Rectificadores Controlados

Ing. Edgard Oporto

ELECTRONICA INDUSTRIAL

Módulo: 2 Unidad: 1 Semana: 4

RECTIFICADORES CONTROLADOS

ORIENTACIONES

- Estudiar el material de ayuda antes de la sesión respectiva.

- Escuchar atentamente la tutoría

- Para intervenir y hacer preguntas levantar la mano

- Ingresar con sus apellidos y nombres, no con seudónimo

- Desarrollar los ejercicios propuestos

CONTENIDOS TEMÁTICOS

Principios de operación del convertidor controlado por fase

Semiconvertidores monofásicos

Convertidores monofásicos completos

Convertidores monofásicos duales y en serie

Convertidores trifásicos de media onda

Semiconvertidores trifásicos

Convertidores trifásicos completos y duales

Mejoras del factor de potencia


Convierten AC en DC, por eso se les llama también:

CONVERTIDORES CA-CD

a) Los rectificadores típicos son a base de diodos.

b) Estos no permiten controlar la rectificación.

c) Por tanto, el voltaje de salida es fijo.

d) El control de la rectificación se realiza usando SCRs en lugar de

diodos.

e) Por tanto, permiten un voltaje de salida variable.

f) El control se realiza por ángulo de conducción del SCR.

RECTIFICADORES CONTROLADOS POR FASE


RECTIFICADORES CONTROLADOS POR FASE

Clasificación

- Convertidores monofásicos

* Semiconvertidor

* Convertidor completo

* Convertidor dual

- Convertidores trifásicos

* Semiconvertidor

* Convertidor completo

* Convertidor dual

Variando el ángulo de disparo (control

de fase) se logra una salida variable.

Este control es sencillo con eficiencia

superior al 95%.

Estos rectificadores se emplean en

muchas aplicaciones industriales,

especialmente propulsores de

velocidad variable con potencias hasta

megavatios.

PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL

CONVERTIDOR CONTROLADO POR FASE

CONVERTIDOR DE UN CUADRANTE

Voltaje y corriente de salida tienen la

misma polaridad.



Este rectificador no se emplea

industrialmente debido a que su

salida tiene un alto contenido

ondulatorio de baja frecuencia

(incluyendo la frecuencia de la red).

Voltaje DC:

SEMICONVERTIDORES MONOFASICOS

Se muestra el circuito con una carga

altamente inductiva.

Semiciclo positivo: Conduce T1 y D2

Semiciclo negativo: Conduce T2 y D1

Conducen a partir del disparo.

OPERACIÓN EN UN CUADRANTE

Voltaje y corriente de salida

tienen la misma polaridad.

ANALISIS DE DESFASE EN CIRCUITO RL

Se muestra circuito RL con entrada AC.

A Voltaje de entrada AC

B Voltaje en la bobina

C-D Voltaje en el resistor


Se muestra circuito rectificador con carga

RL y entrada AC


Comparación SIN DIODO – CON DIODO

SIN DIODO CON DIODO


Circuito RL con entrada AC

Semiciclo positivo

El voltaje por R y la corriente por el circuito son

proporcionales.

Mientras exista corriente en directa, el diodo conduce.

Esto se da incluso más allá del semiciclo positivo.

Cuando la corriente llega a cero, el diodo recién se abre.

Esto ocurre más allá del semiciclo positivo.

V bobina

V entrada



t1

vs = vR + vL

t2

vs = vR (vL = 0)

t2 a t6

vR positivo, decrece a 0 en t6

vL negativo, decrece

t4

vs = 0 (vR = vL)

t2 a t6

Tensión en bobina es inversa.

Devuelve energía al trafo.

t6

Corriente en la carga es nula.

Diodo se abre. vR y vL nulos.



Se observa que el voltaje en la carga R+L en cierto

momento es negativa.

Para evitar ese voltaje negativo y aprovechar la energía

magnética de la bobina y volcarla sobre RL, se coloca un

diodo Dm.

Dm Diodo de marcha libre o diodo volante

V bobina

V carga R

Resistor+bobina


Circuito RL con entrada AC y diodo volante

V bobina

V carga

Resistor+bobina

Diodo volante con RL e interruptor

https://www.youtube.com/watch?v=2_TKO_r-MCo


Circuito RL con entrada AC y diodo volante

0 a t2

Voltaje positivo en la bobina

t2

Voltaje nulo en la bobina

t3

Voltaje de entrada nulo.

Voltajes en R y L iguales.

t2 a t4

Voltaje negativo en la bobina

t3

Diodo rectificador se bloquea.

Diodo volante conduce por la energía de la bobina.

Corriente io sigue circulando por Dm.

Voltaje de salida vo = -0.7V


Circuito RL con entrada AC, diodo volante

y FEM DC

La fuente DC representa la FEM generada por

los bobinados de los motores.

220V pico

60 Hz


Circuito RL con entrada AC, diodo volante

y FEM DC

La fuente DC representa la FEM generada por

los bobinados de los motores.


Dm Diodo de marcha libre

SCRs ON Dm OFF

SCRs OFF Dm ON

Dm conduce para proporcionar la

continuidad de corriente de la carga

inductiva cuando los SCRs no conducen.


Voltaje DC

CONVERTIDORES MONOFASICOS

COMPLETOS

Se muestra el circuito típico

Circuito con carga inductiva.

Corriente de carga continua y

libre de ondulaciones.

Semiciclo +

T1 y T2 en directo

Semiciclo -

T3 y T4 en directo

OPERACIÓN EN DOS

CUADRANTES

CONVERTIDORES MONOFASICOS

COMPLETOS

CONVERTIDORES MONOFASICOS DUALES

Esta formado por dos convertidores monofásicos completos.

Así, permiten la operación en cuatro cuadrantes (convertidor dual).

Se emplean en propulsores de velocidad variable de alta potencia.

CONVERTIDORES MONOFASICOS DUALES

Uso en propulsores de velocidad variables de alta

potencia.

Los ángulos de retraso se controlan de tal forma que:

- Un convertidor funciona como rectificador

- El otro como inversor

- Ambos produzca el mismo voltaje promedio de salida.

CONVERTIDORES MONOFASICOS EN SERIE

Para aplicaciones de alto voltaje, se

pueden conectar dos o más

convertidores en serie para compartir el

voltaje y mejorar el factor de potencia.

Se muestra dos semiconvertidores

conectados en serie.

CONVERTIDORES MONOFASICOS EN SERIE

CONVERTIDORES TRIFASICOS DE MEDIA

ONDA

Suministran un voltaje de salida más alto.

Presenta componentes de frecuencia más altos comparados con los

convertidores monofásicos. El filtrado de los mismo es más sencillo.

Se emplean en propulsores de velocidad variable de alta potencia.

CONVERTIDORES TRIFASICOS DE MEDIA

ONDA

SEMICONVERTIDORES TRIFASICOS

Se emplean en aplicaciones industriales de hasta 120 KW, operación de un

cuadrante.

El factor de potencia del convertidor se reduce conforme aumenta el ángulo de

retraso.

SEMICONVERTIDORES TRIFASICOS

CONVERTIDORES TRIFASICOS COMPLETOS

CONVERTIDORES TRIFASICOS DUALES

MEJORAS DEL FACTOR DE POTENCIA

El factor de potencia de los convertidores controlados por fase depende del

ángulo de retraso y suele ser bajo para rangos bajos de voltaje de salida.

Las técnicas de conmutaciones forzadas mejora el factor de potencia. Son

cuatro:

MEJORAS DEL FACTOR DE POTENCIA

Se verá la técnica de control del ángulo de extinción

DISEÑO DE CIRCUITOS CONVERTIDORES

Se debe determinar las especificaciones de los tiristores y diodos.

Se debe precisar:

Corriente promedio

Corriente RMS

Corriente pico

Voltaje pico inverso

Se debe realizar diseños para el peor caso. Esto ocurre cuando el convertidor

entrega el voltaje de salida promedio máximo.

CIRCUITOS DE DISPARO

Se requiere:

a) Detección del cruce por cero del voltaje de entrada.

b) Desplazamiento apropiado de fase de las señales.

c) Formación del pulso para generar pulsos de corta duración.

d) Aislamiento del pulso a través de transformadores de pulsos o

acopladores ópticos.

CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE

INVESTIGACIÓN SUGERIDAS

a) Comparar las características de los distintos tipos de rectificadores y

convertidores estudiados. Explique ventajas y desventajas de cada uno.

b) Busque y documente aplicaciones industriales de las diversas vistas.

GRACIAS

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