UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
PROGRAMA EDUCATIVO DE INGENIERÍA EN
TECNOLOGÍAS DE AUTOMATIZACIÓN
Practica sobre análisis de circuitos rectificadores de media y onda completa con filtro
ASIGNATURA: SISTEMAS DE POTENCIA
PROF.: ING. HUGO RUÍZ GONZÁLEZ
4° SEMESTRE
INTEGRANTES DEL EQUIPO:
JUAN TAPIA SUAREZ
OSVALDO GALIA PÉREZ
OMAR YAIR MONTES GARCÍA1.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
Marco Teórico
Electrónica de potencia
Parte de la Electrónica que estudia los dispositivos y circuitos electrónicos usados para modificar características de la energía eléctrica (tensión, frecuencia, forma de onda. Es la disciplina entre electrotecnia y electrónica. Tiene como objetivo el control de transferencia de energía eléctrica con máximo rendimiento posible.
La electrónica de potencia es la rama de la electrónica que estudia los dispositivos, circuitos y sistemas dedicados al control y la conversión de la energía eléctrica. Antiguamente la conversión de la energía se realizaba con métodos electromecánicos. La ventaja de la electrónica de potencia respecto a otros métodos de conversión es menos volumen, más baratos.
Dispositivos Semiconductores de Potencia
Para estas aplicaciones se han desarrollado una serie de dispositivos semiconductores de potencia, los cuales derivan del diodo o el transistor. Entre estos se encuentran los siguientes:
Rectificador controlado de silicio (SCR en inglés) Triac Transistor IGBT, sigla para Insulated Gate Bipolar Transistor, Transistor
Bipolar con compuerta aislada Tiristor GTO, sigla para Gated Turnoff Thyristor, Tiristor apagado por
compuerta Tiristor IGCT, sigla para Insulated Gate Controlled Thyristor, Tiristor controlado
por compuerta Tiristor MCT, sigla para MOS Controlled Thyristor
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
Convertidores de energía eléctrica
Conversión de potencia es el proceso de convertir una forma de energía en otra, esto puede incluir procesos electromecánicos o electroquímicos.
Dichos dispositivos son empleados en equipos que se denominan convertidores estáticos de potencia, clasificados en:
Rectificadores: convierten corriente alterna en corriente continua Inversores: convierten corriente continua en corriente alterna Ciclo conversores: convierten corriente alterna en corriente alterna de otra
frecuencia menor Choppers: convierten corriente continua en corriente continua de menor o
mayor tensión
En la actualidad esta disciplina está cobrando cada vez más importancia debido principalmente a la elevada eficiencia de los convertidores electrónicos en comparación a los métodos tradicionales, y su mayor versatilidad. Un paso imprescindible para que se produjera esta revolución fue el desarrollo de dispositivos capaces de manejar las elevadas potencias necesarias en tareas de distribución eléctrica o manejo de potentes motores.
Aplicaciones
Las principales aplicaciones de los convertidores electrónicos de potencia son las siguientes:
Fuentes de alimentación: En la actualidad han cobrado gran importancia un subtipo de fuentes de alimentación electrónicas, denominadas fuentes de alimentación conmutadas. Estas fuentes se caracterizan por su elevado rendimiento y reducción de volumen necesario. El ejemplo más claro de aplicación se encuentra en la fuente de alimentación de los ordenadores.
Control de motores eléctricos: La utilización de convertidores electrónicos permite controlar parámetros tales como la posición, velocidad o par suministrado por un motor. Este tipo de control se utiliza en la actualidad en los sistemas de aire acondicionado. Esta técnica, denominada comercialmente como "inverter" sustituye el antiguo control encendido/apagado por una regulación de velocidad que permite ahorrar energía. Asimismo, se ha utilizado ampliamente en tracción ferroviaria, principalmente en vehículos aptos para corriente continua (C.C.)durante las décadas de los años 70 y 80, ya que permite ajustar el consumo de energía a las necesidades reales del motor de tracción, en contraposición con el consumo que tenían los vehículos controlados por resistencias de arranque y frenado. Actualmente el sistema chopper sigue siendo válido, pero ya no se emplea en la fabricación de nuevos
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
vehículos, puesto que actualmente se utilizan equipos basados en el motor trifásico, mucho más potente y fiable que el motor de colector.
Calentamiento por inducción: Consiste en el calentamiento de un material conductor a través del campo generado por un inductor. La alimentación del inductor se realiza a alta frecuencia, generalmente en el rango de los kHz, de manera que se hacen necesarios convertidores electrónicos de frecuencia. La aplicación más vistosa se encuentra en las cocinas de inducción actuales.
Otras: Como se ha comentado anteriormente son innumerables las aplicaciones de la electrónica de potencia. Además de las ya comentadas destacan: sistemas de alimentación ininterrumpida, sistemas de control del factor de potencia, balastos electrónicos para iluminación a alta frecuencia, interface entre fuentes de energía renovables y la red eléctrica, etc.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
Objetivo General
Comprender y analizar los diferentes componentes que contiene rectificador de media onda y onda completa a través de pruebas de funcionamiento y mediciones de algunas variables tales como voltaje pico, Voltaje CD, la frecuencia de salida así como poder observar la forma de onda de salida para observar por partes como estos elementos activos y pasivos van rectificando el voltaje CA de entrada.
Materiales y equipos
A) MATERIALES
CANTIDAD DESCRIPCIÓN ESPECIFICACIONES OBS.2 Resistencia eléctrica 100000 Ω, 1/2 W, 5% Alumno2 Diodos estado solido 1N5625 Alumno1 Resistencia eléctrica 820 Ω, 1/2 W, 5% Alumno1 Resistencia eléctrica 250 Ω, 1/2 W, 5% Alumno1 Resistencia eléctrica 100 Ω, 1/2 W, 5% Alumno1 Interruptor De un polo un tiro Alumno1 Capacitor 100uf a 50V1 Capacitor 25uf a 25V
B) EQUIPOS/INSTRUMENTOS.CANTIDAD DESCRIPCIÓN ESPECIFICACIONES OBS.
1 Multímetro digital portátil Multímetro marca Trupper Genérico
1 Osciloscopio Agilent Technologies, Modelo DSO3152A de
150MHz, 2 Canales1 Osciloscopio Tektronix, Modelo
TDS2022B de 200MHz, 2 Canales
1 Fuente de alimentación regulada
Fuente variable de C.A y C.D.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
Anexión de las especificaciones técnicas de los osciloscopios ocupados durante la actividad práctica.
1- Agilent Technologies, Modelo DSO3152A de 150MHz
Características principales y especificaciones 150-MHz de ancho de banda 2 canales 4 MPTS profundidad de memoria 1 GSa / s frecuencia de muestreo Host USB estándar y la conectividad del dispositivo; y GPIB opcional y
conectividad RS232.Características
Pantalla a color VGA con resolución 320 x 240 Disparador avanzado incluyendo borde, ancho de pulso y video en línea
seleccionable Alcance GRATIS Conectar Software
Análisis 20 mediciones automáticas 4 funciones matemáticas incluyendo FFT Máscara de pruebas, el modo de secuencia y retardada barrido
Descripción
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
Las nuevas 3000 Series osciloscopios de 2 canales redefinen ámbitos de la economía, ofreciendo grandes pantallas de color para una fácil visualización y medición avanzada y desencadenar capacidad de análisis - todo a precios que cuidan su presupuesto.
2.- Osciloscopio digital Tektronix, TDS2022B, Serie TDS2000,
Almacenamiento Digital, 2 canales, 200MHz.Código RS625-4764
Fabricante Tektronix Nº ref. fabric.TDS2022B Cambio de Diseño: Este producto está sujeto a un posible cambio de diseño Garantía LIFETIME
La imagen representada puede no ser la del productoDatos del Producto
TDS2000B color
Serie TDS2000B con puertos USB y display en color
Series TDS1000B, TDS2000B y TDS2000C
Osciloscopios digitales de uso general para diseño y depuración digital, educación y formación, prueba de fabricación y control de calidad, servicio y reparación. Velocidad de muestreo y longitud de registro completas en todos canales para la adquisición exacta, todo el tiempo. El factor portátil, ligero y compacto libera espacio en el escritorio. Almacenamiento de datos extraíble apropiado mediante el puerto flash USB del panel frontal. Conectividad Plug and Play con el PC mediante el puerto USB del panel trasero. Se suministra el software de PC OpenChoiceTM y NI SignalExpress para una documentación sencilla y el análisis de los resultados. Interfaz de usuario sencilla con controles familiares y de tipo analógico, botón multifunción, ayuda contextual y función AUTORANGE. Botón AUTOSET para detectar y mostrar la forma de onda, proporcionar vistas diferentes y mostrar hasta cuatro mediciones automáticas. Disparador de ancho de pulso que acelera la solución de problemas digitales. Entrada externa de disparador. Asistente para comprobación de sondas que permite verificar rápidamente que las sondas están calibradas y que funcionan correctamente. El disparador de vídeo de línea seleccionable permite la activación en una línea de vídeo específica para mejorar la productividad de medición. Lectura de frecuencia de señal de disparador que permite medir una frecuencia de señal sin necesidad de utilizar un canal de salida. 11 mediciones automáticas para realizar mediciones rápidas y sin errores, ideal para pruebas repetitivas. Display Fast Fourier Transform (FFT) (espectro) para analizar,
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
caracterizar y solucionar problemas de circuitos mediante la visualización de la frecuencia y la intensidad de señal. Permite imprimir imágenes de pantalla en cualquier impresora compatible con PictBridge. Bucle de seguridad integrado para protección contra robos.
Capacidad de registro 2,5 K puntos
Tipo de disparadorBorde (subida, caída), vídeo, ancho de pulso, fallo técnico
Modos de disparo Automático, normal, único
Captura de perturbaciones de baja frecuencia
12 ns
Sensibilidad vertical 2 mv a 5v/div. con ajuste preciso calibrado
Resolución/precisión vertical 8 bits/± 3%
Gama de base temporal 5 ns a 50 s/div.
Precisión de base de tiempo 50 ppm
Impedancia de entrada 1 MΩ en paralelo con 20 pF
Modos de adquisiciónDetección de pico, muestra, promedio, único
Dimensiones/peso(Anch.) 323,8, (Alt.)151,4, (Prof.) 124,5, Peso 2 kg
EspecificacionesAltura 151.4mm
Ancho de Banda 200MHZ
Anchura 124.5mm
Base de Tiempo Máxima 50s/div
Base de Tiempo Mínima 2.5ns/div
Calibrado RSCAL
Categoría de Seguridad CAT II 300 V
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
Dimensiones 323.8 x 124.5 x 151.4mm
Interfaz RS232 Sí
Longitud 323.8mm
Longitud del Registro 2.5k points/ch
Muestreo Aleatorio 2 Gsps
Nivel de Categoría de Seguridad CAT II
Número de Canales 2
Número de Modelo p TDS2022B
Peso 2kg
Potencia de la Fuente Alimentación
Resolución Vertical 8 bit
Sensibilidad Vertical Máxima 5V/div
Sensibilidad Vertical Mínima 2mV/div
Serie TDS2000
Temperatura Máxima de Funcionamiento +50°C
Temperatura Mínima de Funcionamiento 0°C
Tensión de Categoría de Seguridad 300V
Tiempo de Ascenso 2.1ns
Tipo de Display Color
Tipo de Osciloscopio Almacenamiento Digital
Desarrollo de la Actividad Práctica.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
1° Circuito: Se realizó físicamente el siguiente circuito correspondiente a un Rectificador de voltaje experimental de onda completa, con alimentación de un transformador.
Posteriormente se llenó esta tabla intercambiando el contacto de los interruptores para poder ver la media onda generada en cada etapa del puente rectificador.
Aquí se puede apreciar físicamente en el osciloscopio una de las formas de onda (la de la salida de onda completa).
TR1
TRAN-2P3S
D1
DIODE
D2
DIODE R11k
V CDpp V
V ent (A a C)
5.6
V ent (B a C)
9.76
V sal (D1)
9.76
V sal (D2)
9.28
V sal (onda completa)9.28
Resistencia Directa 10K D1:1N526 D2:1N526
Forma de Onda
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
En este se muestra la señal por medio del osciloscopio Tektronix, Modelo TDS2022B de 200MHz, 2 Canales.
De igual forma podemos apreciar la misma forma de onda pero ahora por medio del simulador de circuitos Proteus 8.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
2° Circuito: Se realizó físicamente el siguiente circuito correspondiente a una Fuente de alimentación con resistor de drenaje o descarga, RB.
TR1
TRAN-2P3S
D1
DIODE
D2
DIODE C1100u
R1
100
C225u
R2250
Posteriormente se llenó esta tabla intercambiando la conexión del osciloscopio en diferentes puntos del circuito también agregando otra tabla donde esto mismo se realizó sin la carga correspondiente a la resistencia de 250Ω. Por medio de este medio podemos ver los diferentes tipos de onda generados por este filtro que no tienen una forma precisamente senoidal.
CD V CD VV pp V pp
A - G 8.93 V 138 mV A - G 8.45 V 552 mV
P - G P - G8.60 V 138 mV 6.31 V 1.38 V
A - G 8.21 V 1.38 mV A - G 6.79 V 2.76 V
P - G 7.91 V 552 mV P - G 5.50 V 1.38 V
A - G 8.98 V 110 mV A - G 8.56 V 240 mV
P - G 8.61 V 108mV P - G 6.96 V 240 mV
Forma de OndaPunto
SIN CARGA CARGA de 250Ω
Punto Forma de Onda
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
Aquí se puede apreciar físicamente en el osciloscopio una de las formas de onda (la del punto P-G sin carga).
De igual forma podemos apreciar la misma forma de onda pero ahora por medio del simulador de circuitos Proteus 8.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
3° Circuito: Se realizó físicamente el siguiente circuito correspondiente a un Rectificador en puente experimental sin filtro.
TR2
TRAN-2P3S
D3DIODE
D4DIODE
D5DIODE
D6DIODE
R3250
SW1
SW-SPDT
Aquí se muestra físicamente el circuito ya hecho:
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
Posteriormente se llenó esta tabla intercambiando el contacto se los diferentes interruptores colocados en cada diodo conectando el osciloscopio a la salida del circuito en paralelo con la resistencia de carga. Por medio de este medio podemos ver los diferentes tipos de onda generados en cada etapa del puente rectificador.
5.6 VCERRADO CERRADO CERRADO X
POSICION DEL INTERRUPTOR
Voltaje Pico
5V
2.24 V
2 V
X
XABIERTOABIERTO
ABIERTO ABIERTO X
ONDA DE REFERENCIA
ABIERTO
CERRADO
CERRADO
CERRADO
ABIERTO
ABIERTO
CERRADO
ABIERTO ABIERTO
Forma de OndaS1 S2 S3 S4 S6
Aquí se puede apreciar físicamente en el osciloscopio una de las formas de onda (la de salida con todos los interruptores cerrados).En este se muestra la señal por medio del osciloscopio Agilent Technologies Modelo DSO3152A de 150MHz.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
En esta otra imagen se puede apreciar físicamente en el osciloscopio otra de las formas de onda (la de salida con el interruptor S1 Cerrado y los demás interruptores abiertos).
De igual forma podemos apreciar las mismas formas de onda respectivamente pero ahora por medio del simulador de circuitos Proteus 8.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE HIDALGO
ESCUELA SUPERIOR DE TIZAYUCA
Conclusiones
Juan Tapia Suarez
Se pudo analizar las distintas formas de onda que nos proporcionan las diferentes etapas de los circuitos rectificadores de media y onda completa así como su voltaje pico y su voltaje a la salida CD para poder determinar el voltaje de rizo.
Osvaldo Galia Pérez
En esta práctica se observaron las diferentes salidas de voltaje cuando se cambiaba la posición de las puntas de osciloscopio, y también cuando se quitaba uno de los diodos que son los que regulaban un poco el voltaje ya que aún continuaban con ligeras variaciones, esto es lo que se le conoce como voltaje de riso.
Omar Yair Montes García
En esta práctica pudimos observar los procesos de rectificado el cómo se modifica la onda el como el voltaje igual cambia respecto a los diodos y capacitadores y también pudimos probar todos los tipos de Osciloscopios que hay en el laboratorio de electrónica.