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Electrnica de PotenciaUNIDAD N 0. INTRODUCCIN A LA ASIGNATURA

UNIDAD N 1. REPASO DE CONCEPTOS Y DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIAUNIDAD N 2. AMPLIFICADORES DE POTENCIA UNIDAD N 3. DISPOSITIVOS DE CUATRO CAPAS UNIDAD N 4. CONVERTIDORES

Tema 7.- Convertidores ac/dc: rectificacin Rectificacin monofsica media onda: Carga resistiva, carga resistiva-inductiva, carga RL-generador, diodo de libre circulacin. Rectificacin de media onda controlado: Carga resistiva, carga RL, carga RLE. Efecto de la conmutacin. Rectificador monofsico onda completa: En puente, toma media, carga RL, carga RLE. Filtro por condensador. Filtro L. Filtro LC. Rectificador controlado monofsico de onda completa: Carga R, carga RL, carga RLE. Rectificacin trifsica de media onda. Rectificacin polifsica de media onda. Rectificacin trifsica de onda completa. Rectificadores controlados: trifsico media onda, polifsico onda completa. Tema 8.- Filtrado y fuentes reguladas Tema 9.- Convertidores dc/dc Tema 10.- Introduccin a las configuraciones bsicas de las fuentes de alimentacin conmutadas Tema 11.- Convertidores dc/ac: inversores

Prof. J.D. Aguilar Pea Departamento de Electrnica. Universidad Jan jaguilar@ujaen.es http://voltio.ujaen.es/jaguilar

7.1 Introduccin 7.2 Rectificador monofsico de media onda 7.2.1 Carga resistiva 7.2.2 Carga resistiva-inductiva 7.2.3 Carga RLE 7.2.4 Rectificador monofsico de media onda, con diodo volante 7.2.5 Rectificador monofsico de media onda, con diodo volante, alimentando una carga RLE 7.3 Rectificador controlado monofsico de media onda 7.3.1 Rectificador controlado media onda: carga resistiva 7.3.2 Rectificador controlado monofsico de media onda con carga inductiva 7.3.3 Rectificador controlado monofsico de media onda con diodo volante y carga inductiva 7.3.4 Rectificador controlado monofsico de media onda: carga RLE 7.4 Rectificadores monofsicos de onda completa 7.4.1 Rectificador con transformador de toma intermedia 7.4.2 Puente rectificador con diodos 7.4.3 Estudio para una carga RL altamente inductiva 7.4.4 Estudio para una carga RLE 7.5 Puente rectificador monofsico totalmente controlado 7.5.1 Carga resistiva 7.5.2 Estudio para una carga altamente inductiva, corriente continuada 7.5.3 Carga RL, corriente discontinua 7.5.4 Carga RLE 7.5.5 Carga RL con diodo volante 7.5.6 Convertidor monofsico en modo inversor 7.6 Puente rectificador monofsico semicontrolado o mixto 7.7 Rectificadores Polifsicos 7.7.1 Rectificadores polifsicos de media onda 7.7.2 Rectificador controlado polifsico de media onda 7.7.3 Rectificador trifsico de media onda 7.7.4 Rectificador controlado trifsico de media onda 7.7.5 Puente rectificador trifsico de onda completa 7.7.6 Puente rectificador trifsico totalmente controlado 7.7.7 Puente rectificador trifsico semicontrolado 7.8 Conmutacin: El efecto de la inductancia del generador 7.8.1 Conmutacin en rectificadores monofsicos controlados con transformador de toma intermedia 7.8.2 Conmutaciones en puentes rectificadores trifsicos 7.9 Factor de Potencia 7.9.1 Factor de potencia en rectificadores monofsicos 7.9.2 Factor de potencia en rectificadores polifsicos

1 1 1 6 12 17 18 19 19 24 27 30 31 31 34 35 36 41 41 43 46 47 48 49 49 51 51 53 53 56 62 68 74 76 77 79 80 81 83

TEMA 7: CONVERTIDORES AC/DC: RECTIFICACIN

7.1 IntroduccinUn rectificador es un subsistema electrnico cuya misin es la de convertir la tensin alterna, cuyo valor medio es nulo, en otra tensin unidireccional de valor medio no nulo. A la hora de llevar a cabo la rectificacin, se han de utilizar elementos electrnicos que permitan el paso de la corriente en un solo sentido, permaneciendo bloqueado cuando se le aplique una tensin de polaridad inapropiada. Para ello, el componente ms adecuado y utilizado es el diodo semiconductor. Este dispositivo es el fundamento de los rectificadores no controlados.

7.2 Rectificador monofsico de media onda7.2.1 CARGA RESISTIVAEste circuito slo rectifica la mitad de la tensin de entrada; o sea, cuando el nodo es positivo con respecto al ctodo. Podemos considerarlo como un circuito en el que la unidad rectificadora est en serie con la tensin de entrada y la carga.

Fig 7.1 Circuito rectificador monofsico de media onda con carga resistiva

El funcionamiento consiste en tomar de la red una seal sinusoidal de valor medio nulo, y proporcionar a la carga, gracias al diodo, una forma de onda unidireccional, de valor medio no nulo como se aprecia en la figura 7.2.

Fig 7. 2 Forma de onda del circuito rectificador monofsico de media onda con carga resistiva.

VC = Vmax Sent VC = 0

0 t

t 2

Universidad de Jan; J. D. Aguilar; M. Olid

1

TEMA 7: CONVERTIDORES AC/DC: RECTIFICACIN

Tensin media en la carga: Este valor nos determina la componente de c.c. de la tensin en la carga. Lo obtenemos calculando el promedio del voltaje de salida del rectificador:

Vdc =

1 T

T 2 0

VS (t ) dt =

1 2

0

Vmax Sent dt =

Vmax

= 0,318 VmaxE 7. 1

as que tendremos una componente continua del orden del 30% del valor de pico.

Tensin eficaz en la carga:Vrms = 1 2

0 (Vmax Sentdt ) dt

2

=

Vmax 2

E 7. 2

Regulacin: Mediante el parmetro regulacin se mide la variacin de la tensin continua de salida (Vdc) en funcin de la corriente continua que circula por la carga. Dicha variacin de la tensin de salida es debida a una pequea resistencia que presenta el devanado secundario (RS), y a la resistencia interna del diodo cuando est conduciendo (Rd).Por eso, lo ms conveniente para nuestro rectificador es que el porcentaje de regulacin sea lo menor posible:

r (% ) =

Vdc (envaco ) Vdc (aplenacarga ) Vdc (aplenacarga )

100%E 7. 3

Siendo el valor de tensin media en la carga:

V Vdc (enplenacarga ) = max (I dc (en plena carga ) (R S + R D )) Factor de forma:

FF =

Vrms 0,5 Vmax = = 1,57 Vdc 0,318 Vmax

E 7. 4

Factor de rizado: Es una buena forma de medir el alisamiento en la salida de c.c.:

FR (% ) =Sabiendo que:

Vac,rms(salida ) Vdc

100%E 7. 5

(Vrms )2 = (Vac,rms(salida ) )2 + (Vdc )2Valor medio de la corriente en la carga:

I dc =Valor eficaz de la corriente en la carga:

I max

E 7. 6

I rms =

I max 2

E 7. 7

Universidad de Jan; J. D. Aguilar; M. Olid

2

TEMA 7: CONVERTIDORES AC/DC: RECTIFICACIN

Sabiendo que:

I max =

Vmax RL

E 7. 8

Los valores de Idc e Imax debern tenerse en cuenta a la hora de elegir un diodo semiconductor para el rectificador, siendo estos valores de intensidad los que circularn por el devanado secundario del transformador. Potencia media en la carga:

Pdc =Potencia eficaz en la carga:

(Vdc )2R

=

(0,318 Vmax )2RE 7. 9

Pac =Rendimiento:

(Vrms )2R

=

(0,5 Vmax )2RE 7.10

(0,318 Vmax ) 0,101 P = dc = R 2 = = = 0,404 (40,4%) Pac (Vrms ) 0,25 (0,5 Vmax )2 R2

(Vdc )2

E 7.11

PROBLEMA 7.1Dado un rectificador monofsico de media onda con carga resistiva, cuyo esquema es el mostrado en la figura 7.1, calcular lo siguiente: a) b) c) d) e) f) g) Tensin de pico en la carga. Corriente de pico en la carga. Tensin media en la carga. Corriente media en la carga. Corriente eficaz en la carga. Potencia eficaz en la carga. Factor de potencia.

DATOS: R = 20 ; VS = 240V; f = 50Hz Obtener mediante Pspice las formas de onda de: Vc (tensin de carga), Vdc, ic, Idc, Irms, Pac

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3

TEMA 7: CONVERTIDORES AC/DC: RECTIFICACIN

Solucin: a) La tensin de pico en la carga corresponder con la tensin mxima suministrada por el secundario

Vp (carga ) = Vmax = 2 VS = 1.414 240 V = 339.4 Vb) La corriente de pico en la carga se correspondera con la intensidad mxima y se podra obtener de la tensin mxima:

I P (carga ) = I max =c)

Vmax 339,4 = = 16,97 V R 20

Usando la ecuacin 7.1 obtenemos la tensin media en la carga:

Vdc = (0,318) Vmax = 108 Vd) La corriente media en la carga la calcularemos usando la ecuacin del apartado anterior, pero sustituyendo Vmax por Imax:

I dc = 5,4 Ae) La corriente eficaz en la carga se calcula usando la ecuacin 7.2 y sustituyendo en ella la Vmax por la Imax:

I rms =f) La potencia alterna en la carga ser:

I max = 8,48 A 2

Pac = (I rms ) R = 1440 W2

g) El factor de potencia:

FP =Simulacin con Pspice:

P 1440 W = = 0.7 S 240 V 8.48 A

Problema7_1: RECTIFICADOR MONOFASICO DE M.O. CON CARGA RESISTIVA VS 1 0 SIN (0 339.4V 50HZ) R 2 3 20HM VX 3 0 DC 0V D1 1 2 DMOD .MODEL DMOD D (IS=2.22E-15 BV=1200V IBV=13E-3 CJO=2PF TT=1US) .TRAN 10US 30MS 10US .PROBE .OPTIONS ABSTOL=1.0N RELTOL=0.01 VNTOL=1.0M ITL5=40000 .END

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4

TEMA 7: CONVERTIDORES AC/DC: RECTIFICACIN

PROBLEMA 7.2Dado un rectificador monofsico de media onda con carga puramente resistiva, como se muestra en la figura 7.1, calcular lo siguiente: a) b) c) d) e) f) La eficiencia de la rectificacin. El factor de forma. El factor de rizado. El factor de utilizacin del transformador. La tensin inversa de pico en el diodo. El factor de cresta de la corriente de alimentacin.

Solucin: a) Partiendo de la ecuacin [E7.11], tenemos:

=

(0,318 Vmax )2 (0,5 Vmax )2

= 0,405 (40,5% )

b) De la ecuacin [E7.4], calculamos el factor de forma:

FF =c)

0,5 Vmax = 1,57 (157% ) 0,318 Vmax

A partir de la ecuacin [E7.5], obtenemos:

FR = 1,21 (121% )d) Primero necesitaremos saber el valor de la tensin eficaz y el valor efic