RECTIFICACIÓN TRIFASICA NO CONTROLADA 1

Rectificación Trifásica No ControladaTelmo Guaman, Luis Pulla, Mateo Quizhpi

Abstract—En la mayoría de aplicaciones de la electrónica depotencia, que principalmente se encuentra en voltaje alterno a60Hz se utilizan los rectificadores para producir una onda deseñal continua, muchas de estas ondas cambian según la cargaque vamos a conectar. En el siguiente paper daremos a conoceralgunos resultados de lo que sucede con voltajes, corrientes endiferentes cargas R, C y L.

Index Terms—diodo de potencia, transformador, rectificaciónbeauty, elegance

I. INTRODUCTION

LOS rectificadores no controlados tendrán una solo funciónpara el cual fue designado, el circuito rectificador tan

solo funcionará de la forma correcta si todas la condicionesde diseño con las que se ha realizado el cálculo se cumplen,es decir tanto sus tensiónes de entrada y carga deben serespecíficas.

Los rectificadores no controlados están conformados escen-cialmente por diodos de potencia que pueden mantener unflujo de corriente en una sola dirección, el cual es el principiobásico para estos sistemas, que ahora podran manejar unamayor cantidad de potencia.

II. MARCO TEÓRICO.

A. RECTIFICADORES TRIFÁSICOS

Se utilizan en la industria para alimentar grandes cargasde CD a partir de fuentes AC ,son ideales para controlarmotores CD y tienen mejor rendimiento que los rectificadoresmonofásicos. La mayoría de valores antes estudiados pararectificacion monofásica son igualmente utilizados en sistematrifásicos, sin embargo los valores referentes a la red no seránlos mismos ya que ahora se empleara red trifásica.[3]

1) RECTIFICADOR TRIFÁSICO DE MEDIA ONDA:

Figura 1. Rectificador trifásico de media onda con carga R[2]

Telmo Guaman, estudiante de Ingeniería Eléctrica, Universidad PoliténicaSalesiana, Cuenca, Ecuador, e-mail: tguaman@est.ups.edu.ec

Luis Pulla, estudiante de Ingeniería Eléctrica, Universidad Politénica Sale-siana, Cuenca, Ecuador, e-mail: lpulla@est.ups.edu.ec

Mateo Quizhpi, estudiante de Ingeniería Eléctrica, Universidad PoliténicaSalesiana, Cuenca, Ecuador, e-mail: fquizhpic@est.ups.edu.ec

La operación de este circuito es bastante simple, cada unode los 3 voltajes de fase son conectados a la carga a través derectificadores separados, el otro terminal de la carga al neutrodel secundario del transformador conectado en estrella(Y). Secolocará el primario en triángulo para anular el tercer armónicode la tensión de la red.[1]

Los diodos tienen sus cátodos conectados a un punto común,para que en cualquier instante de tiempo el diodo con el mayorvoltaje aplicado conduzca, mientras los otros dos estaránpolarizados inversamente.[2]

Cuando la carga se conecta con los cátodos de los diodosy el centro de estrella, el rectificador suministra una tensiónpositiva, mientras que si se conecta a través de los ánodos,suministra tensión negativa.[1]

Figura 2. Formas de onda del rectificador trifasico de media onda [1]

En la Fig.2 podemos observar que el diodo “D1”, conectadoa la tensión de fase “vs1”, comienza a conducir a partir deltiempo “t1” hasta “t2” , periodo de tiempo en el cual su ánodoes mas positivo que el resto de los diodos. De la misma forma“D2” conduce entre los tiempos “t2” y “t3” y el diodo D3,conduce entre “t3” y “t4”, para luego repetirse el ciclo deconducción.

El ángulo de conducción de cada diodo esθ = 120grados[1]a) FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE LOS PARÁME-

TROS::• Tensión media en la carga:

Vdc =3πVmax · sen

(π3

)= 3√3

2π Vmax[2]

• Tensión eficaz en la carga:

Vrms =

√1

2π

3

∫ π3

−π3(Vmax · Cos(ωt))2 dωt

Vrms = 0, 84068Vmax[2]

• Corriente media en la carga:

Idc =3π Imax · sen

(π3

)Idc =

3√3

2π Imax

RECTIFICACIÓN TRIFASICA NO CONTROLADA 2

• Corriente eficaz en la carga:

Irms =

√1

2π

3

∫ π3

−π3(Vmax · Cos(ωt))2 dωt

Irms = 0, 84068Imax[2]

• Corriente media en los diodos:

ID(dc) =Idc3 [2]

• Corriente eficaz en los diodos:

ID(rms) = Imax

√12π

(π3 + 1

2 · Sen(2π3

))[2]

• Voltaje de pico inverso:

PIV =√3Vmax[2]

2) PUENTE RECTIFICADOR TRIFÁSICO DE ONDA COM-PLETA:

Figura 3. Puente Rectificador de onda completa para carga R[2]

Este tipo de circuitos se puede estudiar dividiéndolo en dospartes:• Rectificador tipo P: Será la parte de circuito compuesta

por los diodos D1, D2, D3, y que tiene un comporta-miento igual a un rectificador trifásico de media onda.En cualquier instante permitirá conectar a la carga el másalto de los voltajes trifásicos.

• Rectificador tipo N: Está compuesto por los diodos D4,D5, D6, y en cualquier instante permitirá conectar a lacarga con el más bajo de los tres voltajes de alimentación.[2]

Con la unión de ambas partes conseguimos que durante todoel tiempo se conecte el más alto de los tres voltajes a uno delos terminales de la carga y al otro terminal de la carga seconecte el más bajo de dichos voltajes. [2]

Figura 4. Formas de Onda completa del puente rectificador trifasico [2]

En la Fig 4 podemos observar como la parte superior de laforma de onda es la del grupo tipo P, y la inferior la del tipoN. Por lo tanto el voltaje en la carga puede considerarse comola suma de los voltajes de dos rectificadores de media ondatrifásicos, con relación al neutro N.[2]

a) FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO DE LOS PARÁME-TROS::• Tensión media en la carga:

Vdc =3πVL(max)[2]

• Tensión eficaz en la carga:

Vrms =

√2

2π

6

∫ π6

03 (Vmax · Cos(ωt))2 dωt

Vrms =

(√32 + 9

√3

4π

)= 1, 6554Vmax[2]

• Corriente media en los diodos:

ID(dc) =2π Imax · sen

(π6

)ID(dc) = 0, 3183Imax[2]

• Corriente eficaz en los diodos:

ID(rms) = Imax

√1π

(π6 + 1

2 · Sen(2π6

))ID(rms) = 0, 5518Imax[2]

• Corriente eficaz en el secundario:

Is(rms) = Imax

√2π

(π6 + 1

2 · Sen(2π6

))Is(rms) = 0, 7804Imax[2]

• Voltaje de pico inverso:

PIV = Vmax[2]

III. DESARROLLO

A. Fórmulas a emplear para el cálculo de algunos parámetros

b) Tensión alterna:

Vac =√V 2rms − V 2

dc

c) Corriente alterna:

Iac =√I2rms − I2dc

d) Tasa de Distorsión Armónica de Voltaje::

THDV =

√V 2ca−V 2

1

V1· 100%

e) Tasa de Distorsión Armónica de Corriente::

THDI =

√I2ca−I2

1

I1· 100%

f) Factor de potencia:

FP = PutilSred

donde: Putil =√3 · VL(dc) · IL(dc)cosφ

S =√3 · VL(rms) · IL(rms)

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g) Factor de Utilización del Transformador:

TUF = PoutStransf

donde: Pout = VL(dc) · IL(dc) y

S =√3 · VL(rms) · IL(rms)

B. Resultados circuito Rectificador Trifásico de Media Onda

• Resultados de Ingreso.Voltaje:

Carga Vrms(V) Vca(V) Vcd(V)R 122,7 122,135 11,76

RL 123,2 122,618 11,96RC 124 123,41 12,08

Corriente:

Carga Irms(mA) Ica(mA) Icd(mA)R 935 688,32 632,8

RL 886,1 637,44 615,5RC 166,2 28,14 163,8

THD:

Carga THDV THDI

R 70,577 % 52,71 %RL 70,584 % 52,69 %RC 70,739 % 70,5 %

• Resultados de Salida.Voltaje:

Carga Vrms(V) Vca(V) Vcd(V)R 157,1 27,92 154,6

RL 156,7 28,43 154,1RC 191,1 0 191,1

Corriente:

Carga Irms(mA) Ica(mA) Icd(mA)R 1621 277,91 1597

RL 1528 0 1528RC 168,6 26,53 166,5

Valores de TUF:

Carga TUFin TUFout FPR 0,037 0,559 0,97

RL 0,0379 0,567 0,38RC 0,055 0,57 0,15

• Resultados en el Diodo.

Carga PIV(V) Irms(mA) Icd(mA)R -273,6 940,7 642,7

RL -275,4 887,7 617RC -347,4 167,6 164,5

Gráfica de comprobación:

Figura 5. Voltaje y Corriente de ingreso con carga R de un Rectificador demedia Onda

Figura 6. Voltaje y Corriente de ingreso con carga RL de un Rectificador demedia Onda

Figura 7. Voltaje y Corriente de salida con carga R de un Rectificador demedia Onda

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Figura 8. Voltaje y Corriente de salida con carga RL de un Rectificador demedia Onda

C. Resultados circuito Puente Rectificador de Onda completa

• Resultados de Ingreso.

Voltaje:

Carga Vrms(V) Vca(V) Vcd(V)R 107,1 107,09 0,6278

RL 107 106,99 0,6006RC 107,8 107,79 0,5566

Corriente:

Carga Irms(mA) Ica(mA) Icd(mA)R 1136 1135,92 13,18

RL 1087 1086,97 8,084RC 18,77 18,38 3,824

THD:

Carga THDV THDI

R 70,541 % 66,99 %RL 70,60 % 67,32 %RC 70,59 % 67,94 %

• Resultados de Salida.

Voltaje:

Carga Vrms(V) Vca(V) Vcd(V)R 144 0 144

RL 143,9 5,36 143,8RC 149,9 0 149,9

Corriente:

Carga Irms(mA) Ica(mA) Icd(mA)R 1663 0 1633

RL 1579 0 1579RC 221,3 23,95 220

Valores de TUF:

Carga TUFin TUFout FPR 3,9E-5 0,577 1

RL 2,4E-5 0,576 0,313RC 60,7E-5, 0,573 0,16

• Resultados en el Diodo.

Diodo 5:

Carga PIV(V) Irms(mA) Icd(mA)R -147,2 951,9 684,2

RL -148 918,4 664,8RC -148,8 223,1 219,1

Gráfica de comprobación:

Figura 9. Voltaje y Corriente ingreso con carga R de un Rectificador de OndaCompleta

Figura 10. Voltaje y Corriente ingreso con carga RL de un Rectificador deOnda Completa

RECTIFICACIÓN TRIFASICA NO CONTROLADA 5

Figura 11. Voltaje y Corriente salida con carga RC de un Rectificador deOnda Completa

Figura 12. Voltaje y Corriente salida con carga RL de un Rectificador deOnda Completa

IV. CONCLUSIONS

Los circuitos de rectificaciones polifásicas son tal vez unade las configuraciones más utilizadas para aplicaciones indus-triales gracias a su alta eficiencia y por ende, a su capacidad demanejar grandes cantidades de potencia, por lo que tambiéningresan mayores valores de corriente y tensión, así que sedebe muy en cuenta todos estos parámetros para el correctofuncionamiento del mismo.

Tal vez uno de los errores que se suele cometer cuandose está iniciando en el diseño de rectificadores trifásicos esla confusión entre los valores máximos de tensión entre unrectificador de media onda y uno en puente, en donde se debetener muy en cuenta estos parámetros para obtener el valormedio de tensión correcto.

Y como se mencionó anteriormente los cálculos son algoelemental para poder cumplir las exigencias de la aplicaciónque estemos diseñando, lo estudiado en laboratorio es algocomplementario para la gran parte de conocimiento teóricosobre el tema, resultaría algo interesante el poder diseñaruna fuente DC de considerable potencia, para así poder estarun poco más ligado al ambiente en el cual funcionan estosdispositivos electrónicos. También tendríamos que darnos la

tarea de comparar las ventajas y desventajas existentes entreestos esquemas, ya que se podría escoger cada uno de ellospara una aplicación especifica ya que como se comento, estetipo de rectificadores tiene un alto rendimiento.

V. BIBLIOGRAFÍA

[1]DomingoC. “Circuitos Rectificadores no Controlados”, UTNREG. SANTA FE-Electrónica II-Ingeniería Eléctrica.

[2]JoséE. Trelles, “Rectificadores Trifásicos”.[3]JuanG. Jimenez,”Rectificadores Trifasicos-Media onad y

Completa”.

Telmo Saúl Guaman Espinoza Nació en Azogues-Ecuador en 1993. Bachiller Técnico Industrial enInstalaciones, Equipos y Máquinas Eléctricas por elInstituto Técnico Superior Luis Rogerio González,en el año 2011. Actualmente, cursando el tercer añode Ingeniería Eléctrica en la Universidad PolitécnicaSalesiana.

Luis Geovanny Pulla Sanchez Nació en Cuenca-Ecuador en 1993. Bachiller Técnico Industrial enInstalaciones, Equipos y Máquinas Eléctricas por laUnidad Educativa Técnico Salesiano en el año 2011.

Actualmente, cursando el tercer año de Ingeniería Eléctrica en la UniversidadPolitécnica Salesiana.

Flavio Mateo Quizhpi Cuesta Nació en Cuenca-Ecuador en 1993. BachillerTécnico Industrial en Instalaciones, Equipos y Máquinas Eléctricas por laUnidad Educativa Técnico Salesiano en el año 2011. Actualmente, cursandoel tercer año de Ingeniería Eléctrica en la Universidad Politécnica Salesiana.

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