Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Facultad de Ciencias de la Electrónica

Control de Máquinas Eléctricas

Profesor: Edgar Peralta Sánchez

Práctica 1:

Rectificador Trifásico

Alumnos:

Gilberto Portada Nolasco

Juan Carlos Juárez Cuacenetl

Josue Beristain Contreras

Julián Vásquez Domínguez

Verano 2015

Introducción

El propósito de un rectificador de onda completa es generar una tensión o una corriente continua o que tenga una componente continua especificada. La salida del rectificador de onda completa presenta menos rizado que el rectificador de media onda.

Este reporte muestra los resultados de una simulación y también experimentales de un rectificador de onda completa trifásico, se analizan voltajes en diversos elementos y de línea a línea.

Objetivos

Comprobar experimentalmente el funcionamiento de un rectificador trifásico.

Marco teórico

El circuito rectificador se muestra en la siguiente imagen. El generador de tensión está equilibrado y la secuencia de fases es a-b-c. Suponiendo que el generador y los diodos son ideales, se tienen algunas observaciones a partir de un análisis inicial.

1. La ley de Kirchhoff para las tensiones aplicada al circuito muestra que solo puede conducir un diodo a la vez en la mitad superior del puente (D1, D3 o D5). El diodo en estado de conducción tendrá su ánodo conectado a la tensión de fase de mayor valor en ese instante.

2. La ley de Kirchhoff para las tensiones también muestra que solo puede conducir un diodo a la vez en la mitad inferior del puente (D2, D4 y D6). El diodo en estado de conducción tendrá su cádodo conectado a la tensión de fase de menor valor en ese instante.

3. D1 y D4 no podrán conducir al mismo tiempo como consecuencia de las observaciones 1 y 2. De la misma manera, tampoco podrán conducir simultáneamente D3 y D6, ni D5 y D2.

4. La tensión de salida en la carga es una de las tensiones de línea a línea del generador. Por ejemplo, cuando D1 y D2 conducen, la tensión de salida es vca. Además, la tensión línea a línea de mayor valor determinará los diodos que estarán en conducción. Por ejemplo, cuando la mayor tensión línea a línea sea vca, la salida será vca.

5. Existen seis combinaciones de tensiones línea a línea (tres fases combinadas de dos en dos). Si consideramos que un periodo del generador son 360°, la transición de la tensión línea a línea de mayor valor deberá producirse cada 360°/6=60°. El

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circuito se denomina rectificador de seis pulsos debido a las seis transiciones que se producen en cada periodo de la tensión del generador.

6. La pulsación fundamental de salida es 6ω, donde ω es la pulsación del generador trifásico.

En la siguiente figura se muestran las tensiones del generador, las combinaciones de tensiones línea a línea resultantes en un generador trifásico equilibrado, y las corrientes en los diodos para una carga resistiva:

En una fuente conectada en estrella trifásica, el voltaje de línea a línea es √3 veces el voltaje de fase.

El voltaje promedio de salida se encuentra a partir de

V cd=2

2 π6

∫0

π6

√3V mcosωtd (ωt)¿3√3πV m=1.654V m

El autotransformador es un transformador de características especiales, con bornes accesibles, lo que permite seleccionar el número de vueltas por las cuales fluye corriente en una bobina, permitiendo así manipular la razón de transformación.

Desarrollo

Se utilizó el programa PSIM para simular el circuito.

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A

V

V

V

Las fases se configuraron a 0°, -120° y -240° respectivamente, cada una con 60 Hz y 110 V pico. La resistencia tiene un valor de 120Ω.

En la práctica, se utilizó un autotransformador trifásico, se usaron diodos 1N5400, que soportan hasta 3 A y 1000 V, y como resistencia de carga se utilizó una resistencia de 10kΩ.

El circuito se muestra en la imagen siguiente, es el mismo circuito que el de la simulación, excepto que las fuentes no se conectaron directamente, sino que se utilizaron las salidas del autotransformador para disminuir riesgos de choques eléctricos pues las fuentes utilizadas entregan 220V de línea a línea.

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Resultados

Simulación

Las curvas resultantes fueron:

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05Time (s)

0

-100

-200

100

200

Va Vb Vc Vab

Figura 1: Voltajes de las fuentes y el voltaje entre las líneas a y b

En la Figura 1 se observa que las fuentes están desfasadas 120°, y se ve que el voltaje línea a línea √3 veces el voltaje de una fase (tomando el voltaje pico se tiene: 110 V * √3 = 190.5 V).

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Time (s)

0

-50

50

100

150

200

VR VD1

Figura 2: Voltaje en la resistencia y voltaje en el diodo 1

En la Figura 2 se ve que el voltaje en la resistencia es un voltaje dc que concuerda con los voltajes de línea a línea rectificados, es decir, con una amplitud máxima de 190.5 V. Por otro lado, el voltaje en el diodo es cero cuando conduce, y dada la ubicación de las puntas del voltímetro (punta roja en el cátodo y punta negra en el ánodo) en esta simulación, el voltaje que cae en el Diodo 1 es positivo.

5

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Time (s)

0

-1

-2

1

2

Ia

Figura 3: Corriente en la fuente a

En la Figura 3 se observa que la corriente en la fase a tiene forma alterna, donde hay una corriente cero durante 60°, se tiene una corriente positiva durante 120°, después nuevamente una corriente cero durante 60° y finalmente una corriente negativa para los siguientes 120° del periodo.

Experimento

En la práctica fue necesario tomar en cuenta el tipo de carga para el rectificador trifásico, para el caso en que se trata de una carga resistiva basta tomar en cuenta que la resistencia soporte el voltaje de salida del rectificador que es √3 del valor del voltaje de una fuente. Entonces con esto también se considera la potencia que soporta la carga

Para los voltajes de cada fase, se midieron con el multímetro en modo ac (valores rms) los siguientes valores Va=5.9V, Vb=5.7V y Vc=5.57V de corriente alterna, también los voltajes de fase a fase fueron los siguientes Vab=10.08V, Vac=9.94V y Vbc=9.96V.

En la Figura 4 se muestran los voltajes Va y Vb, por observación se tienen 1.7 cuadros para Va, por lo tanto su voltaje es de 1.7*5V = 8.5V, mientras que tomando el valor medido por el multímetro Va = 5.9V (rms), su valor pico es Vapico = 5.9V*√2 = 8.3V.

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Figura 4: Voltajes de fases (Va y Vb)

En la Figura 5 se puede observar que la curva ocupa aproximadamente 2.8 cuadros en el eje de amplitud, con una escala de 5 volts por cuadro, por lo que el voltaje de pico observado es gráficamente 2.8*5V = 14V. Lo que concuerda con el valor medido con el multímetro que fue Vab=10.08V, y obteniendo el valor pico se tiene Vabpico = 10.08V*√2 = 14.2V.

Figura 5: Voltaje de fase a fase (Vab)

En la Figura 6 se observa el voltaje en el Diodo 1, la punta roja del osciloscopio fue puesta en el cátodo, por lo que el voltaje en el diodo cuando no conduce es positivo en la figura 6.

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Figura 6: Voltaje en el Diodo 1 (D1)

En las Figuras 7 y 8 se tiene la señal de salida conectada a una resistencia, se tienen por observación 2.8 cuadros en el eje vertical, por lo que se tienen 2.8*5V = 14V pico, que es el valor real aproximado teóricamente y por lo medido en el voltímetro.

Ilustración 7: Tierra de la señal de salida

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Figura 8: Voltaje de salida en la resistencia

Conclusiones:

Se comprobó la alta similitud de los resultados de la simulación y la práctica, en cuanto a los voltajes de fase y su desfase, los voltajes de línea a línea, el voltaje en un diodo y el voltaje de salida conectada a una carga resistiva. Los valores observados en el osciloscopio no se pudieron tomar con mucha precisión por las condiciones del osciloscopio, sin embargo se pudo tener una buena aproximación. Los resultados se analizaron mejor al compararlos con las mediciones con voltímetro.

Se aprendió a considerar las características eléctricas de los elementos y a tomar medidas de precaución por trabajar con voltajes que pueden representar un riesgo a la salud.

En la práctica se comprobó que se cumple el comportamiento descrito en la simulación y la base teórica.

Referencias:

[1]. Wart, Daniel; Electrónica de Potencia.[2]. Rashid, Muhammad H.; Electrónica de Potencia: Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones.

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