Tema 13. Rectificadores Controlados. Transparencia 1 de 30
TEMA 13. RECTIFICADORES CONTROLADOS 13.1.INTRODUCCIN 13.2.RECTIFICADOR MONOFSICO
13.2.1. Rectificador de Media Onda 13.2.1.1. Estudio para diferentes tipos de cargas 13.2.1.2. Diodo de Libre Circulacin
13.2.2. Rectificador Puente Monofsico 13.2.2.1. Conmutacin Ideal 13.2.2.2. Valor Medio de la Tensin Rectificada 13.2.2.3. Efecto de sobre la Componente
Fundamental de IS 13.2.2.4. Conmutacin no Instantnea
13.2.3. Sincronizacin del Circuito de Disparo 13.3.RECTIFICADORES POLIFSICOS SIMPLES
13.3.1. Valor Medio de la Tensin Rectificada 13.3.2. Funcionamiento como Rectificador y como
Ondulador 13.3.3. Influencia de la Naturaleza de la Carga 13.3.4. Conmutacin no Instantnea
13.4.RECTIFICADOR PUENTE POLIFSICO 13.4.1. Valor Medio de la Tensin Rectificada 13.4.2. Conmutacin no Instantnea
13.5.RECTIFICADORES SEMICONTROLADOS 13.5.1. Puente Monofsico 13.5.2. Puente Polifsico
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INTRODUCCIN
AC, Mono o Polifsica
Id
DC (+-)
+
Vd
Flujo de Potencia
Flujo de Potencia
Flujo de Potencia
Id
Vd
Smbolos de Rectificadores Controlados Este tipo de convertidores en la actualidad es casi la nica aplicacin de los SCR, ya que son circuitos que requieren control de ngulo de fase y los dispositivos se bloquean naturalmente. Existen rectificadores controlados monofsicos y polifsicos, diseados para potencias muy elevadas.
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RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFSICO. Carga Resistiva
R VS i(t) Ud
di/dt muy alta. Armnicos de
alta frecuencia
Carga Resistiva
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RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFSICO. Carga Resistiva e Inductiva
VS i(t)
Ud R UR
L
Tensiones negativasaplicadas a la carga
El rea gris es laintegral de VL.Las dos reasdeben ser iguales
Carga Resistiva e Inductiva
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RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFSICO. Carga Inductiva y Fuente de Tensin
VS i(t)
Ud
L
E
VL
VL
min= arsen(
SVE2 )
max= -min
Carga Inductiva y Fuente de Tensin
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RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFSICO. Carga Resistiva e Inductiva y Diodo de Libre Circulacin
VS i(t)
Ud R UR
L
VL
VL
2 Intervalo
1er Intervalo
1er Int
Carga Resistiva e Inductiva con Diodo de libre circulacin
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RECTIFICADOR CONTROLADO MONOFSICO. Carga Inductiva, Fuente de Tensin y Diodo de Libre Circulacin
VS i(t)
Ud
L
E
VL
VL
di/dt constante
In. 1 In. 2
In. 3
In. 1
Carga inductiva y fuente de alimentacin con Diodo de libre circulacin
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RECTIFICADOR PUENTE MONOFSICO Conmutacin Ideal
Puente Rectificador
-
+
iS
Car
ga
Vd
id
VS
=0
iS
iS
Puente Monofsico Controlado
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RECTIFICADOR PUENTE MONOFSICO. Valor Medio de la Tensin Rectificada
Perodo de integracin
=== +
cos22)()(21 SSd VtdtsinVV
cos9.0 Sd VV =
Val
or M
edio
de
la T
ensi
n
cos9.010
=
= SdT dd VIdtvTIP Puente Monofsico Controlado
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RECTIFICADOR PUENTE MONOFSICO. Efecto de sobre la Componente Fundamental de IS
Desarrollando en serie de Fourier se obtiene para la componente fundamental de la corriente por la lnea (IS):
dS II = 9.01 (Valor eficaz) ddMS III == 27.129.01 (Valor de pico)
Primer armnico de la corriente
por la lnea
Para distintos valores de :
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RECTIFICADOR PUENTE MONOFSICO. Conmutacin no Instantnea
Puente Rectificador
-
+
Car
ga
Vd
id
VS iS
LS Inductancia
parsita
Puente Monofsico con conmutacin no instantnea
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SINCRONIZACIN DEL CIRCUITO DE DISPARO
Sincronizacin del disparo con el paso por cero de VS.
diferenciador RC
VS
Detector de Paso por cero
1 2
3 4 a:1 Retraso
()
t=
VS /a 1
2
3
t
t
t
t
4 t=
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RECTIFICADORES POLIFSICOS SIMPLES
um
+
u1
u2
2/m
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RECTIFICADORES POLIFSICOS SIMPLES Valor Medio de la Tensin Rectificada
2/m
rea A
UA
m m
U U dM Mm
m
= =
+
2 12 cos cos t - 2m t t = U
U mm m m m
M
=
+
+
=2 sen sen sen sen
U = +
+
U mm m m
M
22sen sen sen
Aplicando ( ) ( )sen sen cos senp q p q p q = + 2 12 12 , resulta: ( )
( )
cos1
cos1senm
-sen cos2sen22
===
+=
ov
MM
UUm
mUm
mUU
La tensin media a la salida del rectificador controlado ser:
La Tensin Eficaz: U Um
mrms M= + 1
2 42
sen cos
Los Armnicos: U U k mk mok o= +
21
12 22 2 2tg
U U U Uo ov ov= = cos
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RECTIFICADORES POLIFSICOS SIMPLES Valor Medio de la Tensin Rectificada
m
Vo /VM
Tensin media rectificada en funcin del ngulo de disparo y del
nmero de fases m
m
VRMS/VM
Tensin eficaz rectificada en funcin del ngulo de disparo y del
nmero de fases m
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RECTIFICADORES POLIFSICOS SIMPLES Armnicos de la Tensin Rectificada
13
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
030
60
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
Nm. armnico
Alfa
Armnicos de la tensin rectificada en un rectificador trifsico en funcin del ngulo de disparo
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RECTIFICADORES POLIFSICOS SIMPLES Funcionamiento como Rectificador y como Ondulador
t
Segn el valor de :
002
0022
02
0022
002
0
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RECTIFICADORES POLIFSICOS SIMPLES Influencia de la Naturaleza de la Carga
Tensin noaplicada
La frmula antes calculada:
U U U Uo ov ov= = cos
No es vlida en el caso de cargas Resistivas o con diodos de libre circulacin, ya que no se podrn aplicar tensiones negativas a la carga,
en este caso, solo ser aplicable si como vimos antes est en el intervalo:
02
0 >
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RECTIFICADORES POLIFSICOS SIMPLES Conmutacin no Instantnea
ic=C(cos-cost)
i
Id t
0
i2 i1
C
Ccos
Representacin grfica de la ecuacin que rige la conmutacin no instantnea de un rectificador polifsico:
( ) tcoscosI= td tsenL 2
2c
t
s
= cc Ui Vlida para: + t
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RECTIFICADORES POLIFSICOS SIMPLES Conmutacin no Instantnea
+u1
u2
um
id =i1 +i2 Uc =u1 -u2
LS ic
LS
LS
i1
i2
Ud =(u1 +u2 )/2
Circuito equivalente durante la conmutacin no instantnea.
A
u1+u2 2
u1
B
C u2 u3
de la figura, se deduce que las reas A y B son iguales y que:
xUUCBA 2+=++ donde: ( ) cos1= ovUU rea C( )[ ]U U Ux ov + = +2 1 cos reas A+B+C
( )[ ]
( )( ) =
+===+=
coscos21)cos1(1
coscos2
ovo
xovo
ovx
UU
UUUUUU
( )[ ] ++= coscos21
ovo UU
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RECTIFICADOR PUENTE POLIFSICO
R S T
Car
ga
Ud
+
-
Puente Trifsico
t=2
Tensiones en un Puente Rectificador Trifsico con ngulo de Disparo
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RECTIFICADOR PUENTE POLIFSICO Valor Medio de la Tensin Rectificada
Ud
++
=
=m
c
m
cd tdUmtdU
m
U
)()(
221
)2
cos()sen(2m
tm
UU Mc =
+
=m
Md tdmt
mUmU
)()2cos()sen(2
)cos()2
sen()sen(4 mmUmU Md =
Si m=3, )cos(65.1)cos(33 MMd UUU ==
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RECTIFICADOR PUENTE POLIFSICO Funcionamiento como Rectificador y como Ondulador
Uo
=45; Uo=363V
Uo
=90; Uo=0V
Uo
=112; Uo=-192V
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RECTIFICADOR PUENTE POLIFSICO Conmutacin no Instantnea
Car
ga
Ud
+
-
R S T
LS
A B C
Igual que en el caso del rectificador simple ser:
( )[ ] ++= coscos21
ovo UU
Para el puente trifsico ser:
)cos(65.1)cos(33 MMov UUU ==
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COMPARACIN ENTRE RECTIFICADORES Conmutacin no Instantnea
Vo /VM
Rectificador Trifsico Simple
Vo/VM
Rectificador Trifsico Puente
Tensin media rectificada en un rectificador trifsico en funcin del ngulo
de disparo y de la duracin de la conmutacin no instantnea
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RECTIFICADORES SEMICONTROLADOS Puente Monofsico
Puente Rectificador
-
+
iS
Car
ga
Vd
Id
VS
T2
D2
T1
D1
Puente Rectificador
-
+
iS
Car
ga
Vd
Id
VS
T2 D2
T1 D1
Puente Monofsico Semi-controlado
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RECTIFICADORES SEMICONTROLADOS Puente Monofsico
VS/2
iS
VS/2
T1
D2
Id
-
+
Ud D1
T2
M
N
0
Car
ga
D2T2
D2T2
D1T1
D2T1
D1T2
D2T1
-VS/2
VS/2
Puente Monofsico Semi-controlado
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RECTIFICADORES SEMICONTROLADOS Puente Polifsico
R S T
Car
ga
Ud
+
-
T
Lim, Si se supera, se anula en algn instante Ud t=2
>Lim
Tensiones en un Puente Rectificador Trifsico semicontrolado con ngulo de Disparo