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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA ELECTRNICA DE POTENCIA INFORME 4 1
Resumen En el presente documento se estudiara el desarrollo
y los resultados de la cuarta prctica de laboratorio, la cual
tiene como objetivo mostrar el funcionamiento de dos
topologas para rectificadores trifsicos no controlados, como
lo son la de media onda y la de onda completa tipo puente, esto
para evaluar su comportamiento y sus caractersticas de salida
tales como eficiencias y potencias; para ello se realizaran
mediciones tanto con multmetro como con osciloscopio y de
este modo visualizar los cambios respectivos.
Palabras clave: TUF, Puente de Diodos, Rectificador, Red trifsica
I. MARCO TERICO
A. Rectificador Trifsico de Media Onda
El rectificador trifsico en configuracin de media onda es el
ms utilizado en aplicaciones automovilsticas, debido a que
en dichos sistemas las tierras tanto del vehculo como del
mtodo de rectificacin deben ser las mismas.
El rectificador de media onda trifsico se compone de tres
diodos unidos por el ctodo a un punto en comn que a su vez
conecta la carga, la cual a su otro extremo tiene acoplado el
neutro del sistema, rectificando de este modo cada fase (las
cuales van al nodo de cada diodo). En la Figura 01 se ilustra
dicha configuracin de rectificador .
Figura 01 - Rectificador de media onda y su forma de onda
Para el anlisis del circuito se contemplarn dos puntos de
operacin. El primer punto de operacin es cuando la fase es
la ms positiva, la fase es menos positiva y la fase es muy
negativa, est punto de operacin se observa en la Figura 01.
Mientras que lo dicho anteriormente se ilustra en la Figura 02.
Figura 02 - Operacin del rectificador de media onda
Es posible observar que para todo momento en que la fase
sea ms positiva que cualquiera de las otras dos, el voltaje de
salida (en la carga) es el de la fase , durante este momento el
diodo de la fase est polarizado en directa y los diodos de
las otras dos fases se encontrarn en inversa. Es posible
realizar el mismo anlisis para el segundo punto de operacin,
en donde el diodo de la fase estar polarizado en directa y
los de las fases y en inversa, el voltaje de salida en la carga
por lo tanto se muestra en la Figura 03 .
Figura 03 - Tensin de salida rectificador trifsico media onda
Por lo tanto se observa que por cada ciclo la tensin de salida
tiene tres pulsaciones y se observa un rizo que no depende de
la carga; si se desea calcular el voltaje DC en la carga se
obtiene:
Al ser carga resistiva, la corriente DC es simplemente la
tensin DC sobre el valor de la resistencia:
Rectificadores no controlados: trifsicos Alfonso. D, Bustamante. G, Sierra. J.
{dalfonsoc, gbustamanteh, jcsierrar}@unal.edu.co
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Para el clculo de la tensin AC se aplica la frmula:
De igual forma que para la corriente DC, la corriente AC se
puede determinar como la relacin entre la tensin y la
resistencia:
Con estos valores ya es posible hallar datos sobre eficiencias:
Para determinar la eficiencia entrada-salida es necesario mirar
la corriente por fase, dado que cada fase entrega un solo pulso
por ciclo, la corriente de lnea tendra la forma de onda que se
muestra en la Figura 04.
Figura 04 - Forma de onda de la corriente
Por lo tanto la corriente de la fuente por fase se determina
como:
Y la eficiencia entrada salida estara dada por:
Si se quisiera calcular el valor pico-pico del rizo sera posible
hacerlo:
Finalmente el factor de potencia se puede calcular:
Pero como se trata de una carga resistiva se puede aproximar
a:
Sin embargo como se puede apreciar el factor de potencia es
demasiado bajo.
B. Rectificador Trifsico de Onda Completa: Tipo Puente
El rectificador trifsico tipo puente tambin conocido como
rectificador industrial es el ms usado en aplicaciones
industriales debido a su alta eficiencia y bajo rizo de voltaje de
salida, la gran desventaja de este rectificador es que no
comparte la tierra con la tensin de entrada, un esquema de
dicho convertidor se muestra en la Figura 05 .
Figura 05 - Rectificador trifsico de onda completa tipo puente
Del mismo modo que se realiz el anlisis para el rectificador
de media onda, se puede hacer uno para este, donde se llegar
a que la tensin de salida en la carga siempre ser la tensin
ms positiva, de la misma forma es posible determinar que la
parte positiva del rectificador siempre estar alimentada por el
voltaje de fase ms positivo, pero la parte negativa siempre
estar al potencial ms negativo de las tensiones de fase, por
lo tanto la salida es un rizado de 6 pulsaciones con tensin
fase-fase como se muestra en la Figura 06.
Figura 06 - Forma de onda de la tensin rectificador trifsico
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Los diodos activos se pueden identificar por la tensin ms
positiva presente, cuando a la salida se encuentra la tensin
el diodo de la parte de arriba que correspondiente a la fase
se encuentra activo y el diodo de la parte de abajo
correspondiente a la fase tambin se encuentra activo dado
que en ese momento la tensin de fase ms negativa es la fase
y la ms positiva la , por lo tanto se observa que la
corriente de lnea es una corriente con dos pulsaciones
positivas correspondientes a las otras dos fases absorbiendo
corriente y con dos pulsaciones negativas correspondientes a
las otras dos fases entregando corriente, como se muestra en la
Figura 07.
Figura 07 - Forma de onda de la corriente para el rectificador trifsico
de onda completa.
Esta corriente es particular, ya que tiene una componente de
frecuencia fundamental lo suficientemente alta y corrimiento
de fase cero.
Habiendo entendido el funcionamiento ya es posible
determinar una expresin para la tensin DC:
Al ser carga resistiva, la corriente DC es simplemente la
tensin DC sobre el valor de la resistencia:
Para el clculo de la tensin AC se aplica la frmula:
De igual forma que para la corriente DC, la corriente AC se
puede determinar as:
Con estos valores ya es posible hallar datos sobre eficiencias:
Como se puede observar la eficiencia de carga es bastante alta.
La corriente de la fuente por fase se determina como:
Y la eficiencia entrada salida estara dada por:
Siendo la eficiencia entrada salida tambin la del
transformador se observa que prcticamente no es necesario
un sobredimensionamiento.
Si se quisiera calcular el valor pico-pico del rizo sera posible
hacerlo:
Finalmente el factor de potencia se puede calcular:
Pero como se trata de una carga resistiva se puede aproximar
a:
Como se puede observar el factor de potencia es bastante
bueno.
II . CLCULOS TERICOS
A. Rectificador trifsico de media onda
Segn lo observado en el marco terico, se puede
determinar que cada diodo solo conduce durante un ngulo de
. Teniendo en cuenta esto, se calcularn el voltaje, la
corriente y la potencia promedio a partir de las siguientes
expresiones: