tema ii. - frrq.cvg.utn.edu.ar

77
1 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos Universidad de Oviedo Tema II. Convertidores alterna continua Lecciones 4 y 5 Rectificadores trifásicos 4.1 Introducción 4.2 Rectificadores no controlados de media y doble onda 4.3 Asociación de rectificadores no controlados en serie 4.4 Asociación de rectificadores en paralelo 4.4.1Circuitos de media onda 4.4.2 Convertidor trifásico de cuatro cuadrantes 5.1 Rectificadores controlados 5.1.1Circuitos de media onda 5.1.2Circuito de onda completa semicontrolado 5.1.3Circuito de onda completa totalmente controlado

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1

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Tema II. Convertidores alterna continua

Lecciones 4 y 5 Rectificadores trifásicos

4.1 Introducción4.2 Rectificadores no controlados de media y doble onda4.3 Asociación de rectificadores no controlados en serie4.4 Asociación de rectificadores en paralelo

4.4.1Circuitos de media onda4.4.2 Convertidor trifásico de cuatro cuadrantes

5.1 Rectificadores controlados5.1.1Circuitos de media onda5.1.2Circuito de onda completa semicontrolado5.1.3Circuito de onda completa totalmente controlado

Page 2: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

2

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

CACA

Red trifásica

Rectificación

Inversor no autónomo

Paneles SolaresBaterías

GeneradoresEólicos

Motores de CCHornos de Inducción

FundicionesProcesos Electrolíticos

CCCC

4.1 Introducción

Page 3: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

3

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Ventajas del rectificador trifásico respecto al monofásico

Mayor potencia de salida

Mayor tensión de salida

Menor rizado de la tensión de salida

Menores exigencias para el filtro de la tensión de salida

Aplicaciones como corrector del factor de potencia

4.1 Introducción

Page 4: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

4

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Sistema trifásico de tensiones

UO

π3

2π3

tsenUtUR ωmax)( =

UR

UR

o

UT

120

)120()( maxo

T tsenUtU += ω

UT

US

)120()( maxo

S tsenUtU −= ω

US

-120o

Umax

Umax

2

4.1 Introducción

Tensiones de fase

Page 5: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

5

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Umax

Umax

2

π3

2π3

UO

o

S

T

30

UR US UT U

U

UR

o

-

120

90o

UTR)150(3)( maxo

TR tsenUtU += ωUST

)90(3)( maxo

ST tsenUtU −= ω

URS

)30(3)( maxo

RS tsenUtU += ω

Sistema trifásico de tensiones

4.1 Introducción

Tensiones de línea

Page 6: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

6

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Carga resistiva

- Tres diodos- Necesita neutro

65π

613π

23π t

30O 150O 270O

URUO US UT

390O

D1

D2

D3URL

RL

iR

iS

iT

UR

US

UT

UR

US

UT

IO

Tensión de salidaMáxima en cada instante

4.2 Rectificador trifásico de media onda

Page 7: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

7

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Diodo en conducciónMáxima tensión en ánodo

65 π

Intervalo

Conduce D1

D1

D2

D3

URLRL

IO

Tensión de salida

UR

US

UT UT

US

URiR

4.2 Rectificador trifásico de media onda

65π

613π

23π t

UR USU0UT

30o 150o 270o 390o

D1

Page 8: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

8

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

D1 Bloquean D1 y D3

D2

D3

URLRL

IO

UR

US

UT UT

US

UR

iS

65π

613π

23π t

UR USU0UT

30o 150o 270o 390o

D2

Diodo en conducción

Conduce D2

4.2 Rectificador trifásico de media ondaTensión de salida

Máxima tensión en ánodo

65π

23 π

Intervalo

Page 9: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

9

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

D1

D2

D3

URLRL

IO

UR

US

UT UT

US

UR

iT

Bloquean D1 y D2

Conduce D3

4.2 Rectificador trifásico de media onda

Diodo en conducciónMáxima tensión en ánodo

23π

613 π

Intervalo 6π

65π

613π

23π t

UR USU0UT

30o 150o 270o 390o

D3

Tensión de salida

Page 10: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

10

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

MMMCC UsenUtdtsenUUπ

ππ

ωωπ

π

π 233

33)(

23 6

5

60 === ∫

0.827 UM

65π

613π

23π

SU TURU0U

t

UM

Valor medio

4.2 Rectificador trifásico de media ondaValores de la tensión de salida

Page 11: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

11

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

65π

613π

23π

SU TURU0U

t

UM

( )21

65

6

20 3

221

323

23

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ π

π=ωω

π= ∫

π

π sen)sen( MMeff UtdtUU

0.8406 UM

Valor eficaz

4.2 Rectificador trifásico de media ondaValores de la tensión de salida

Page 12: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

12

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

65π

613π

23π

SU TURU0U

t

UM D1i D2i D3i

Valor medio de corriente Valor eficaz de corriente

L

CCDCC R

UI3

0=

Por diodo o fase

L

effDeff R

UI

30=

Carga Resistiva

4.2 Rectificador trifásico de media ondaCorrientes más significativas

L

effeff R

UI 00 =

L

CCCC R

UI 00 =

Page 13: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

13

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

65π

613π

23π

SU TURU0U

t

UM D1i D2i D3i

Carga Inductiva

4.2 Rectificador trifásico de media ondaCorrientes más significativas

Valor medio de corriente Valor eficaz de corriente

L

CCDCC R

UI3

0=

Por diodo o fase

L

CCDeff R

UI30=

L

CCeff R

UI 00 =

L

CCCC R

UI 00 =

Page 14: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

14

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Tensión soportada por el diodo D1

4.2 Rectificador trifásico de media onda

MU3

D1

D1 6π

65π

613π

D2 D3

23π

RSU RTU

SU TURUOU

URS

D1

D2

UR

US

RLUO

IO

IS

Page 15: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

15

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Tensión soportada por el diodo D1

4.2 Rectificador trifásico de media onda

MU3

D1

D1 6π

65π

613π

D2 D3

23π

RSU RTU

SU TURUOU

URT

D1

D3

UR

UTRL

UO

IO

IT

Page 16: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

16

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Factor de rizadoFactor de forma

65π

613π

23π

UR

t

US UTUO

UM UM

2

π

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ π

π==

233

32

21

323

0

0

M

M

CC

eff

U

U

UUFF

sen 12 −= FFr

FF=1.0165 r = 18.24%

4.2 Rectificador trifásico de media ondaOtros resultados interesantes

Page 17: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

17

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

- Componentes no ideales:- Caídas de tensión en los diodos- Resistencia de los devanados- Inductancia de dispersión

Tensión de codo

Transformador

La más significativaDepende de

LD e I

4.2 Rectificador trifásico de media ondaCaídas de tensión

Page 18: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

18

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Proceso de conmutación no instantáneo debido a LD.

D1

D2

D3

Ld

Ld

Ld

UOTransformador Ideal

L

RL

IR

IS

IT

I

UT

US

UR

UR

US

UT

Inductancia de dispersión en

serie

Corriente constante por la

carga.

4.2 Rectificador trifásico de media ondaCaída de tensión debido a la inductancia de dispersión

Page 19: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

19

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Evolución de la tensión de salidadurante la conmutación

( ))()(21)( tUtUtU SRO +=

Conmutación D1 y D2 conducen simultáneamente

Ld

Ld

Ld

UR

US

UT

iD1 (t)

iD2 (t)

UO

D1

D2

D3

I

dtdiD1(t)Ld

Ititi DD =+ )()( 21

Se aplica la ley de mallas a las dos ramas. Sumando:

dttitidLdUtUtU DD

OSR))()((2)()( 21 +

+=+

0

dtdiD2(t)Ld

4.2 Rectificador trifásico de media ondaCaída de tensión debido a la inductancia de dispersión

En la conmutación:

Page 20: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

20

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

( ))()(21)( tUtUtU SRO +=

Intervalo deconmutación

56

13π23π

UR US UT

I

I

δ

iD1(t)

UO

t

t

t

iD2(t)

4.2 Rectificador trifásico de media ondaCaída de tensión debido a la inductancia de dispersión

Evolución de las corrientes

Page 21: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

21

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

∫ −=t

D

MD tdtsen

LUti

ωπ ωπω6

52 )6

5(23)(

( )D

M

D

RSD

LtU

LtUtU

dttdi

21503

22 )ºsen()()()( −ω

=−

=

La evolución de la corriente iD2(t)se obtiene de:

( ))()(21)( tUtUtU SRO +=

4.2 Rectificador trifásico de media ondaCaída de tensión debido a la inductancia de dispersión

LD

UR

US

UT

i D1(t)

iD2(t)

UO

D1

D2

I

dtdiD1(t)LD

dtdiD2(t)LD

LD

( ))()()()()( tUtUtUtUdt

tdiL RSSD

D −=−=21

02

Integrando

Page 22: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

22

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Llamando δ al intervalo de conmutación

La conmutación finaliza cuando iD2(t) = I

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −−==

65cos1

23)( max

2πδ

ωδ

LdUItiD

Despejando δ

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ω−+

π=δ

M

D

UIL

321

65 arccos

ILtdtUtUtUV DSR

S ωπ

ωπ

δπ

π 23

2)()()(

23 6

5

65

0 =⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +

−=∆ ∫+

El valor medio de la caída de tensión es:

4.2 Rectificador trifásico de media ondaCaída de tensión debido a la inductancia de dispersión

52

3π6π

UR US

δ

UO

Page 23: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

23

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

ILsenUU DM ωπ

ππ 2

33

30 −=

)(tVO∆33 ππ

senMU

I

0U

I

Valor medio de la tensión de salida:

( )(t)U(t)U(t)U SR +=21

0

4.2 Rectificador trifásico de media ondaCaída de tensión debido a la inductancia de dispersión

56

13π23π

UR US UT

I

I

δ

iD1(t)

UO

t

t

t

iD2(t)

Valor instantáneo de la tensión de salida (en δ):

Page 24: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

24

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

UR

US

UT

I0

U0(t)

D1

D2

D3

D4D5

D6

RL

L

URS

UTR

UST

Seis diodos.Mayor tensión media en la salida.Menor rizado de tensión en la salida. Frecuencia seis veces superior a la de red.

4.2 Rectificador trifásico de doble onda

Conexión estrella

Page 25: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

25

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.2 Rectificador trifásico de doble ondaIntervalos de conducción de los diodos

URS URT UST USR UTR UTS

D1-D5 D1-D6 D2-D6 D2-D4 D3-D4 D3-D5

65π

67π

UO

D1 D2 D3

D4D6 D5D5

t

UR US UT

69π

611π

Page 26: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

26

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

D1D2

D3

D4 D5 D6

UR

US

UT

U0(t)

I

I

4.2 Rectificador trifásico de doble onda

USUT

Conducción de los diodos entre:

y

Page 27: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

27

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

D1D2

D3

D4 D5 D6

UR

US

UT

U0(t)

I

I

65π

Conducción de los diodos entre:

y

4.2 Rectificador trifásico de doble onda

US UT

Page 28: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

28

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

D1D2

D3

D4 D5 D6

UR

US

UT

U0(t)

I

I

67π

Conducción de los diodos entre:

y

4.2 Rectificador trifásico de doble onda

UTUR

65π

Page 29: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

29

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

1.- Valor medio de tensión.

1.653 UM

Mo

MRSCC UtdtsenUtdtUUπ

ωωπ

ωωπ

π

π

π

π

33)30(33)(3 2

6

2

6

0 =+== ∫∫

Valores más significativos:4.2 Rectificador trifásico de doble onda

UM es la amplitud de la tensión de fase.

URS URT UST USR UTR UTS

D1-D5 D1-D6 D2-D6 D2-D4 D3-D4 D3-D5

65π

67π

UO

D1 D2 D3

D4D6 D5D5

t

UR US UT

69π

611π

Page 30: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

30

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

πωω

π

π

π 439

23)(3 2

6

20 +== ∫ MRSeff UtdtUU

2.- Valor eficaz de tensiónValores más significativos:4.2 Rectificador trifásico de doble onda

1.655 UM

URS URT UST USR UTR UTS

D1-D5 D1-D6 D2-D6 D2-D4 D3-D4 D3-D5

65π

67π

UO

D1 D2 D3

D4D6 D5D5

t

UR US UT

69π

611π

Page 31: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

31

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

r = 0,04

π

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡π

+==

33

439

23 2

1

0

0

M

M

CC

eff

U

U

UUFF

URS URT UST USR UTR UTS

65π

67π

U0

D1 D2 D3

D4D6 D5D5

t

UR US UT

UTS

23π

611π

213π

Valores más significativos:4.2 Rectificador trifásico de doble onda

Factor de rizado

Factor de forma

12 −= FFr

FF=1.0008

Page 32: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

32

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

URS URT UST USR UTR UTS

65π

67π

U0

D1 D2 D3

D4D6 D5D5

t

UR US UT

UTS

23π

6

11π 2

13π

Io

Valores más significativos de corriente:4.2 Rectificador trifásico de doble onda

Carga resistiva

Valor medio de corriente Valor eficaz de corriente

L

CCDCC R

UI3

0=

Por diodo o fase

L

effDeff R

UI

30=

L

effeff R

UI 00 =

L

CCCC R

UI 00 =

Page 33: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

33

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

URS URT UST USR UTR UTS

65π

67π

U0

D1 D2 D3

D4D6 D5D5

t

UR US UT

UTS

23π

6

11π 2

13π

Valores más significativos de corriente:4.2 Rectificador trifásico de doble onda

Carga inductiva

Valor medio de corriente Valor eficaz de corriente

L

CCDCC R

UI3

0=

Por diodo o fase

L

CCDeff R

UI30=

L

CCeff R

UI 00 =

L

CCCC R

UI 00 =

Page 34: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

34

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Valores más significativos de corriente:4.2 Rectificador trifásico de doble onda

Carga inductiva

URS URT UST USR UTR UTS

65π

67π

U0

D1 D2 D3

D4D6 D5D5

t

UR US UT

UTS

23π

6

11π

2

13π

iR

Corriente en la fase R

D1D2

D3

D4D5

D6

UR

US

UT

U0(t)

I

I

Page 35: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

35

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

UR

Uo

URSURT

D1 D1

US UT

Tensión en uno de los diodos del puente: D1

4.2 Rectificador trifásico de doble ondaI

UR

US

UT

O

UO(t)

D1

D2D3

RL

L

URS

UD1

+

+

+

Page 36: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

36

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

UR

Uo

URSURT

D1 D1

US UT

Tensión en uno de los diodos del puente: D1

4.2 Rectificador trifásico de doble ondaI

UR

US

UT

O

UO(t)

D1

D2D3

RL

LURT

UD1

+

+

+

Page 37: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

37

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Siempre conducen los dos diodos con mayor tensión en valor absoluto

4.2 Rectificador trifásico de doble onda

Conexión triángulo

D1-D5 D1-D6 D2-D6 D2-D4 D3-D4 D3-D5

65π

67π

UO

D1 D2 D3

D4D6 D5D5

t

UR-US -UT

69π

611π

-URUS UT

D1

D2D3

D4

D5

D6

UR

US

UT

U0(t)

I0

I++

+

Page 38: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

38

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.2 Rectificador trifásico de doble ondaCorrientes por los devanados. Carga inductiva

Cuando conducen D1 y D5:

RS

RS

IIIII

⋅==+

20

30IIR =

Cuando conducen D1 y D6:

SR

RS

IIIII

⋅==+

20

32 0IIR⋅

=

Page 39: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

39

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.2 Rectificador trifásico de doble ondaCarga inductiva

Cuando conducen D2 y D6:

RT

RT

IIIII

⋅==+

20

30IIR =

iR30I3

2 0I⋅

30I−

32 0I⋅−

D1-D5 D1-D6 D2-D6 D2-D4 D3-D4 D3-D5

65π

67π

UO

D1 D2 D3

D4D6 D5D5

t

UR-US -UT

69π

611π

-URUS UT

Corriente en la fase R es más senoidal

Page 40: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

40

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.3 Asociación serie

Aumentar la tensión de salidaDisminuir el rizado

El nivel medio de U1 y U2 debe ser el mismo

( ) nNUNUn RR ⋅=⇒⋅

=⋅ 3)(333

ππ

Objetivo:

Ejemplo

Page 41: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

41

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.3 Asociación serie

RS RT ST SR TR TS

65π

67π

U0

D1 D2 D3

D4D6 D5D5

t

UR US UT

nU

23π

6

11π

2

13π

nUnUnUnUnU

NU R -NUT NU S -NUR NU T -NUS-NUS

El nivel de rizado en la salida es realmente muy pequeño.

La tensión de salida es la suma de U1 (color negro) y U2 (color rojo).

Page 42: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

42

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.4 Asociación paralelo

Se pretende que no haya desequilibrios en la conducción de los diodos, por lo que ambos secundarios están conectados en oposición de fase.

Repartir la corriente de salida.Disminuir el rizado.

Objetivo:

Ejemplo

Page 43: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

43

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.4 Asociación paraleloEquivalencia con un sistema hexafásico

65π

67π

UO

D1 D2 D3D4D6D5 D5

t

UR-US -UT

69π

611π

-URUS UT

D3

Cada diodo conduce toda la corriente de salida durante un sexto del periodo:

0IIDPICO =60IIDCC =

Page 44: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

44

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.4 Asociación paraleloPara igualar la corriente instantánea de los dos rectificadores se emplea una bobina ecualizadora.

La bobina:• Presenta alta inductancia.• Soporta la tensión diferencia entre rectificadores. UL=U1-U2

2222121

110UUUUUUUU L +

=−

−=−=

Efecto de la bobina sobre la tensión:

Page 45: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

45

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.4 Asociación paralelo

La tensión de salida de los rectificadores es la suya característica.La tensión de salida es la media de ambas.La tensión de la bobina es la diferencia entre U1 y U2, y se puede considerar lineal.

U0

65π

67π

UO

t

UR-US -UT

69π

611π

-URUS UT

U1

U2

D1 D2 D3D3

D5 D6 D4 D5

UL

Page 46: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

46

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.4 Asociación paralelo

Ejemplo

Habrá conducción simultánea de ambos rectificadores.

Aplicando el desarrollo de Fourier:- En continua la inductancia ecualizadora no tiene efecto.- Para las componentes alternas, la inductancia ecualizadora es mucho

menor que la inductancia de la carga.

Page 47: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

47

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.4 Asociación paraleloCircuito equivalente en continua:

CCCCCC UUU 210 ==

RUI CC0

0 =

Circuito equivalente en alterna:

Rectificador 1

Rectificador 2

( ) ( )∫∫ −==t

ACAC

t

LL dtUUL

dtUL

ti0 210

11

picoLiI>

20

Y para que los diodos conduzcan siempre:

condición para dimensionado de la bobina ecualizadora.

R

L

UoAC

ioAC=0UL

U2AC

U1AC iL

iL

RUoCC

Io

U2CC

U1CC Io/2

Io/2

Page 48: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

48

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

4.4 Asociación paralelo

U0UO

t

UR

D1 D2 D3D3

D5 D6 D4 D5

UL

T/6iL

Page 49: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

49

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Tres tiristoresTensión de salida variable. Depende de α (ángulo de disparo)Tensión positiva y negativaPotencia variableFuncionamiento en dos cuadrantes

UR

US

UT

T1

T2

T3

UO

UR

US

UT

RL

L

Tensión positiva entre ánodo – cátodo

Impulso de corriente en puerta

Entrada en conducción

Carga Inductiva

5.1.1 Rectificador trifásico de media onda controlado

Page 50: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

50

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

0

6π α

65π α

U R U S U TUO

IG1

t

t

t

t

IG2

IG3

23π

UR

US

UT

T1

T2

T3 U0

UR

US

UT

RL

L

IG1

IG2

IG3

Referencia de disparos

α ángulo de disparo

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado

Page 51: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

51

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

α

65π

UR US U TU0

IT1

IT2

IT3

t

t

t

t

23 π

Angulo de disparo de T1:

URT1

T2

T3 RL

L

US

UT

UR

US

UT U0

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado

Page 52: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

52

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

α

65π

UR US U TU0

IT1

IT2

IT3

t

t

t

t

23 π

α

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado

URT1

T2

T3 RL

L

US

UT

UR

US

UT U0

Angulo de disparo de T2:

Page 53: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

53

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

α

65π

UR US U TU0

IT1

IT2

IT3

t

t

t

t

23 π

α

α

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado

URT1

T2

T3 RL

L

US

UT

UR

US

UT U0

Angulo de disparo de T3:

Page 54: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

54

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

0

65π

URUS

UTUO

tα α

+-

+++

Valor medio y eficaz

απ

=ωωπ

= ∫α+

π

α+π cossen MMCC UtdtUU

233

23 6

5

60

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛α

π+=ωω

π= ∫

α+π

α+π 2

83

613

23 6

5

6

220 cossen MMeff UtdtUU

--

Page 55: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

55

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Variación del ángulo de retraso α

0

6π α

65π

UR US UT0

IT1

IT2

IT3

t

t

t

t

U

T1 T2T3

URT

+++

+

---

URS

URT

T1

T2

T3

RL

L

UR

US

UT UO

UT

Valor medio nulo

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado

Caso en que α=90º Caída de tensión en T1

Page 56: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

56

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Variación del ángulo de retraso α

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado

Caso en que α=150º

T1

T2

T3

RL

L

UR

US

UT UO

UT

Caída de tensión en T1

Tensión de salida siempre negativa.

Energía devuelta a la entrada.

0

α

65π

UR US UT0

IT1

IT2

IT3

t

t

t

t

U

T1T3

URT URSURS

T2

Page 57: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

57

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado

Caso en que α=180º

T1

T2

T3

RL

L

UR

US

UT UO

UT

Caída de tensión en T1

Tensión de salida mínima (más

negativa).

0

α

65

U R US UT0

IT1

IT2

IT3

t

t

t

t

U

T1 T2T3

URTURS URS

Energía devuelta a la entrada máxima.

Variación del ángulo de retraso α

Page 58: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

58

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Tensión de salida siempre positiva

α

U O

6π 3

π3

65π

α α

23π

34π

UR US UT

T1 T2 T30 < α < 6

π

Valor medioα

π=ωω

π= ∫

α+π

α+πcossen MMCC UtdtUU

233

23 6

5

60

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controladoComportamiento con carga resistiva

Page 59: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

59

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ α+π

=ωωπ

= ∫π

α+π 61

23

23

60 cossen MMCC UtdtUU

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controladoComportamiento con carga resistiva

α

UO

αmax

67π

UR USUT

T1 T2 T3

t

< α < 65π

La tensión de salida se anula pero no se hace negativaValor medio

Page 60: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

60

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

α

MUπ233

MUπ

−2

336

π

Carga resistiva o con diodo delibre circulación

Carga inductiva

UO

0=α MUUπ

=2

330

o180=α MUUπ

−=2

330

Zona como inversor(se devuelve energía a la entrada)

Zona de rectificador(se entrega energía a la carga)

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado

Variación de la tensión de salida

Page 61: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

61

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

UR

US

UT

T1

T2

T3

U0

UR

US

UT

RL

L

DL

5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controladoComportamiento con carga inductiva y diodo de libre circulación

α

U0

αmax

67π

UR US UT

T1 T2 T3

IT1

IT2

IT3

IDLDiodo de libre

circulación

Cuando la tensión de salida se tiende a ser negativa, el diodo de libre circulación se polariza directamente y entra en conducción.

Cuando la tensión de salida se tiende a ser negativa, el diodo de libre circulación se polariza directamente y entra en conducción.

Page 62: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

62

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Tres diodos y tres tiristoresFuncionamiento en un cuadranteAplicaciones de alta potencia

Tensión de salida viene expresada

como diferencia de:

Rectificador trifásico media onda controlado (UAN)

-Rectificador trifásico no controlado (UBN)

BNAN UUU −=0( )α

πcos1

233

+=OU

UR

US

UT

IO

T1

T2

T3

D4

D5

D6

UO

RL

L

A

BCarga Inductiva

5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado

Page 63: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

63

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

( )α+π

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ω+ω

π= ∫∫

α+π

π

π

α+π cos1

233

23 6

5

2

2

60 MRTRSCC UtdUtdUU

UTS USTUTR

UO

α

UR US UT

67π

URTURS USR

65π

2π α

5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado

0 < α < 3π

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ α+π

π=ω+ω

π= ∫∫

α+π

π

π

α+π26

5

2

22

6

20 3

32

433

23 cosMRTRSeff UtdUtdUU

UAN

UBN

UO

La tensión de salida es siempre positiva y continua.

La tensión de salida es siempre positiva y continua.

Page 64: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

64

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Éste es el ángulo de disparo límite para que no existan tramos de tensión cero.

Éste es el ángulo de disparo límite para que no existan tramos de tensión cero.

URSUST UTR

UR US UT

T3 T1 T2 T3

α

UAN

t

URS UST UTR

UR US UT

D1 D2 D3D3

UBN

t

5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado

α =3π

UR

US

UT

IO

T1

T2

T3

D4

D5

D6

UO

RL

L

A

B

UBN

UAN

Page 65: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

65

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

( )α+π

=ωπ

= ∫π

α+π cos1

233

23 6

7

60 MRTCC UtdUU

UTS U ST U TRUO

α

UR S UT

67π

U RTU RS U SRU UUO

UR S UT

67π6

U U

U

t

5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado

α =3π

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ α+α−π

π=ω

π= ∫

π

α+π2

21

433

23 6

7

6

20 senMRSeff UtdUU

UBN

UANUO

Page 66: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

66

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

URS UST UTR

UR US UT

D1 D2 D3D3

UBN

t

5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado

α >3π

URSUST UTR

UR US UT

UAN

t

α=120º

T3 T1 T3T2

UR

US

UT

IO

T1

T2

T3

D4

D5

D6

UO

RL

L

A

B

UAN

UBN

Ahora aparecerán tramos con tensión cero, porque UAN y UBNcoinciden en ellos.

Ahora aparecerán tramos con tensión cero, porque UAN y UBNcoinciden en ellos.

Page 67: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

67

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

( )α+π

=ωπ

= ∫π

α+π cos1

233

23 6

7

60 MRTCC UtdUU

U TS U ST U TRUO

α

UR S UT

67π

U RTU RS U SRU UUO

UR S UT

67π6

U U

U

t

5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−== ∫ +

ααππ

ωπ

π

απ 221

433

23 6

7

6

20 senUtdUU MRTeff

UAN

UBN

UO

α >3π

Page 68: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

68

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

La tensión de salida depende del ángulo de disparo α

0 < α < 3π

Tensión de salida siempre positiva o continua

Tensión de salida discontinua. Tramos de tensión cero

α

MUπ

33

π

Carga inductiva

UO

Margen de variación del ángulo de disparo α

5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado

α >3π

Page 69: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

69

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

UR

US

UT

IO

T1

T2 T3

U0

T4 T5 T6

RL

L

B

A

Seis tiristores.Funcionamiento en dos cuadrantes.Tensión de salida positiva y negativa.Combinación de dos rectificadores de media onda controlados.Potencias elevadas.

BNAN UUU −=0

5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado

Page 70: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

70

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

URS UST UTR

UR US UT

T4 T5 T6 T4α

UBN

URS

UR

T3 T1 T2 T3

α

UAN UST UTR

US UT

5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado

UR

US

UT

IO

T1

T2 T3

U0

T4 T5 T6

RL

L

B

AUAN

UBN

0 < α <2π

Page 71: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

71

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

απ

=ωπ

= ∫α+

π

α+π

cosMRSCC UtdUU 333 2

6

0

5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado

URS UST UTR

UR US UT

U0

t

α

6π 2

π

α

απ

+=ωπ

= ∫α+π

α+π 2

433

2133 2

6

20 cosMRSeff UtdUU

UAN

UBN

UO=UAN-UBN0 < α <

Page 72: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

72

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

URS

t

α

α

UST UTR

URS US UT

UO

α = π/2 VALOR MEDIO NULO

5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado

UAN

UBNUO=UAN-UBN

Page 73: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

73

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado

UR

US

UT

IO

T1

T2 T3

U0

T4 T5 T6

RL

L

B

A

UAN

UBN

α >2π

UBN

UAN

α

UR US UT

URS URT UST USR UTR UTS URS

URS URT UST USR UTR UTS URS

α

T1 T2T3

UR US UT

T6 T4T5T4

Page 74: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

74

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

απ

=ωπ

= ∫α+

π

α+π

cosMRSCC UtdUU 333 2

6

0

5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado

απ

+=ωπ

= ∫α+π

α+π 2

433

2133 2

6

20 cosMRSeff UtdUU

UAN

UBN

UO=UAN-UBN

α >2π

U0

t

UR US UT

URS UST UTR

α

α

VALOR MEDIO NEGATIVO

Page 75: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

75

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

Variación de la tensión de salida

º0=α MUUπ

=33

0

o180=α MUUπ

−=33

0

α

MUπ

33

MUπ

− 33

π

Cargainductiva

UO

Inversor

Rectificador

5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado

Page 76: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

76

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

RST

R’S’T’

DC(-60 V)

DC(+60 V)

CONEXIÓN EN SERIE DE DOS RECTIFICADORES TRIFÁSICOSDE ONDA COMPLETA NO CONTROLADOS

COMUN

“Secundario en estrella”

“Secundario en triángulo”

Page 77: Tema II. - frrq.cvg.utn.edu.ar

77

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicosUniversidad de Oviedo

CONEXIÓN EN SERIE DE DOS RECTIFICADORES TRIFÁSICOSDE ONDA COMPLETA NO CONTROLADOS

R

T

S

R’

S’

T’

DC(-) DC(+)COMÚN