Electrónica A/D

PRACTICA Nº 3

1. TEMA: RECTIFICACIÓN TRIFASICA DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA

2. OBJETIVOS:

Realizar circuitos simulados para lograr la rectificación trifásica de media onda y onda completa comprobando así la teoría expuesta.

Comparar los cálculos realizados con los datos medidos dentro del circuito simulado validando así los resultados.

3. MATERIALES:

Software de simulación electrónica.

4. MARCO TEORICO

4.1 Generadores de corriente alterna (alternadores).

La corriente que se genera mediante los alternadores aumenta hasta un pico, cae hasta cero, desciende hasta un pico negativo y sube otra vez a cero varias veces por segundo, dependiendo de la frecuencia para la que esté diseñada la máquina. Este tipo de corriente se conoce como corriente alterna monofásica. Sin embargo, si la armadura la componen dos bobinas, montadas a 90º una de otra, y con conexiones externas separadas, se producirán dos ondas de corriente, una de las cuales estará en su máximo cuando la otra sea cero. Este tipo de corriente se denomina corriente alterna bifásica. Si se agrupan tres bobinas de armadura en ángulos de 120º, se producirá corriente en forma de onda triple, conocida como corriente alterna trifásica. Se puede obtener un número mayor de fases incrementando el número de bobinas en la armadura, pero en la práctica de la ingeniería eléctrica moderna se usa sobre todo la corriente alterna trifásica, con el alternador trifásico, que es la máquina dinamoeléctrica que se emplea normalmente para generar potencia eléctrica.En resumen. Si rotamos un campo magnético a través de una bobina entonces se produce un voltaje monofásico como se ve a continuación:

En cambio, si colocamos tres bobinas separadas por ángulos de 120° se estarán produciendo tres voltajes con una diferencia de fase de 120° cada uno.

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4.2 Rectificacion trifasica de media onda

Este tipo de rectificador, cuya construcción resulta muy barata, ya que solamente utiliza tres diodos, se puede usar para alimentar de pequeños aparatos o circuitos de corriente continua, desde una línea trifásica de corriente alterna, siempre y cuando no represente un gran problema el rizado de la corriente rectificada que, como se ve en la figura, está formada por tres impulsos por cada periodo de la corriente alterna aplicada. El transformador de alimentación debe tener punto neutro en su secundario, por lo cual se utilizarán siempre secundario en estrella o en zig-zag, y que sea capaz de soportar la corriente rectificada Id, cuyo valor es un 70% mayor que el de la corriente alterna, del secundario del transformador, o sea Id=1,7 Iv. Con carga óhmica la tensión rectificada de salida Vd es aproximadamente el 60% de la tensión alterna eficaz Vv, aplicada a los diodos.Este tipo de rectificador es muy poco utilizado, ya que con tres diodos más se consigue un rectificador trifásico de onda completa, como el que veremos a continuación, cuya corriente rectificada tiene un rizado mucho menor.

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4.3 Rectificador trifásico de onda completa (puente trifásico)

Con este tipo de rectificador trifásico el aprovechamiento del transformador es excelente, el rizado muy pequeño y la intensidad rectificada obtenida Id es un 20% superior a la corriente suministrada por el transformador Iv.

En este tipo de rectificadores también hay que tener muy en cuenta, cuando se elige o diseña al transformador de alimentación, que la tensión rectificada Vd es un 20% superior a la tensión alterna del secundario del transformador Vv.

El funcionamiento es muy sencillo y está marcado por flechas en la figura. cuando un fase de alterna alcanza sus valores máximos, en la semionda positiva, como en el caso de la fase inferior del dibujo, el ánodo de su diodo de salida es positivo con respecto a los ánodos de los otros diodos (diodo D1 en este Caso), y la corriente fluye a través de D1, carga, D5 y D6, y de igual forma fluye la corriente cuando las otras fases alcanzan sus valores máximos positivos, por los caminos siguientes: D2, carga, D4, D6, y D3, carga, D4, D5.

De esta forma todos los semiciclos de las tres fases, tanto positivos como negativos, circulan por la carga en la misma dirección, en forma de una corriente rectificada, sin apenas ondulación, lo más parecida a una corriente continua pura. Por tal motivo este tipo de rectificador de diodos de silicio es el más empleado en rectificadores de media y gran potencia.

4.4 Aplicaciones

También actualmente es el más utilizado actualmente, para circuitos de media y gran potencia.

La alimentación trifásica permite tener también tensiones para cargas monofásicas y, mediante rectificación electrónica, tensión continua de alta calidad para cargas como sistemas electrolíticos y motores de corriente continua.

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4.5 Ventajas

Un generador trifásico produce potencia constante, en tanto que un monofásico produce potencia pulsante.

Un generador trifásico aprovecha mejor el espacio físico, por lo que resulta de un tamaño más reducido.

En sistemas trifásicos se tienen las dos alternativas de distribución: monofásica y trifásica, permitiendo la alimentación de consumos domiciliares e industriales.

Los consumos trifásicos en general mantienen balanceado el sistema.

4.6 Alternador Del Automóvil

El alternador igual que la antigua dinamo, es un generador de corriente eléctrica que transforma la energía mecánica que recibe en su eje en energía eléctrica que sirve además de cargar la batería, para proporcionar corriente eléctrica a los distintos consumidores del vehículo como son: el sistema de alimentación de combustible, el sistema de encendido, las luces, los limpias parabrisas, etc.

4.7 Características del alternador trifásico

Entrega de potencia incluso en ralentí. Los diodos además de convertir la corriente alterna en corriente continua, evitan que la tensión de la batería se descargue a través del alternador cuando el motor esta parado o el alternador no genera corriente (avería). Mayor aprovechamiento eléctrico (es decir, a igualdad de potencia, los alternadores son más ligeros que las dinamos). Larga duración (los alternadores de automóviles presentan una vida útil similar a la del motor del vehículo; hasta 150.000 Km., por lo que no requieren mantenimiento durante ese tiempo). Los alternadores mas resistentes para vehículos industriales, se fabrican en versiones sin anillos colectores, bien sea con posibilidades relubricación o provistos de cojinetes con cámaras con reserva de grasa. Son insensibles a influencias externas tales como altas temperaturas, humedad, suciedad u vibraciones. Pueden funcionar en ambos sentidos de giro sin requerir medidas especiales, siempre que la forma del ventilador que lo refrigera, sea adecuada al sentido de giro correspondiente.

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5. PROCEDIMIENTO

5.1 Media Onda:

A) Diseñe un circuito de rectificacion trifasica de media onda que entregue a la salida 12 Vcc.

Circuito:

Calculos:V med=V máx×0.826

V máx=V med

0.826= 12V0.826

=14.52V

V máx=V p−0.6V

V p=V máx+0.6V=14.52V +0.6V=15.12V

V p=V fase

0.707

V fase=V p×0.707=15.12V ×0.707=10.69V

iRC=V RC

RC= 12V1K Ω

=12mA

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B) Armar el circuito diseñado en el simulador. Mostrar la forma de onda obtenida sobre la RC. Medir además el voltaje medio en RC y la corriente. (el valor de las fuentes de voltaje se obtiene en el diseño del punto anterior)

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C) Desconectar una de las fases o colocar en 0V una de las fuentes. Muestre y explique la forma de onda obtenida sobre RC.

Explicación: Cuando se procedió a armar el circuito, el voltaje eficaz de fase para las tres fuentes fue de 10.69V, pero al momento de colocar en 0V una de las fuentes se anula un diodo y lo que se obtiene son dos ondas desfasadas la una de la otra, por lo tanto lo que se observa es una onda que resulta de la unión de dos fases ya que la otra fase no existe y se nota claramente que cada dos picos el voltaje desciende a 0V.

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D) Desconectar dos de las tres fases o colocar en 0 dos de las tres fuentes. Muestre y explique la forma de onda obtenida sobre RC.

Explicación: Al momento de colocar en 0V dos de las fuentes se anulan dos diodos y trabajaría solo uno y por ende solo una fase (en este caso t) y lo que se observa es una onda que corresponde a una corriente continua pulsante y por eso observamos un solo pico, lo cual nos dice que nuestro circuito se convirtió en un circuito rectificador monofásico de media onda.

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5.2 Onda Completa:

A) Diseñe un circuito de rectificación trifásica de onda completa (puente trifasico) que entregue a la salida 12 Vcc.

Circuito:

Calculos:V med=V máx×0.951

V máx=V med

0.826= 12V0.951

=12.61V

V máx=V pL−1.2V

V pL=V máx+1.2V=12.61V +1.2V=13.81V

V pL=V L0.707

V L=V pL×0.707=13.81V ×0.707=9.76V

V fase=V L

√3=9.76V

√3=5.64V

iRC=V RC

RC= 12V1K Ω

=12mA

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B) Armar el circuito diseñado en el simulador. Mostrar la forma de onda obtenida sobre la RC. Medir además el voltaje medio en RC y la corriente. (el valor de las fuentes de voltaje se obtiene en el diseño del punto anterior)

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C) Desconectar una de las fases o colocar en 0V una de las fuentes. Muestre y explique la forma de onda obtenida sobre RC.

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EXPLICACION: Rectifica a onda completa solo las dos fases conectadas. Cuando se desconecta una fase se produce un puente entre las dos fases sobrantes. Al colocar en 0V una de las fuentes se logra la rectificación monofásica de onda completa, pero alimentando con un voltaje de línea.

6. CONCLUSIONES

Cabe destacar sobre el estudio de los circuitos, el conocimiento teórico sobre el tema, ya que sede este dependerá el saber analizarlos y saber llevar situaciones que se nos presente en la práctica.

Para ambos casos los valores medidos en el software varían ligeramente con los calculados, pero no son variaciones altas y por tanto los circuitos armados tienen su validez.

Se puede ver claramente que cada fase rectificada tiene su lugar propio dentro del circuito rectificado, eso se nota al observar el espacio faltante en la gráfica de la rectificación trifásica de media onda desconectada una fase.

Al analizar los dos circuitos pensamos que el circuito de rectificación que es más favorable es el puente trifásico, económicamente es más costoso por el número de diodos que se usan, pero es el menos perjudicial ya que al momento de faltar una fase la onda que resulta de este circuito es de cierto modo más continua que de la rectificación de media onda, a la cual si se le quita una fase se le resta una señal a la onda y por esa señal faltante pueden perjudicarse aparatos electrónicos.

7. BIBLIOGRAFIA

Rashid, Muhammad. Electrónica de Potencia. Prentice Hall.

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http://www.sertec.com.py/telergia/informaciones/rectificadores2.html . http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/2001771/cap03/030501.html . Apuntes personales de la Materia Electricidad Automotriz I.

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