rectificador con transformador de toma media Figura 2.3. Rectificador trifásico controlado en puente

 Se procede a resolver el ejercicio con las ecuaciones respectivas.

Universidad Nacional de Loja. Cueva Carlos, Alvarado Camilo. Rectificadores de Onda completa

5

Corriente en la carga

Se despeja de la ecuación 1 VO y obtenemos la Tensión media de la carga

Elegimos el generador que produce una tensión eficaz de 240V para el cálculo  Se lo simula en simulink.  La grafica obtenida

Tensión media en la carga Se despeja de la ecuación 5 el VM y obtenemos el voltaje máximo

Por inspección en el grafico sabemos que la tensión media en la carga es la salida de tensión del devanado secundario en el transformador multiplicado por dos y obtenemos la tensión en el devanado secundario De la ecuación 9 se puede obtener que la tensión VS1 es igual a VS2 y obtenemos la tensión de salida en el transformador secundario

Relación de tensiones

En la ecuación 12 relacionamos las tensiones y la relación de vueltas del transformador y obtenemos

IV. CONCLUSIONES Los rectificadores de onda completa monofásicos controlados como los no controlados así como los trifásicos controlados y no controlados estudiados en este capítulo son muy útiles para rectificar señales de onda del sistema obteniendo, en mejorar en una implementación más precisa y corrigiendo errores que presentaba los rectificadores de media onda ya que se obtenía una señal de media onda no rectificada en su totalidad y con los rectificadores de onda completa se puede obtener cálculos más precisos y exactos de tensiones y corrientes de entrada y salida del sistema. V. REFERENCIAS [1] Charles A. Schuler; Electrónica, principios y aplicaciones; reverte 1986; Pag.38 [2] Michael M Cirovic; Electrónica Fundamental; reverte 1979; Pag.159 [3] Paul B. Zbar, Albert Poul Malvino; Michael A Miller; Practicas de Electrónica; Marcombo 2001; Pag.40 [4] Muhammad H. Rashid, Virgilio Conzales y Pozo, Agustin Suarez Fernandez, Electróica de Potencia; Pearson Educacion 2004, Pag.17 [5] Daniel W. Hart; Primera Edición; Electrónica de Potencia; Pag.127 [6] http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_trif %C3%A1sico