Logo Studenta

informe-rectificadores-con-diodos

¡Estudia con miles de materiales!

Vista previa del material en texto

lOMoAR cPSD|3741347 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
lOMoAR cPSD|3741347 
1 
 
 
 
L 
Práctica 5 
Rectificadores con Diodos 
 
 
James Ángelo H. B., Jose Miguel M. L., Jesús Daniel V. M 
 
Subgrupo 4 
Laboratorio de Electrónica de Potencia – Programa de Ingeniería Eléctrica 
Universidad Tecnológica de Pereira – septiembre 27 de 2018 
 
 
Resumen— En esta práctica se simulan circuitos rectificadores 
de onda monofásicos y trifásicos con diodos genéricos y se evalúa 
el desempeño de estos en diferentes configuraciones, parámetros 
como valores eficaz y medio se miden para llevar a cabo esta tarea. 
 
Palabras clave— Diodos, circuitos rectificadores. 
 
I. INTRODUCCIÓN 
OS diodos son elementos no lineales que idealmente actúan 
como circuito abierto ante una polarización ánodo-cátodo 
con tensión negativa y como corto circuito ante una 
polarización positiva, en estos estados, se dice que el diodo está 
en no conducción o en conducción, respectivamente. Esto 
permite que sean utilizados como dispositivos rectificadores. 
 
Un diodo real tiene una caída de tensión cuando está en 
conducción y una corriente de fuga mientras están en no 
conducción, además, no pasan de un estado de conducción a no 
conducción y viceversa instantáneamente, todas estas 
características producen pérdidas durante su funcionamiento. 
 
II. OBJETIVO 
Familiarizar al estudiante con los circuitos rectificadores tipo 
puente monofásicos y trifásicos basados en diodos y su 
comportamiento usando diferentes cargas. 
 
III. RESULTADOS Y ANÁLISIS 
A. Rectificador tipo puente monofásico no controlado. 
1. Se implementó el circuito de la Figura 1, la alimentación fue 
el lado secundario de un transformador de 115V a 24V, el resto 
de parámetros se encuentran en la Figura 1 Circuito rectificador 
de onda completa con puente de diodos y carga RL Mediante el 
osciloscopio se obtuvo la forma de onda para la tensión a través 
de la carga R-L y la corriente en la carga y en la fuente, debido 
a que el osciloscopio sólo mide tensiones, para obtener la forma 
de onda de la corriente en la fuente, se conectó una resistencia 
de 47Ω a 5W que era la resistencia mas pequeña disponible en 
el almacén, y para la forma de onda de la corriente en la carga, 
se obtuvo la forma de onda de la tensión en la resistencia en 
serie con la inductancia. 
 
 
 
Figura 1 Circuito rectificador de onda completa con puente de diodos 
y carga RL 
 
 
Los datos obtenidos se muestran en la Figura 2 y Figura 3. 
 
Figura 2 Forma de onda de la tensión y corriente en la carga. 
 
Figura 3 Forma de onda de la corriente en la fuente. 
 
lOMoAR cPSD|3741347 
2 
 
 
 
𝑇 
Para obtener el valor RMS y medio de cada forma de onda, 
primero se asumen formas de onda sinusoidales, y luego se 
obtienen los valores máximos y mínimos de estas, y se aplican 
las siguientes ecuaciones 
Tabla 1 Datos RMS medidos y calculados en las simulaciones 
 
 
𝐹 = √
1 
( ) 
2
 
 
 
Debido a que en la simulación se utilizaron diodos ideales e 
𝑅𝑀𝑆 ∙ (𝑓 𝑡 ) 𝑇 
∙ 𝑑 
inductancias sin resistencia interna, los resultados teóricos y 
1 𝑡0+𝑇 
𝐹𝑀𝑒𝑑𝑖𝑜 = ∙ ∫ 𝑓(𝑡) ∙ 𝑑𝑡 
𝑡0 
Para una forma de onda sinusoidal rectificada de la forma 
𝑓(𝑡) = |A ∙ sin(2𝜋𝑡)| 
𝐴 
prácticos son distintos. 
 
2. Se cambió la resistencia de 12Ω por una resistencia de 50Ω 
dejando la misma inductancia y se realizó el mismo 
procedimiento descrito anteriormente. 
𝐹𝑅𝑀𝑆 = 
√2 
2 
𝐹𝑀𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝐴 ∙ 𝜋 
Para una forma de onda sinusoidal de la forma 
𝑓(𝑡) = 𝐴 ∙ sin(2𝜋𝑡) 
𝐴 
𝐹𝑅𝑀𝑆 = 
√2 
𝐹𝑀𝑒𝑑𝑖𝑜 = 0 
El osciloscopio disponible en el laboratorio tiene integrado este 
cálculo, y se obtuvieron los siguientes resultados. 
 
VRL-RMS=10V 
VRL-Medio=8.8V 
 
VR-RMS=12.4V 
VR-Medio=10.8V 
 
Para encontrar la corriente promedio y RMS, como se sabe que 
en una resistencia 
 
Figura 4 Tensión y corriente en la carga 
 
entonces 
𝑉 = 𝐼 ∙ 𝑅 
 
1 𝑇 2 1 𝑇 𝑣(𝑡) 
2
 
𝐼𝑅𝑀𝑆 = √ ∫ (𝑖(𝑡)) 𝑑𝑡 = √ ∫ ( ) 𝑑𝑡 
𝑇 0 
1 𝑇 1 
𝑇 0 𝑅 
 
 
2 1 1 𝑇 2 
𝐼𝑅𝑀𝑆 = √ ∫ 
𝑇 0 𝑅
2 (𝑣(𝑡)) 𝑑𝑡 = 
√ 
𝑅 𝑇 
∫ (𝑣(𝑡)) 𝑑𝑡 
0 
Figura 5 Corriente en la fuente 
 
1 
𝐼𝑅𝑀𝑆 = 𝑅 
∙ 𝑉𝑅𝑀𝑆 
Similarmente se llega a que 
Tabla 2 
1 
𝐼𝑀𝑒𝑑𝑖𝑜 = 𝑅 
∙ 𝑉𝑀𝑒𝑑𝑖𝑜 
Sabiendo que R=15Ω, entonces 
IR-RMS=827mA 
IR-Medio=720mA 
 
Para la corriente en la fuente se sigue el mismo procedimiento 
y se obtiene 
 
 
En este caso, al aumentar la resistencia de la carga, la regulación 
del rectificador mejora bastante, las pérdidas en los diodos 
todavía inducen diferencias entre los valores calculados y los 
teóricos. 
 
3. Se cambió la inductancia de 10mH por una inductancia de 
IS-RMS=289.4mA 
IS-Medio=0A 
 
Con estos datos se llena la siguiente tabla 
100mH dejando la resistencia de 50Ω y se realizó el 
procedimiento descrito anteriormente arrojando los siguientes 
resultados. 
Vo 
(calc) 
Vo 
(med) 
Io 
(calc) 
Io 
(med) 
Is 
(calc) 
Is 
(med) 
9,87V 10V 658mA 827mA 658mA 289.4mA 
 
Vo 
(calc) 
Vo 
(med) 
Io 
(calc) 
Io 
(med) 
Is 
(calc) 
Is 
(med) 
19.6V 18.4V 186mA 112mA 186mA 130mA 
 
 
lOMoAR cPSD|3741347 
3 
 
 
 
 
 
Figura 6 Corriente y tensión en la carga con la corriente (Curva 
amarilla) invertida 
 
 
Tabla 3 
 
Vo 
(calc) 
Vo 
(med) 
Io 
(calc) 
Io 
(med) 
Is 
(calc) 
Is 
(med) 
19.6V 9.6V 150mA 96mA 150mA 100mA 
 
En este caso, la regulación de corriente mejora, debido a que la 
inductancia se opone a cambios bruscos de corriente, y entre 
más alta sea el valor de esta, más oposición habrá. 
 
 
4. Se implementó el circuito de la Figura 7 y se repitió el 
procedimiento realizado hasta ahora obteniendo los siguientes 
resultados. 
 
Tabla 4 
 
Vo 
(calc) 
Vo 
(med) 
Io 
(calc) 
Io 
(med) 
Is 
(calc) 
Is 
(med) 
9,87V 9.6V 658mA 700mA 658mA 856mA 
 
En este caso se observó una mejoría en la corriente medida 
debido al diodo volante pues cuando los diodos del puente de 
diodos estén en no conducción, debido a la energía almacenada 
en la inductancia, el diodo volante entra en conducción y 
permite la libre circulación de esa corriente, lo que a su vez 
impide un corte abrupto de esta. 
 
Figura 7 Circuito rectificador monofásico tipo puente con carga RL y 
diodo volante 
5. Se montó el circuito de la Figura 8, la resistencia R y R1 son 
para obtener la forma de onda de la corriente de la fuente y de 
la carga RC respectivamente. Luego se obtuvieron los valores 
RMS y medio de cada variable obtenida mediante el mismo 
procedimiento que se ha llevado a cabo hasta ahora. 
 
 
Figura 8 Circuito rectificador monofásico tipo puente con diodos y 
carga R-C. 
 
VRC-RMS=3.04V IRC-RMS=196mA 
VRC-Medio=2,72V IRC-Medio=160mA 
 
IS-RMS=9.6V 
IS-Medio=0V 
 
En este caso se observa que la capacitancia reduce el rizado de 
la tensión en la carga debido a que es un dispositivo que se 
resiste a cambios bruscos de tensión o de lo contrario la 
corriente a través de él sería infinita. 
 
6. Se cambió la capacitancia de 10μF por una capacitancia de 
100μF. Y se midieron los mismos parámetros. 
 
VRC-RMS=3.51V IRC-RMS=201mA 
VRC-Medio=3.42V IRC-Medio=160mA 
 
IS-RMS=9.6V 
IS-Medio=0V 
 
Se observa que al aumentar el valor de la capacitancia, el 
atributo de regulación de tensión en la carga aumenta debido a 
que a mayor capacitancia, mayor energía almacenada, y a 
mayor energía almacenada, mayor resistencia al cambio en la 
tensión. 
 
7. Se implementó el circuito de la Figura 9, en donde las 
tensiones VA, VB y VC fueron obtenidas de tres 
transformadores monofásicos que se conectaron en Y-Y, 
primero se revisaron las marcas de polaridad para realizar la 
conexión exitosa. 
 
Figura 9 Circuito regulador trifásico con carga RL 
 
lOMoAR cPSD|3741347 
4 
 
 
 
Luego se obtuvieron las formas de onda para la tensión a través 
de la carga R-L, la corriente en la cargay en la fuente de 
alimentación. 
 
Figura 10 Corriente y tensión en la carga. 
VRMS=5.20V 
VMedio=0V 
 
IRMS=110.6mA 
IMedio=0A 
 
Tabla 5 
 
Vo [V] Io [mA] Is [mA] f.p. 
Calc Med Calc Med Calc Med Calc Med 
17.95 18,1 361.7 380 974.1 856 0.98 0.80 
 
THD para las corrientes de la carga: 15.24 
THD para las corrientes de la fuente: 0.3 
 
THD para las tensiones de la carga: 678.4 
THD para la tensión de la fase A de la fuente: 1.1 
 
El THD se puede interpretar como el grado de parecido de una 
señal con una señal sinusoidal pura, entre más cercano sea a 1, 
mas parecido a una señal sinusoidal es, por esto, el THD para 
la tensión en la carga es tan alto, porque como está rectificado, 
su parecido con una señal sinusoidal pura no es mucho. 
 
8. Se conectó un diodo en paralelo con la carga RL y se repitió 
el procedimiento del numeral 7 con los siguientes resultados. 
 
Tabla 6 
 
Vo [V] Io [mA] Is [mA] f.p 
Calc Med Calc Med Calc Med Calc Med 
17.95 18.8 382.1 374.6 974.1 943 0.99 0.89 
 
THD para las corrientes de la carga: 15.24 
THD para las corrientes de la fuente: 0.3 
 
THD para las tensiones de la carga: 678.4 
THD para la tensión de la fase A de la fuente: 1.03 
 
 
IV. CONCLUSIONES 
• A partir de los datos y gráficas mostrados a lo largo de este 
informe, los diodos conectados como fuente pueden ser 
utilizados para rectificar la corriente y tensión en una carga. 
• Tal como se puede observar en la Figura 3, los rectificadores 
modifican la forma de onda de la tensión de la fuente, esto se 
ve en las zonas donde esta tensión se hace cero. 
• Al introducir inductancias en la carga, se regula la corriente, 
reduciendo su rizado, esto se puede ver comparando las figuras 
Figura 2 y la Figura 4. 
• La introducción de un capacitor en paralelo con la carga 
mejora la regulación de tensión, tal como se muestra en el 
numeral 6 del procedimiento y resultados. 
• Un rectificador trifásico entrega una señal monofásica a una 
carga, tal como se muestra en la Figura 10. 
• Un rectificador trifásico introduce armónicos a la red tal 
como se puede ver en el valor de la distorsión armónica total 
(THD) en los numerales 7 y 8. 
• La introducción de un diodo volante en paralelo con una 
carga mejora el THD tal como se ve en el numeral 8.

Otros materiales