Previo Lab2 Anal

5/13/2018 Previo Lab2 Anal - slidepdf.com

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA ELÉCTRICA Y

EXPERIENCIA Nº02

RECTIFICADORES Y FILTROS

I. OBJETIVO

Estudiar los diferentes modelos de circuitos rectificadoresmonofásicos y sus tipos de filtros.

II. INFORME PREVIO

1. Describa en forma breve, las características de cada

circuito a utilizar, e indique las formas de ondas.

Los circuitos rectificadores y filtros a utilizar en esta experienciason los siguientes:

Rectificador De Media Onda

Cualquier dispositivo eléctrico que presente una resistenciapequeña a la corriente en un sentido y una resistencia grande enel opuesto , se denomina rectificador. Este dispositivo es capaz deconvertir una onda de entrada senoidal, cuyo valor medio es cero,

en una forma de onda unidireccional (aunque no constante), osea con valores en un solo semieje de ordenadas , con un valormedio distinto de cero.

El rectificador más simple de realizar es el de media onda, el cualpuede observarse en la siguiente figura:

Analizaremos que es lo que sucede en cada uno de los intervalosdel 1 al 4.

En el primer intervalo (1), la tensión Vs está en el semiciclopositivo, de esta forma podemos suponer que es positiva en A ynegativa en B, recibiendo el diodo polarización directa (+ ánodo y

- cátodo), permitiendo que la corriente circule a través de él. Simedimos la tensión en la resistencia, ésta será prácticamente

LABORATORIO DE CIRCUITOS ANALOGICOS Página 1




igual a la tensión alterna de entrada Vs obteniéndose el semiciclopositivo indicado con 1 en Vcc.

En el intervalo 2 la polaridad de la tensión Vs se ha invertido, deesta forma es negativa en A y positiva en B, polarizando al diodoen sentido inverso con lo cual el mismo no conducirá y provocará

una tensión prácticamente nula en bornes de la resistencia,obteníendose así el semiciclo nulo indicado con 2 en Vcc.

Prosiguiendo con el mismo análisis en los intervalos 3 y 4 seobtiene el diagrama completo para Vcc.

De esta forma hemos obtenido la tensión Vcc, que es Vsrectificada cada media onda, dejando pasar solamente elsemiciclo positivo de ésta.

Esta forma de rectificado no es la mas conveniente dado que seestá desperdiciando un semiciclo de la señal de alterna y si se

desea un posterior rectificado para obtener una contínua puraserá muy difícil de lograrlo dada la gran asimetría de esta.

v

v

v

L

d

i o

+

-

+ -

E n t r a d a

c . a .

+

-

R

Circuito Rectificador de Media Onda

La señal de entrada, así como la señal de salida vo y vd son comose muestran a continuación:





Rectificador de Onda Completa

En este circuito se han utilizado dos diodos rectificadoresconectados con un transformador con toma intermedia, la cual esconectada a masa.

La forma en que este rectificador trabaja es muy similar a laanterior, y las tensiones en las distintas partes del mismo son lasque se muestran en la figura:

Como se ve, al diodo D1 se le aplica la tensión V12 y de la formaya vista en el rectificador anterior nos dá una tensión de salida Vscomo se ve en la gráfica de Vs1.

Al diodo D2 se le aplica la tensión V32 y entonces tenemos a lasalida la tensión graficada Vs2.

La tensión de salida Vs es la suma de ambas y se ve en la gráficade Vs.

Pero éste sigue siendo un método poco utilizado ya que se debedisponer de un transformador con toma intermedia





La figura siguiente muestra el diseño de un rectificador que noutiliza un transformador con toma intermedia, por lo cual es el demayor utilización.

A este tipo de rectificadores se lo denomina rectificador tipopuente.

Rectificadores con Filtros

Este tipo de filtro se efectúa colocando un condensador enparalelo con la carga. El funcionamiento de este sistema se basaen que el condensador almacena energía durante el periodo deconducción y entrega esta energía a la carga durante el periodoinverso, o de no-conducción. De esta forma se prolonga el tiempodurante el cual circula la corriente por la carga y se disminuyenotablemente el rizado.

Factor de Rizado

Aunque la misión de un rectificador es convertir la corrientealterna en continua, con el circuito sencillo que hemosconsiderado no se consigue esto. Ni, de hecho, con ninguno de loscircuitos rectificadores más complicados se obtiene una salidarealmente constante. Por esta razón se emplean habitualmentefiltros para disminuir estas componentes de c.a. El factor derizado r da una medida de las componentes alternas y se definecomo

ondalademedioValor

ondaslasdealternasscomponentelasdeeficazValor ≡r

que se puede escribir como:





cc

ef

cc

ef

V

V

I

I r

''==

donde I’ef y V’ef, expresan la corriente y voltaje eficaz de lascomponentes alternas.

Tensión inversa de pico

Es el voltaje máximo que se le es aplicado al diodo cuando esta enpolarización inversa (circuito abierto).

Componentes Armónicos en los Circuitos Rectificadores

Mediante el análisis de Fourier se obtiene el desarrollo en Seriesde Fourier de las señales de salida:

+−+= ∑

≠2,4,6,..k

m0

1)-1)(k (k

ωcos2ωsin

2

11V

t t v

π π

Para la Media Onda

y

+−= ∑

≠0k par,k

m01)-1)(k (k

ωcos42V

t k v

π π

Para la Onda Completa

Para el rectificador media onda, el filtro será

Para el rectificador de Onda Completa, el filtro será:





+

-

i

+

-

v

iC

E n t r a d a

c . a .v

+

-

o

R

v

L

La forma de onda obtenida para este filtro será:

De este filtro, se obtiene:

2/r mcc V V V −= L fCRr

34

1=

L

mcc

fCR

V V

4

11+

=

Filtro Inductivo(L)

El funcionamiento del filtro por inductancia se basa en lapropiedad fundamental de este componente de oponerse acualquier variación de la corriente. De forma que cualquiervariación brusca que pudiera aparecer en un circuito sininductancia se suavizará por el hecho de colocar este elemento enel circuito.

En este filtro se coloca una Inductancia en serie con la carga.

+

-

v

i L

v

o

E n t r a d a

c . a .

+

-

R





Para el rectificador de Media Onda:

Lo que se consigue en este tipo de filtro con rectificador de mediaonda, es que se estabilice la señal pero alrededor del valor mediode la señal de entrada, o sea que si la entrada es sinusoidal, elfiltro volverá la señal cercana a cero.

Por eso, este filtro en rectificación de media onda no es muyusado

Para el rectificador de Onda Completa:

+

-

i L

+

-

v

i

E n t r a d a

c . a .v

+

-

o

R

v

L

La señal obtenida con este filtro será:

De este filtro se obtienen:

pérdidasccm

cc R I V

V −=π

2

L

Rr L

ω 23=

Filtro de Sección en L(LC)

En este filtro se utiliza los dos filtros anteriores. Este filtro conjugael menor rizado conforme aumenta la carga de la inductancia enserie con el mayor rizado del condensador en paralelo. Lainductancia presenta una impedancia serie grande a losarmónicos, y el condensador una impedancia en paralelo pequeña.





La corriente resultante por la carga se suaviza mucho máseficazmente que con el filtro L o C simplemente.

El circuito es el siguiente:

+

-

i L

+

-

v

i

E n t r a d a

c . a .v

+

-

C o

R

v

L

De este filtro se obtiene:

pérdidasccm

cc R I V

V −=π

2

L

C

X

X r

3

2=

Filtro de Sección en L múltiple (LC Múltiple)

Este caso similar que el anterior:

n

X X r

L

C

= 3

2 pérdidascc

mcc R I V V −=

π

2

n = Número de etapas L-C

Filtro de Sección en Π (CLC)

Para obtener una salida con un rizado muy pequeño se utiliza unfiltro que consta de dos filtros capacitivos separados por un filtroinductivo. Tales filtros se caracterizan porque las corrientes quecirculan por el diodo tienen picos muy altos y por su malaregulación, como los filtros de entrada por el condensador. Se

utilizan si, para un transformador dado, se necesita una tensiónmayor que la puede obtenerse con un filtro en L y si desea unfactor de rizado inferior al de un filtro por el condensador o desección en L.

+

-

i L

+

-

v

i

C 1

E n t r a d a

c . a .v

+

-

C 2 o

R

v

L

De este filtro se obtiene:





L

m

cc

fCR

V V

4

11+

=

L

C

L

C

R

X

X

X r 212 ⋅=

2. Haga unos cuadros comparativos entre los diferentes tipos

de filtros, donde figure Vodc, r, Vr, etc.

En la presente tabla se hace una comparación entre un filtro L ,uno C , uno de seccion en L , uno de seccion en pi , y uno sinnada.

Tipo Sinfiltro

Tipo L

Tipo C Sección en L

Secciónen PI

Vcc (sincarga)

63.6%Vm

63.6%Vm

100%Vm

100%Vm

100%Vm

Vcc

(carga)

63.

6%Vm

63.

6%Vm

Vm-

4170Icc/C

63.6%

Vm

Vm-

4170Icc/C





Factorderizado

0.48

RL/16000L

2410/CRL

0.83/LC

3300/CC1L RL

Tensióninversade pico

2Vm

2Vm

2Vm 2Vm 2Vm

3. Defina las principales características, para dimensionar los

diseños de rectificadores, explique.

Para el diseño de un circuito rectificador debemos de tener enconsideración factores como el costo de los implementos , el

número de ellos , su tamaño , peso , eficiencia etc.Otra alternativa seria el diseño por medio de las curvas de Shade .Las cuales proporcionan los valores de los respectivos parámetrosde los dispositivos que usaría el rectificador

En la siguiente tabla se resume el rendimiento de los cinco tiposde rectificadores y/o asociados mas comunes y usados.

Tipo Media

onda

Ondacompleta

Puente

Dobladorde mediaonda

Dobladorde ondacom.

Vo 15.5 19.5 19.5 37.5 41.5

Ondulación

13 5 5 13 5

Regulación delinea

2 2 2 4 4

Regulación decarga

7.5 3.5 3.5 8.5 4.5





Caracteristica

-Simple

-Pococostosa

-

Ondulaciónsuperior

-Eficiente

-Mascostoso

-Ondulaciónbaja

-Eficiente

-Costodediodosadicionales

-Ondulaciónbaja

-Voltaje masalto

-Costo depiezasextras

-Diodos mascostosos

-Voltaje masalto.

-Costo depiezasextras.

-Diodos mascostosos.

-Ondulaciónbaja.

4. Diseñe completamente u circuito rectificador onda

completa y/o media onda, con un condensador de filtro.

El diseño corresponderá a una fuente con 3% de rizado ,transformador 220V-120V. Se utilizará un filtro tipo puente. Lasalida es de 120V. y la resistencia de carga de 20 Ohmios

De los datos obtenemos que la corriente máxima será de 120/20=6 Amp.

Haciendo uso de las tablas de Shade , considerando que la

resistencia interna del circuito (transformador , cables , junturas)es el 10% de la resistencia de carga , y con el dato de 3% derizado obtenemos:

WRLC=20 , puesto que trabajamos con 60 Hz. ,tendremos:

C=2652.5 uf para fines prácticos lo consideramos como ;

Un condensador de 2700 uf / 180 WVDC

Como trabajamos con un rectificador tipo puente , nuestros diodos

serán los sgtes.:

4 diodos de 3 amp./180V

Para fines prácticos:

Isec = 1.414* I = 1.414 *6 = 8.5 amp.

De la tabla obtenemos que la relación entre voltaje en DC yvoltaje máximo estará dado por:

EDC/E Tmax =70 % , de donde E Tmax = 120*1.4142 = 171.4

entoncesE= 0.7* 171.4 = 120 V.





Tendremos entonces que la potencia en el secundario será de :

Pot=8.5*120 = 1020 W

Adicionalmente se puede calcular también el tipo de cable autilizarse , como también su peso , y el tamaño del nucleo del

transformador.

5. Simule en computadora la experiencia.

Circuito 1.

V s

F R E Q = 6 0

V A M P L = 1 2

V O F F = 0

0

D 1

D 1 N 4 0 0 4

R 11 k

Gráfica de Vs

Time

0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40ms 45ms 50ms

V(D1:1)

-20V

-10V

0V

10V

20V

Gráfica de Vo





Colocando el condensador en paralelo a RL

Con el condensador de 100

V s

F R E Q = 6 0

V A M P L = 1 2

V O F F = 0

0

D 1

D 1 N 4 0 0 4

R 1

1 kC 1

1 0 0 uV

Con el


Time


V(R1:2)

0V

4V

8V

12V

Time


V(D1:2)

-4V

0V

4V

8V

12V




condensador de 2200

V s

F R E Q = 6 0

V A M P L = 1 2

V O F F = 0

0

D 1

D 1 N 4 0 0 4

R 1

1 kC 1

2 2 0 0 uV


Time


V(R1:2)

0V

4V

8V

12V

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