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• IsmaelGuevara

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UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE EXTENSION LATACUNGA IMFORME FINAL TUTORIAL EN PSIM PARA LA SIMULACION DE UN RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA NO CONTROLADO HEXAFASICO (6FASES) 1. OBJETIVO GENERAL.  Realizar la simulación y tutorial de un rectificador hexafásico de onda completa no controlado partiendo de una red de alimentación trifásica.

2. OBJETIVOS ESPECIFICOS.  Implementar los elementos y funciones existentes en el simulador PSIM para realizar la construcción del circuito rectificador hexafásico.  Obtener y analizar las ondas de voltaje resultante en la carga, el desfasamiento de los seis voltajes a ser rectificados y las corrientes en los diodos y la carga.  Obtener y analizar

manualmente todos los parámetros que caracterizan a un

rectificador (rendimiento, factor de forma, factor de rizado, etc.)  Realizar el tutorial y guía paso a paso para la construcción de un rectificador de onda completa no controlado hexafásico para su posterior y correcta simulación.

3. MARCO TEORICO.

INTRODUCCION. Es muy común, cuando en electrónica un equipo o dispositivo necesita corriente directa para funcionar, que se utilicen rectificadores sencillos de media onda u onda completa, sin embargo cuando los requerimientos de potencia son elevados, se recurre a la rectificación

polifásica (tres o más fases) puesto que de ella se derivan ciertas ventajas que no presentan los sistemas rectificadores de media onda y onda completa.1 VENTAJAS DE LA RECTIFICACION POLIFASICA. Algunas de las principales ventajas relacionadas con el empleo de la rectificación polifásica son las siguientes:  El flujo de potencia por la carga es más continuo.  Menor factor de rizado.  Mayor frecuencia de rizado.  Alto rendimiento o eficiencia de rectificación.  Diodos rectificadores de relativamente baja capacidad de corriente para una potencia considerable.  Disponibilidad de energía eléctrica trifásica a nivel industrial.  Más rígidos mecánicamente.  Vida media muy elevada.  Menor caída de voltaje para estado de conducción. Dicha caída es del orden 1 voltio.  Facilidad de montaje (en cualquier posición).  Libre interferencia para los sistemas de radio. Como consecuencia del bajo factor de rizado y de la mayor frecuencia de la onda de salida del rectificador, los filtros, si se usan, son comparativamente de tamaño más reducido y más económicos. Sin embargo, debe anotarse que el número de diodos se hace mayor; generalmente, uno o dos por fase. En la rectificación polifásica, se usan normalmente diodos rectificadores tipo semiconductor de silicio o de gas.1 DESVENTAJAS DE LA RECTIFICACION POLIFASICA. Una de las limitaciones para estos dispositivos es la temperatura. Aumentos de la misma, originan incrementos en la corriente inversa, lo cual no es deseable. La temperatura de 1

Fundamentos de Electrónica Industrial – Hernán Valencia Gallón

una unión semiconductora de silicio nunca debe sobrepasar los 200°C; para evitar su destrucción.2 RECTIFICADOR DE N FASES DE ONDA COMPLETA. En la práctica, los circuitos rectificadores de media onda con 6, 12 o más fases, presentan características especiales que los hacen ventajosos. Algunas de ellas son:  Muy bajo factor de rizado.  Alta eficiencia de rectificación.  Valor elevado de la relación

Si se tienen q fases, se debe disponer de 2q diodos, (dos diodos por fase). Esto supone, para el transformador, una conexión secundaria en estrella con neutro y que la rectificación es de onda completa. En el rectificador de q fases, cada diodo conducirá durante un intervalo de porcada ciclo (

radianes

) de la señal de entrada.

El funcionamiento del circuito puede comprenderse fácilmente, teniendo presente que cada diodo conduce mientras la tensión de fase respectiva sea positiva y de mayor amplitud que la correspondiente a las otras fases.3 2

Fundamentos de Electrónica Industrial – Hernán Valencia Gallón

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Electrónica de Potencia. Los convertidores estáticos de energía. Guy Séguier.

Para un rectificador polifásico, la expresión que relaciona la tensión de la fase n es

Para los diferentes valores de n, las respectivas tensiones de fase son:

 Tensión media en la carga Vcd.

Para un q par o impar se aplica la misma expresión.  Valor eficaz Vrms para un q par.

 Factor de utilización del secundario

 Potencia activa

Si despreciamos las perdidas en los diodos la potencia activa es la potencia que sale del transformador.  Potencia Aparente del secundario.

 Factor de ondulación para un q par.

 Tensión inversa en los diodos.

 Corriente eficaz.

 Corriente media.

 La corriente media en cada diodo.

 La ganancia de voltaje CD.

 Rendimiento para un q par.

RECTFICADOR HEXAFASICO SIMPLE.  Se alimenta desde un transformador con seis fases en el secundario, conectadas en estrella y desfasadas 60°.  El primario del transformador es trifásico mientras que el secundario tiene devanados a 120° con un toma intermedia cada uno de ellos, si se unen las tomas intermedias de los tres secundarios y se toman como común, se obtienen las seis fases de salida.  El ángulo de encendido es 60°.4

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Rectificacion Hexafasica Controlada – Archivo PDF-Recuperado el 5 de Mayo de 2014

APLICACIÓN. Estas fuentes se utilizan para alimentar los ferrocarriles, galvanoplastia transmisores de radio y cualquier aplicación de corriente continua de mediana o gran intensidad. Un sistema rectificador consta de las siguientes partes:  Transformador de alimentación, empleando conexión triangulo para el primario y estrella para el secundario.  Conjunto rectificador formado por diodos rectificadores o tiristores es decir dispositivos semiconductores.

4. TUTORIAL. 1. Ejecutamos el programa o simulador PSIM, en donde podremos observar su entorno gráfico y todos los componentes, barras y funciones disponibles para la construcción y simulación de circuitos.

2. Nos dirigimos a la opción ELEMENTS-POWER-TRANSFORMES y seleccionamos un trasformador 1ph 3-w, para nuestro caso necesitaremos 3 transformadores de este tipo, debido a que la entrada en el primario del transformador de este rectificador será trifásica.

No establecemos ningún cambio en los parámetros de nuestros transformadores, los dejamos con los parámetros por default.

3. Ahora necesitamos nuestra red trifásica. Para ello seleccionamos tres fuentes de alterna y las conectamos de la manera como se observa en la siguiente gráfica.

Observe que cada fuente que conforma la red trifásica va conectada al respectivo primario de su transformador y también tiene una conexión a tierra. Una vez colocamos las fuentes procedemos a establecer sus valores de voltaje y desfasamiento entre fases que en este caso sería de 120°, es decir 0° para la primera fase, 120° para la segunda y 240° para la tercera fase. Para esto damos doble clic doble cada fase y procedemos a establecer dichos parámetros, como se muestra a continuación.

Nota: Para conectar cualquier elemento usamos en icono que se muestra a continuación.

WIRE

4. Una vez establecidos los parámetros en las 3 líneas de la red trifásica de entrada al transformador, ahora procedemos a conectar en estrella las 6 fases de secundario del transformador.

Si se unen todas las tomas intermedias de los tres secundarios y se toman como común, se obtienen las 6 fases de salida con un desfasamiento de 60°, que es lo que requerimos.

5. Existe una relación que nos muestra que el número de diodos para el rectificador será igual a 2q, donde q es el número de fases. Como resultado tendremos un rectificador compuesto por 12 diodos que rectificaran 6 tensiones alternas desfasadas 60°. Para seleccionar un diodo nos dirigimos a ELEMENTS-POWER-SWITCHS-DIODO. Seleccionamos 12 diodos.

Colocamos y conectamos los

12 diodos seleccionados en la disposición que se

muestra a continuación que es la establecida para este tipo de rectificador hexafásico.

Una vez realizada dicha configuración de los diodos, procedemos a establecer sus parámetros de funcionamiento. Damos doble clic sobre cada diodo y establecemos los parámetros que se muestran en la gráfica.

Nota: Si necesitamos girar algún elemento a una posición deseada utilizamos la siguiente herramienta.

ROTATE

6. Una vez establecidos los parámetros, procedemos a conectar los diodos con las 6 fases que se encuentran en los secundarios de los transformadores, como se observa en la siguiente gráfica.

7. Para colocar la carga, en este caso una resistencia nos dirigimos ELEMENTS-POWERRLC BRANCHES-RESISTOR y seleccionamos una.

Una vez seleccionada la resistencia la conectamos de la manera que se muestra en la figura.

Damos doble clic sobre la resistencia y establecemos sus parámetros, de la siguiente manera:

8. Finalmente colocamos voltímetros y amperímetros donde sea necesario o donde necesitemos conocer magnitudes de voltaje y corriente. Para colocar un voltímetro nos dirigimos a la barra inferior donde encontraremos dispositivos de medida como voltímetros y amperímetros.

Para la posterior visualización de las gráficas colocamos voltímetros y amperímetros en los puntos que se muestra en la gráfica siguiente.

 Observe que en las 6 fases hay un voltímetro para cada fase conectado a la fase y al punto en común, esto lo hacemos para poder observar el desfasamiento de 60°.  En las tensiones de entrada también colocamos un voltímetro por cada fase para poder observar el desfasamiento de 120°.  Tenemos un voltímetro en la carga para observar la tensión rectificada.  Colocamos un amperímetro en la carga para ver la corriente de salida.  Tenemos 3 amperímetros en los diodos (D1, D4, D6).

9. Para proceder con la simulación colocamos el SIMULATION CONTROL, que lo podemos encontrar en SIMULATE.

Colocamos un tiempo total de simulación de 0.1

10. Para realizar la simulación nos dirigimos a RUN SIMULATE que se encuentra en la parte superior de la pantalla de PSIM, damos clic y aparecerá un pantalla de dialogo

En la ventana de dialogo nos pide seleccionar las variables a graficar en función del tiempo. En primera instancia seleccionamos los voltajes de entrada al transformador o red trifásica.

Seleccionamos OK y podremos observar las curvas de voltaje variando en el tiempo y con su respectivo desfasamiento.

Luego nos dirigimos al icono encerrado en un circunferencia en la gráfica siguiente y vuelve aparecer la ventana de dialogo anterior. Seleccionamos ahora las 6 fases de salida del transformador para poder observar el desfasamiento de 60°.

Seleccionamos los 6 voltajes y damos clic en OK, obtendremos las gráficas de los 6 voltajes.

Seguimos el mismo proceso anterior y así podremos observar la gráfica del voltaje rectificado en la carga y de las corrientes en diferentes diodos y en la carga.

Grafica del voltaje rectificado y de las 6 fases rectificadas.

Grafica de la corriente en la carga y de la corriente en los diodos D1, D4, D6.

5. GRAFICAS RESULTANTES Y ANALISIS DE RESULTADOS.

1. Rectificador completo.

2. Tensiones de entra en el primario del transformador (red trifásica).

3. Tensiones de salida en los transformadores (hexafásico).

4. Tensión rectifica y los 6 voltajes desfasados 60°.

5. Corrientes en la carga en un tres diodos.

6. Corriente en cada fase.

 Para un rectificador de onda completa de q fases se requieren 2q número de diodos.  Cada diodo conduce mientras la tensión de fase respectiva sea positiva y de mayor amplitud que la correspondiente a las otras fases.  Se alimenta desde un transformador con seis fases en el secundario, conectadas en estrella y desfasadas 60°.  El primario del transformador es trifásico mientras que el secundario tiene devanados a 120° con un toma intermedia cada uno de ellos, si se unen las tomas intermedias de los tres secundarios y se toman como común, se obtienen las seis fases de salida.  El ángulo de encendido es 60°.  El ángulo que dura conduciendo cada diodo es de 30° 7. THD

6. CONCLUSIONES.  Observamos que para un rectificador hexafásico el ángulo de encendido es de 60° y el ángulo que dura conduciendo cada diodo es de 30°  Se determinó que el funcionamiento del circuito puede comprenderse fácilmente, teniendo presente que cada diodo conduce mientras la tensión de fase respectiva sea positiva y de mayor amplitud que la correspondiente a las otras fases.  Se observó que el primario del transformador es trifásico mientras que el secundario tiene devanados a 120° con un toma intermedia cada uno de ellos, si se unen las tomas intermedias de los tres secundarios y se toman como común, se obtienen las seis fases de salida.  Se determinó que para un rectificador de onda completa de q fases se requieren 2q número de diodos.  Se determinó que para una rectificación polifásica el número de diodos se hace mayor; generalmente, uno o dos por fase y mucho más si se requiere la rectificación de onda completa.  Se realizó el tutorial y guía paso a paso para la construcción de un rectificador de onda completa no controlado hexafásico para su posterior y correcta simulación.  Se implementó los elementos y funciones existentes en el simulador PSIM para realizar la construcción del circuito rectificador hexafásico.

7. BIBLIOGRAFIA.  Fundamentos de Electrónica Industrial – Hernán Valencia Gallón.  Rashid: "Electrónica de Potencia. Circuitos, dispositivos y aplicaciones". Ed Prentice Hall. 2edición. ISBN: 968-880-586-6.  Mohan, Undeland, Robbins.: "Power Electronics. Converters, applications and design". Ed John Wiley & Sons. Inc, 2º edición. 1995.  Guy Séguier. : "Electrónica de Potencia. Los convertidores estáticos de energía. Funciones de base". Ed. Gustavo Gili. 1987. ISBN: 968-887-063-3.

8. ENEXOS.