Potencia Aplicada. Unidad Uno 1

RESUMEN. La energa elctrica trifsica es la potencia ms comnmente producida en la transmisin y generacin de energa. En un sistema trifsico, se producen tres ondas monofsicas independientes, las cuales alcanzan sus picos instantneos en diferentes puntos. En un rectificador de puente para rectificar la onda completa, se utilizan 4 diodos, en una configuracin denominada puente completo o puente de Graetz. Recibe el nombre de puente rectificador, por estar formado por cuatro diodos conectados en puente y su principal ventaja respecto al rectificador de onda completa con toma media es que no necesita transformador. Ntese que en este caso, conducen siempre dos diodos simultneamente. Si la tensin en la entrada del rectificador es positiva (semiciclo positivo), conducirn D1 y D4 mientras que D2 y D3 estarn polarizados inversamente y, por tanto, estarn bloqueados (OFF). Si por el contrario, la tensin es negativa (semiciclo negativo), conducirn D2 y D4. En general, para saber qu diodo puede conducir hay que analizar cul de los cuatro tiene mayor tensin en su nodo y cul de ellos tiene menos tensin en su ctodo.

MARCO DE REFERENCIA.

Rectificador Trifasico de Media onda.

Consisten en conectar un diodo a la salida de cada arrollamiento, que se unirn en un punto comn que despus alimentar a la resistencia o carga del circuito. El retorno de la corriente se realiza a travs de la lnea de neutro. La imagen inferior nos aclara esta explicacin.

Imagen 19: Rectificador trifsico de media onda. Fuente: Elaboracin propia.

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Es evidente que el arrollamiento secundario est dispuesto en estrella y que de la unin comn de las tres bobinas se saca la lnea de neutro. Adems, tal y como indica la imagen, cada bobina tendr, con respecto a neutro, las tensiones V1, V2 y V3respectivamente, que se producirn desfasadas 120.

2015

Potencia Aplicada. Unidad Uno 2

Imagen 20: Onda trifsica de un transformador sin rectificar. Fuente: Elaboracin propia.

Las tensiones V1, V2 y V3 estn representadas en la grfica, por las ondas roja, verde y azul. Pero en realidad, al haber colocado un diodo a cada salida, el semiciclo negativo de cada onda quedar suprimido, es decir, que la tensin que le llegue a la carga ser la lnea ondulada de color gris.

Imagen 21: Onda trifsica de un transformador rectificada. Fuente: Elaboracin propia.

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Analizando la imagen 21 podemos observar que cada bobina alimentar la carga durante 1/3 del periodo y cada diodo estar conduciendo durante tanto tiempo como la corriente de su bobina sea superior que la de las dems. La lnea de trazos de la imagen representa la duracin de un ciclo, tal y como puede observarse. Como la corriente de alimentacin de la carga la aportan tres bobinas en cada ciclo, esta ser ms continua.

Rectificador Trifsico de Onda completa.

Si ahora disponemos de un puente hexadiodo, de manera que podamos rectificar el semiperiodo negativo, que antes quedaba anulado, la tensin producida ser an ms continua que en los casos anteriores.

Imagen 22: Rectificador trifsico de onda completa.

Potencia Aplicada. Unidad Uno 3

Fuente: Elaboracin propia.

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Podemos observar como ahora, nuestro transformador, tiene a la salida de cada bobina dos diodos, de manera que se rectificar la onda completa. Para aclarar ms an el funcionamiento, vamos a representar las bobinas R, S y T desfasadas en el espacio 120, pues constructivamente es como se encuentran. Imaginemos que la produccin de corriente comienza en la bobina R-S (onda roja), siendo el semiperiodo positivo el que se produce a la salida de R. La corriente por tanto circular hasta D1 que, por ser positiva, lo atravesar hasta la carga R y retornar por D5 hasta la bobina S. 180 despus, se producir el semiperiodo negativo, por lo que al haber cambiado el sentido de la corriente, el positivo estar a la salida de la bobina S, atravesar el diodo D2 en direccin a la carga, retornando por D4 hasta la bobina R.

Imagen 23: Conexionado trifsico en estrella.

Fuente: Elaboracin propia.

Esta secuencia la repetimos para las bobinas S-T (onda verde), actuando D2 y D6 para el semiperiodo positivo y D3 y D5 para el semiperiodo negativo; y para las bobinas T-R (onda azul), en cuyo caso la secuencia ser D3 y D4 para la semionda positiva y D1 y D6 para la semionda negativa. Ya slo queda hacer un matiz, y es que el desfase entre el semiperiodo positivo y negativo es de 180, mientras que el desfase entre arrollamientos es de 120, por lo que antes de que el semiciclo de una de las bobinas haya finalizado, se estar produciendo la siguiente onda en otro arrollamiento. Esto queda de manifiesto si en la representacin senoidal de un transformador trifsico, se solapan los semiciclos positivos y negativos.

Imagen 24: Rectificador trifsico de onda completa.

Fuente: Elaboracin propia. Pulsa sobre la imagen para ampliarla.

Potencia Aplicada. Unidad Uno 4

Puede apreciarse como ahora el aporte de tensin es cada 1/6 del periodo, resultando una tensin an ms continua que en los casos anteriores. Si depuramos las partes de la onda que no afectan a la alimentacin de la carga, resultar una seal como la que muestra la imagen inferior:

Imagen 25: Seal resctificada.

Fuente: Elaboracin propia.

El programa Schematics.

Schematics es un programa de interfaz grfica en el cual pueden colocarse directamente y de manera muy sencilla componentes elctricos y/o electrnicos e interconectarlos entre s, para realizar simulaciones. Este programa posee una interfaz directa a otros programas de DesignLab Eval 8, que le permiten integrar en un solo ambiente diferentes funciones. En forma resumida mediante Schematics usted puede realizar las siguientes tareas:

o Disear y dibujar circuitos. o Simular circuitos utilizando Pspice. o Analizar resultados de simulacin de circuitos a travs grficos elaborados

mediante el programa Probe. o Tener acceso directo a los diferentes dispositivos analgicos y digitales

contenidos en la librera del paquete en general.

Entorno del programa Schematics.

Para arrancar un nuevo proyecto de simulacin de transitorio utilizando el programa Schematics de MicroSim Corporation usted debe ir al men de inicio en la

barra de tareas de Microsoft Windows, hacer click y posteriormente a programas/DesignLab Eval 8 en el cual debe seleccionar la opcin Schematics que presenta el siguiente icono: Una vez realizado esto aparecer una ventana similar a la mostrada en la figura que representa la interfaz grfica del programa Schematics.

Potencia Aplicada. Unidad Uno 5

o La barra de mens y la barra de herramientas de Schematics.

El programa Schematics presenta una barra de mens similar a la de cualquier programa o aplicacin de Windows, tal y como puede observarse en la figura 1.1 (caracterizada por los nombres File, Edit, Draw, Navigate, etc...). Debajo de esta barra aparece la barra de herramientas, con una serie de botones que permiten acceder fcilmente a las opciones ms importantes de la barra de mens. En la figura se observan los botones que contiene la barra de herramientas de la aplicacin Shematics, necesarios para realizar las simulaciones requeridas y de los cuales se dar una breve descripcin a continuacin.

Potencia Aplicada. Unidad Uno 7

DESARROLLO. En MicroSim 8, en la herramienta Schematics se implement el siguiente circuito.

En donde para hacer una buena simulacin se debe de fijar muy bien que los negativos de las fuentes estn, los tres, direccionadas al neutro, y los positivos, cada uno, vaya hasta los diodos de su dependiente lnea. Las tres fuentes de voltaje son 220V cada una (VAMPL=220), y tienen un desfasamiento de 120 grados entre s. V1 > (Phase = 0), V2 > (Phase = 120) y V3 > (Phase = 240). Donde se tiene que dar doble clic en cada una para cambiar sus propiedas, en ejemplo se mostrar la fuente V2: Despus se van a modificar las condiciones de simulacin (en estado transitorio) sern: Print step = 10Useg, Final Time = 32mseg, No-Print Delay = 0 y Step Ceiling = 10useg. La

Potencia Aplicada. Unidad Uno 8

imagen que se muestra es la que se debe de modificar (Se seala en rojo donde se debe de dar clic): Ahora bien, comienza la simulacin:

Graficar los voltajes V1N [Voltaje de fuente1 a neutro V(V1:+,N)], V2N yV3N e imprimir las grficas. Graficar las corrientes de las fases de V1 [I(V1)], V2 y V3.

Potencia Aplicada. Unidad Uno 9

Graficar el voltaje de salida V(R1:2). Graficar la corriente de D1 [I(D1)], D2 y D3. Si el valor pico de la corriente se expresa en Kiloamperios (kA), debe dividirse entre 1k (1000).

Grafique el espectro de frecuencia de la corriente de la fase de V1 utilizando la opcin de Fourier del simulador.

Potencia Aplicada. Unidad Uno 10

ANLISIS DE RESULTADOS. Una manera de estudiar o analizar el rectificador trifsico es dividindolo en dos partes:

Rectificador tipo P:

Sera la parte de circuito compuesta por los diodos D1, D2y D3 funcionando como un detector de mximo. En cualquier instante permitir conectar a la carga la mayor de las tensiones trifsicas.

Rectificador tipo N:

Estara compuesto por los diodos D4, D5y D6, funcionando como un detector de mnimo. En cualquier instante permitir conectar a la carga la menor de las tensiones trifsicas. Con la unin de ambas partes conseguimos que durante todo el tiempo se conecte el mayor de las tres tensiones a uno de los terminales de la carga y al otro terminal el menor de dichas tensiones.

APNDICES.

Material:

MicroSim Desing Eval 8