UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA
ÁREA DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NO RENOVABLES
CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES
LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA
GRUPO N.- 4
Integrantes:
Paúl Álvarez
Jimena Mizhquero
Practica N.- 3
Fecha: 03– 01 - 2012
Docente: Ing. Diego Orellana
LOJA – ECUADOR
2.- DATOS DE LA PRACTICA
Nombre: RECTIFICADORES CONTROLADOS
Objetivos:
Comprobar la forma de onda de la tensión resultante de un rectificador de onda completa controlado alimentado con una señal sinusoidal es similar al descrito teoricamente.
Comprender el funcionamiento de un SCR variando su ángulo de activación.
Comprobar que los resultados obtenidos matemáticamente son similares con los obtenidos en la práctica.
3.- MARCO TEORICO
RECTIFICADOR MONOFÁSICO CONTROLADO DE MEDIA ONDA Y CARGA RESISTIVADurante el semiciclo positivo de la tensión de entrada, la tensión ánodo-cátodo es positiva, de manera que el SCR puede entrar en conducción.Controlando el ángulo de disparo de los tiristores somos capaces de enviar más o menos energía a la carga, con lo que estamos controlando el valor medio de la tensión de salida del rectificador.
R 21 0 K
R 3 1 0 0C 12 . 2 u
V 1
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7
V O F F = 0 D 1D 1 N 4 0 0 7
R 1
2 0 0
0
X4
2 N 1 5 9 5
Fig. 1 Circuito carga R Fig. 2 Formas de Onda
ECUACIONES DEL CIRCUITO
Tensión media en la resistencia de carga
V o=1
2 π∫∝
π
V m sen (ωt )d (ωt )=V m
2 π[ 1+cos∝ ]
La tensión eficaz en la resistencia
V rms=√ 12π
∫∝
π
[V ¿¿msen (ωt )]2d (ωt )=V m
2 √1−∝π
+sin 2∝2 π
¿
Corriente media en carga Corriente eficaz en la carga
Io=V o
R I rms=
V rmsR
Potencia absorbida por la carga Factor de potencia
P=V 2rms /R f p=P
I rms∗V rms
RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA CONTROLADO CON CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA
El análisis de este circuito es similar al rectificador no controlado. La corriente es la suma de las respuestas natural y forzada.
L 1
0 . 3 H
1 2
V 1
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0
0
X4
2 N 1 5 9 5
R 1
1 0 0
D 1D 1 N 4 0 0 7
R 21 0 0 k
C 12 . 2 u
R 3 1 0 0
Fig. 3 Circuito carga RL Fig.4 Formas de Onda
ECUACIONES DEL CIRCUITO
La corriente por la carga viene dada por:
i (ωt )=V m
Zsen (ωt−θ )+A e−ωt/ωτ
Donde : Z=√R2+(ωL)2, θ=tan−1ωLR
, τ= LR
A=[−(VmZ )sin (∝−θ )]eα /ωτSustituyendo A y simplificando:
i (ωt )=(VmZ ) [sen (ωt−θ )−sin (∝−θ )e (α−ωt ) /ωτ ] para∝≤ωt≤ β
0
Para encontrar beta se obtiene mediante la siguiente ecuación
i (β )=0=(VmZ )[ sen (β−θ )−sin (∝−θ ) e(α−β ) /ωτ ]
La tensión media de salida es:
V o=1
2 π∫∝
β
V m sen (ωt )d (ωt )=V m
2 π[ cosα−cos β ]
La corriente media La corriente eficaz
I= 12π
∫α
β
i(ωt)d (ωt ) I rms=√ 12π
∫α
β
i2(ωt)d (ωt )
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CONTROLADO CON CARGA RESISTIVA
La salida se controla ajustando el ángulo de disparo de cada SCR obteniendo una tensión de salida ajustable en un rango limitado
C 22 . 2 u
X4
2 N 1 5 9 5
D 2
D 1 N 4 0 0 7
R 3 1 0 0
V 1
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0
R 41 0 0 k
D 1D 1 N 4 0 0 7
0R 5
1 k
V 2
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0
C 12 . 2 u
R 21 0 0 k
X52 N 1 5 9 5
R 1
1 k
Fig.5 rectificador de carga resistiva Fig. 6 Formas de onda
ECUACIONES DEL CIRCUITO
Tensión de salida
V o=1π∫∝
π
V m sen (ωt )d (ωt )=V m
π[ 1+cos∝ ]
La corriente media de salida La corriente eficaz de carga Potencia de carga
I 0=VmR
=VmπR
(1+cos α ) I rms=VmR √ 1
2− α
2π+
sin (2α )4 π
P=I 2 rms×R
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CONTROLADO CON CARGA RESISTIVA- INDUCTIVA
La finalidad del condensador es reducir la tensión de salida haciéndola más parecida a corriente continua. La resistencia puede representar una carga externa y el condensador puede ser un filtro que forme parte del circuito rectificador.
R 21 0 0 k
D 1D 1 N 4 0 0 7
C 12 . 2 u
D 2
D 1 N 4 0 0 7
R 5
1 k
X4
2 N 1 5 9 5
R 41 0 0 k
L 1
0 . 3 H
1 2
0
R 3 1 0 0
C 22 . 2 u
R 1
1 k
X52 N 1 5 9 5
V 1
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7
V O F F = 0
V 2
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7
V O F F = 0
Fig.7 Carga RL Fig. 8 Forma de onda de la tensión de salida
ECUACIONES DEL CIRCUITO
Modo de funcionamiento carga R-L, corriente discontinuaEl funcionamiento del circuito es identico al rectificador controlado de media onda con carga RLCorriente
i (ωt )=(VmZ ) [sen (ωt−θ )−sin (∝−θ ) e−(ωt−α )/ωτ ] para∝≤ωt ≤β
Donde : Z=√R2+(ωL)2, θ=tan−1ωLR
, τ=LR
Modo de funcionamiento carga R-L, corriente continua
Tensión media
Vo=2Vmπ
cosα
Las amplitudes de los términos de alterna se calculan a partir de:
V n=√an2+bn2
4. SIMULACIONES Y CALCULOS
RECTIFICADOR MONOFÁSICO CONTROLADO DE MEDIA ONDA Y CARGA RESISTIVAPara el rectificador controlado de media onda con carga resistiva, el generador es de 12 Vrms a una frecuencia de 60Hz, la resistencia de carga es de 100Ω; determine:
Tensión media en la cargaLa corriente en la cargaPotencia absorbida por la resistencia
R 21 0 K
R 3 1 0 0C 12 . 2 u
V 1
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7
V O F F = 0 D 1D 1 N 4 0 0 7
R 1
2 0 0
0
X4
2 N 1 5 9 5
Fig. 9
DESARROLLO
La siguiente grafica presenta la tensión de salida
Time
0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msV1(R3)
-50mV
0V
50mV
100mV
150mV
TENSION DE SALIDA
Corriente de salida
Time
0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msI(R3)
-0.5mA
0A
0.5mA
1.0mA
1.5mA
CORRIENTE DE SALIDA
Corriente RMS
Time
0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msRMS(I(R3))
0A
0.2mA
0.4mA
0.6mA
0.8mA
1.0mA
(46.783m,49.765m)
Voltaje RMS
Time
0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msRMS(V1(R3))
0V
20mV
40mV
60mV
80mV
100mV
(12.414m,76.120V)
CALCULOS MATEMATICOS
Tensión media en la carga
V0 = V m2π
[ 1+cos∝ ] V0 =16.97
2π[1+cos(60 °) ] = 4.05V
La tensión eficaz en la resistencia
V rms=V m2 √1−∝
π+ sin 2∝
2π
V rms=16.97
2 √1−1.047π
+sin2 (1.047)
2π = 7.61V
Corriente media en carga Corriente eficaz en la carga
Io=V o
R =
4.05V100Ω
= 40.5mA I rms=V rmsR
= 7.61V
100 = 76.1mA
Potencia absorbida por la carga
P=Vrms2
R = 7.61V 2
100Ω = 0.579W
4.2 MEDIA ONDA CONTROLADOS CON CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA
El generador es de 12 Vrms a una frecuencia de 60Hz, la resistencia de carga es de 100Ω, L=0.3H; determine: una expresión para i(wt),la corriente media en la carga. La potencia absorbida por la carga.
L 1
0 . 3 H
1 2
V 1
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0
0
X4
2 N 1 5 9 5
R 1
1 0 0
D 1D 1 N 4 0 0 7
R 21 0 0 k
C 12 . 2 u
R 3 1 0 0
DESARROLLO
Tensión de salida
Time
0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msV1(R3)
-200mV
-100mV
0V
100mV
200mV
300mV
Corriente de salida
Time
0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msI(R3)
0A
0.5mA
1.0mA
1.5mA
-0.4mA
CORRIENTE DE SALIDA
Corriente media
Time
0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msAVG(I(R3))
0A
30uA
(49.487m,2.2374m)
Tensión media
Time
0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msAVG(V1(R3))
0V
6.0mV
(8.5345m,3.2130)
Corriente RMS
Time
0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msRMS(I(R3))
0A
30uA
(7.0086m,29.495m)
CÁLCULOS MATEMATICOS
Z=√ (100 )2+ (377∗0.3 )2=150.97Ω
θ=tan−1 (377∗o .3)100
=0.846 rad
ω τ=(377∗0.3)
100=1.131 rad
α=60 °=1.047 rad
i (ωt )=(VmZ ) [sen (ωt−θ )−sin (∝−θ )e (α−ωt ) /ωτ ] para∝≤ωt≤ β
0
i (ωt )=0.112 [sen (ωt−0.846 )−sin (1.047−0.846 )e (1.047−ωt )/1.131]
β=3.8356
V o=V m
2 π[ cos α−cos β ]=16.97
2π[ cos1.047−cos3.8356 ]=3.42V
I= 12π
∫α
β
i (ωt )d (ωt )= 12 π
(0.0138 )=¿2.196mA ¿
I rms=√ 12π
∫α
β
i2(ωt)d (ωt )=√ 12π
(0.0112)=42.22mA
4.3 ONDA COMPLETA CONTROLADOS CON CARGA RESISTIVA
Para el rectificador controlado de onda completa presenta una tensión eficaz de entrada de 12V en alterna a 60Hz y una R= 100 Ω, el ángulo de disparo es de 45°, determine:
(a) la corriente media.(b) la corriente eficaz.
C 22 . 2 u
X4
2 N 1 5 9 5
D 2
D 1 N 4 0 0 7
R 3 1 0 0
V 1
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0
R 41 0 0 k
D 1D 1 N 4 0 0 7
0R 5
1 k
V 2
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0
C 12 . 2 u
R 21 0 0 k
X52 N 1 5 9 5
R 1
1 k
DESARROLLOTensión de salida
Time
30ms 45ms 60ms 75ms 90ms20ms 100msV1(R3)
0V
15mV
30mV
45mV
-10mV
Corriente de salida
Time
30ms 45ms 60ms 75ms 90ms20ms 100msI(R3)
0A
-100uA
500uA
Corriente RMS
Time
30ms 45ms 60ms 75ms 90ms20ms 100msRMS(I(R3))
0A
200uA
400uA
(39.315m,229.309m)
CALCULOS MATEMATICOS
V o=V mπ
[1+cos∝ ]=16.97π
[ 1+cos0.785 ]=9.22V
I 0=VoR
=9.22V100
=92.22mA
I rms=VmR √ 1
2− α
2π+
sin (2α )4 π
=16.97100 √ 1
2−0.785
2π+
sin (2∗0.785 )4 π
=114.42mA
4.4 ONDA COMPLETA CONTROLADOS CON CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA
Para el rectificador controlado de onda completa presenta una tensión eficaz de entrada de 12V en alterna a 60Hz y una R= 100 Ω, el ángulo de disparo es de 45°, determine:
(a) la corriente media.(b) la corriente eficaz.
X4
2 N 1 5 9 5
R 41 0 0 k
D 2
D 1 N 4 0 0 7
C 12 . 2 u
V 1
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7
V O F F = 0
R 21 0 0 k
D 1D 1 N 4 0 0 7
0X5
2 N 1 5 9 5V 2
F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7
V O F F = 0
R 1
1 k
C 22 . 2 u
L 1
0 . 3 H
1 2
R 5
1 k
R 3 1 0 0
DESARROLLO
Tensión de salida
Time
60ms 65ms 70ms 75ms 80ms 85ms 90ms 95ms 100msV1(R3)
0V
200mV
400mV
-100mV
Corriente de salida
Time
60ms 65ms 70ms 75ms 80ms 85ms 90ms 95ms 100msI(R3)
0A
-100uA
400uA
Corriente media
Time
0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msAVG(I(R3))
0A
60uA
120uA
180uA
200uA
(82.241m,49.409m)
Corriente Rms
Time
0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msRMS(I(R3))
0A
50uA
100uA
150uA
200uA
240uA
(94.914m,88.754m)
CALCULOS MATEMATICOS
Corriente media
Z=√ (100 )2+ (377∗0.3 )2=150.97Ω
θ=tan−1 (377∗o .3)100
=0.846 rad
ω τ=(377∗0.3)
100=1.131 rad
α=45°=0.785 rad
i0 (ωt )=(VmZ ) [sen (ωt−θ )−sin (∝−θ )e−(wt−α ) /ωτ ]
0
i (ωt )=0.112 [sen (ωt−0.846 )−sin ( 0.785−0.846 ) e−(ωt−0.785) /1.131 ]
β=4.0188
I= 12π
∫α
β
i (ωt )d (ωt )= 12 π
(0.2888 )=¿45.96mA¿
I rms=√ 12π
∫α
β
i2(ωt)d (ωt )=√ 12π
(0.0295)=68.52mA
5. MATERIALES
Osciloscopio Resistencias de potencia de 100Ω 10W y de 1 Ω 10W Resistencias de 100Ω, 1K Multímetro Transformador 120-12V Capacitores (2.2uF)
Diodos D1N1007 Tiristores SCR Bobina de 0.3H Protoboard Cable UTP
6. RESULTADOS
6.1 RECTIFICADOR CONTROLADO DE MEDIA ONDA Y CARGA RESISTIVALa siguiente tabla presenta los valores medidos
VARIABLES VALORES CALCULADOS
VALORES SIMULADOS
DEL OSCILOSCOPIO
VO V 4.05V 3.60VI0 A 40.5mA 20mAIrms A 76.1mA 49.765mA 6.40mA
La siguiente figura. muestra los valores medidos en el osciloscopio.
6.2 RECTIFICADOR CONTROLADO DE MEDIA ONDA Y CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA
La siguiente tabla presenta los valores medidos
VARIABLES VALORES CALCULADOS
VALORES SIMULADOS
DEL OSCILOSCOPIO
VO V 3.42V 3.213V 1.16vI0 A 2.196mA 2.237m 80mAI rms A 42.22mA 29.49mA 100mA
La siguiente figura. muestra los valores medidos en el osciloscopio
6.3 ONDA COMPLETA CONTROLADOS CON CARGA RESISTIVA
La siguiente tabla presenta los valores obtenidos en la práctica
VARIABLES VALORES CALCULADOS
VALORES SIMULADOS
DEL OSCILOSCOPIO
Vo(V) 9.22V 6.71V 5.80VIo(A) 92.22mA 60mAIrms 114.42mA 229.30mA 100mA
La siguiente figura. Presenta los valores obtenidos en el laboratorio.
6.4 ONDA COMPLETA CONTROLADOS CON CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA
La siguiente tabla presenta los valores obtenidos en la práctica
VARIABLES VALORES CALCULADOS
VALORES SIMULADOS
DEL OSCILOSCOPIO
I0 45.96mA 49.409mA 60mAIrms 68.52mA 88.75mA 80mA
7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se comprobó que los resultados obtenidos matemáticamente con los obtenidos en el laboratorio tienen una variación
Al variar el ángulo de activación del SCR observamos que la forma de onda cambia.. Se concluye que para variar el ángulo de disparo de los SCR es necesario de un
potenciómetro y para los de onda completa un potenciómetro doble. Utilizar correctamente cada uno de los componentes para esto se debe obtener el
datasheet especialmente de los tiristores para evitar la destrucción de los mismos
8 BIBLIOGRAFIA
ELECTRONICA DE POTENCIA. Daniel W. Hart.
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