Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
UNIDAD I CIRCUITOS CON INTERRUPTORES Y DIODOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA ELECTRÓNICA INDUSTRIAL http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Definiciones: Carga: Conjunto de dispositivos eléctricos aguas abajo del interruptor. Interruptor: dispositivo que permite la circulación de corriente mediante la apertura o cierre del circuito. CIRCUITO RESISTIVO En la figura 1, se observa la configuración de un circuito resistivo, alimentado por una fuente de tensión continua. El interruptor Sw, se cierra en t = t1. CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Aplicando la ley de Kirchhoff de tensión en el circuito tenemos: CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Analizando la tensión en cada una de las componentes del circuito para todo instante de tiempo se obtiene: Circuito Resistivo: Figura 1 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Circuito Resistivo: La corriente por el circuito posterior al cierre de interruptor para t ≥ t1 es: CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Para observar los oscilogramas de tensión y corriente de este circuito se simulo, el circuito con una carga resistiva de 2Ω y una fuente de tensión de corriente continua de 10V. El interruptor se cierra a los 0,1s, permitiendo la circulación de corriente. http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Tensión sobre la Carga Resistiva Corriente en la Carga Resistiva Tensión en la fuente para la Carga ResistivaTensión en el interruptor para la Carga Resistiva http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ CIRCUITO RESISTIVO CAPACITIVO En la figura 2, se observa la configuración de un circuito resistivo capacitivo (RC), alimentado por una fuente de tensión continua. Aplicando el concepto de carga para este circuito, esta estaría conformada por la resistencia y el condensador en serie. El condensador se encuentra cargado a una tensión V1 antes de la operación del interruptor en t = t1. CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 2 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Circuito Resistivo Capacitivo Aplicando la ley de Kirchhoff de tensión en el circuito tenemos: CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Analizando la tensión en cada una de las componentes del circuito para todo instante de tiempo se obtiene: donde: http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Circuito Resistivo Capacitivo Para encontrar la corriente por el circuito posterior al cierre de interruptor t ≥ t1 es necesario resolver la ecuación diferencial que describe el comportamiento del circuito. CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Resolución de la Ecuación Diferencial en Corriente Derivando la ecuación anterior, se obtiene una ecuación diferencial en corriente para el circuito: http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Circuito Resistivo Capacitivo La solución a la ecuación diferencial, se obtiene como:. CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Para encontrar el valor de la constante k es necesario conocer las condiciones iniciales del circuito antes del cierre del interruptor Sw en el tiempo t = t1. Al sustituir la corriente en t = t1 en la ecuación, se obtiene la expresión de la corriente del circuito. http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Circuito Resistivo Capacitivo Para observar las formas de onda de tensión y corriente de este circuito, se simulara el circuito con una carga resistiva de 2Ω, capacitiva de 80µF y una fuente de tensión de corriente continua de 10V. El interruptor se cierra a los 0,1s, permitiendo la circulación de corriente. CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Tensión en la Carga RC Corriente en la Carga RC http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Circuito Resistivo Capacitivo CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Tensión en el interruptor con Carga RC Tensión de la fuente para la Carga RC http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Operación con Carga Capacitiva. Ic 0.02 0.03 0.04 0.05 -2 -1 0 1 2 3 V Fuente V Condensador FUENTE R L C Int. Sobre voltaje y sobre corriente al momento de conectar condensadores. Problemas de reencendido del arco luego de la apertura del interruptor. N o min alC ·V22·ΔV Figura 3 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ CIRCUITO RESISTIVO INDUCTIVO En la figura 4, se presenta un circuito resistivo inductivo alimentado por una fuente de corriente continua, el interruptor es accionado en t = t1. CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Para encontrar la corriente para t ≥ t1, se resuelve la ecuación diferencial de primer orden que describe el circuito. Figura 4 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Circuito Resistivo Inductivo Resolución de la Ecuación Diferencial en Corriente: La condición inicial al operara el interruptor de corriente es cero debido a que este se encuentra en estado abierto. CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Sustituyendo el valor de la condición inicial se encuentra el valor de la constate k. http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Circuito Resistivo Inductivo Para observar la tensión y corriente en la carga, simularemos el circuito con una carga resistiva de 2Ω, inductiva de 80mH y una fuente de tensión de corriente continua de 10V. El interruptor se cierra a los 0,1s, permitiendo la circulación de corriente. CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Tensión en la carga RL Corriente en la carga RL http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ CIRCUITOS CON INTERRUPTORES ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Operación con Carga Inductiva. FUENTE R L Int. =L/RTL Generación de sobre voltaje al momento de la apertura del interruptor. V en Int. I sistema Figura 5 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ EL DIODO El diodo ideal es un componente discreto que permite la circulación de corriente entre sus terminales en un determinado sentido, mientras que la bloquea en el sentido contrario. Es uno de los dispositivo mas importantes de los circuitos de potencia, aunque tienen, entre otras, las siguientes limitaciones: - Son dispositivos unidireccionales, no pudiendo circular la corriente en sentido contrario al de conducción. CIRCUITOS CON DIODOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ EL DIODO - El único procedimiento de control es invertir el voltaje entre ánodo y cátodo. - El paso del estado de conducción al de bloqueo en el diodo no se efectúa instantáneamente. CIRCUITOS CON DIODOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ EL DIODO Los diodo de potencia se caracterizan porque en estado de conducción, deben ser capaces de soportar una alta intensidad y una pequeña tensión. En sentido inverso, deben de ser capaces de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña Intensidad de fuga DIODO ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 6 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ DIODO ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Tipos de Diodos de Potencia Ánodo Cátodo (roscado) DO - 5 200V 60A Encapsulado cerámico 600V/6000A Alta Tensión 40.000V 0.45A 32V (VF) 32 Rectificador 1500V 168A 1.8V Schottky 120A – 150V Fast 1500V 168A 1.8V Figura 7 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ DIODO ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Curva característica Figura 8 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ DIODO ELECTRÓNICA INDUSTRIALING. JOEL FIGUEROA Figura 9 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ DIODO ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 10 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ DIODO ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 11 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ DIODO ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS - Un rectificador es un subsistema electrónico cuya misión es la de convertir la tensión alterna, cuyo valor medio es nulo, en otra tensión unidireccional de valor medio no nulo. - A la hora de llevar a cabo la rectificación, se han de utilizar elementos electrónicos que permitan el paso de la corriente en un solo sentido, permaneciendo bloqueado cuando se le aplique una tensión de polaridad inapropiada. RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS - Para ello, el componente más adecuado y utilizado es el diodo semiconductor. Este dispositivo es el fundamento de los rectificadores no controlados. - Los Rectificadores no Controlados mas utilizados son los de Media Onda (Monofásicos y Trifásicos) y los de Onda Completa (Monofásicos y Trifásicos). RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA SEÑAL ALTERNA Período (T): Tiempo que abarca una onda completa de la señal alterna: RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Frecuencia (f): Número de ciclos que se producen en un segundo: Valor instantáneo “v” o “i”: Es el que tiene la tensión o la corriente alterna para cada valor de t o de ". (Se representa con letra minúscula): http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA SEÑAL ALTERNA Valores Máximos (Vmax) (Imax): Se corresponden con la cresta (máximo) y con el valle (mínimo: RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Valor Medio (Vdc) (Idc): Es la media aritmética de todos los valores instantáneos de un determinado intervalo. El valor medio de un período completo es cero, ya que la señal en el semiperiodo positivo es igual que en el negativo, pero de signo opuesto: Valor Eficaz (Vrms) (Irms): El valor eficaz de una señal alterna es el equivalente al de una señal constante, cuando aplicadas ambas señales a una misma resistencia durante un período igual de tiempo, desarrollan la misma cantidad de calor. Y también como: http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA SEÑAL ALTERNA RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Factor de Forma y Factor de Rizado: Las señales de tensión y corriente a la salida del rectificador estarán formadas por la superposición del valor medio correspondiente y por una señal de ondulación formada por un término senoidal principal y por sus armónicos: Para determinar la magnitud de las ondulaciones respecto del valor medio se usan dos coeficientes: a) Factor de forma (FF): Es la relación entre el valor eficaz total de la magnitud ondulada y su valor medio. b) Factor de rizado (RF): Es la relación entre el valor eficaz de las componentes alternas de la señal y su valor medio, y nos determinará el rizado de la señal. http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA SEÑAL ALTERNA RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Potencia Media en la carga o activa (Pmed =Pa): La potencia neta o media que consume una carga durante un periodo se denomina potencia activa (Pa). Cuando nos referimos al secundario de un transformador, la ecuación quedará como sigue: donde VS e IS son los valores eficaces en el secundario del transformador. http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA SEÑAL ALTERNA RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Potencia Eficaz en la carga o reactiva (PR = Pac): Si un circuito pasivo contiene bobinas, condensadores o ambos tipos de elementos, una parte de la energía consumida durante un ciclo se almacena en ellos y posteriormente vuelve a la fuente. Durante el período de retorno de la energía, la potencia es negativa. La potencia envuelta en este intercambio se denomina potencia reactiva. Aunque el efecto neto de la potencia reactiva es cero, su existencia degrada la operación de los sistemas de potencia. La potencia reactiva se define como: Potencia Aparente (S): Las dos componentes Pa y PR tienen diferentes significados y no pueden ser sumados aritméticamente. Sin embargo, pueden ser representados apropiadamente en forma de una magnitud vectorial denominada potencia compleja S, que se define como S=Pa+jPR. El módulo de esta potencia es a lo que se denomina potencia aparente y su expresión sería: http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA SEÑAL ALTERNA RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Factor de Utilización de un Transformador (TUF): Rendimiento de la Rectificación: sirve para estudiar la efectividad del rectificador: Factor de Potencia (FP): La relación de la potencia media o activa, con el producto Vef Ief (en nuestro caso VS IS) es a lo que se denomina factor de potencia: http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA SEÑAL ALTERNA RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADOR MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA - Este circuito sólo rectifica la mitad de la tensión de entrada; o sea, cuando el ánodo es positivo con respecto al cátodo. - Podemos considerarlo como un circuito en el que la unidad rectificadora está en serie con la tensión de entrada y la carga. - Es el montaje más simple y únicamente utilizable para pequeñas potencias. - El funcionamiento de dicho rectificador vendrá condicionado por el tipo de carga a la que este conectado. RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADOR MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA R El funcionamiento consiste en tomar de la red una señal sinusoidal de valor medio nulo, y proporcionar a la carga, gracias al diodo, una forma de onda unidireccional, de valor medio no nulo como se aprecia en la figura. RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 13 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga R RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 14 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga R RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga R RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga R RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga R RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga R RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 15 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga R EJERCICIO RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Dado un rectificadormonofásico de media onda con carga resistiva, cuyo esquema es el mostrado en la figura, calcular lo siguiente: a) Tensión de pico en la carga. b) Corriente de pico en la carga. c) Tensión media en la carga. d) Corriente media en la carga. e) Corriente eficaz en la carga. f) Potencia eficaz en la carga. g) Factor de potencia. DATOS: R = 20 Ω; VS = 240V; f = 50Hz Figura 16 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Solución RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 17 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga R EJERCICIO RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Dado un rectificador monofásico de media onda con carga puramente resistiva, como se muestra en la figura, calcular lo siguiente: a) La eficiencia de la rectificación. b) El factor de forma. c) El factor de rizado. d) El factor de utilización del transformador. e) La tensión inversa de pico en el diodo. f) El factor de cresta de la corriente de alimentación. Figura 18 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Solución RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADOR MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA RL RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 19 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga RL RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Considerando el diodo ideal, es decir que su tensión de ruptura es cero, el ángulo de encendido del diodo para esta fuente sinusoidal se obtiene cuando el diodo se polariza en directo durante el semi ciclo positivo de la sinusoide (Vak ≥ 0) por lo cual α = 0 . Para encontrar el ángulo de apagado es necesario encontrar cuando la corriente pasa naturalmente por cero (i(tβ ) = 0). La corriente para este caso será: Solución Homogénea. http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Solución Homogénea. Multiplicando el numerador y denominador de la exponencial por ω se obtiene: donde: Solución Particular (Régimen Sinusoidal Permanente) Encontrando la corriente en régimen permanente, utilizando fasores obtenemos: donde: http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Solución Total La solución Total se obtiene de las expresiones anteriores como: La condición inicial del circuito debido a que el diodo se encuentra abierto o en no conducción es cero: i(0) = 0, por la tanto el valor de k, se puede determinar como: http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA La corriente de la expresión anterior pasa naturalmente por cero cuando i(tβ) = 0, por lo tanto el ángulo de apagado se calcula igualando esta ha cero. La ecuación anterior se hace cero si V = 0 ó Z =∞, estas dos soluciones son triviales e implican que el circuito no esta alimentando por ninguna fuente de tensión o no posee carga conectada, por lo cual la única forma que la expresión sea cero es que el termino entre corchetes sea igual ha cero para tβ http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA La expresión anterior no posee una solución analítica para β, este tipo de expresión se le conoce como ecuación trascendental y su solución es numérica. Diversos métodos de solución numérica se pueden emplear para la solución de esta ecuación. La solución del ángulo de apagado esta acotada entre π ≤ β ≤ 2π para cualquier caso. En la figura 20, se presenta la gráfica de la solución de esta expresión para diferentes valores del ángulo . http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga RL Figura 20 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 21 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 22 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga RL Tensión Media Corriente Media http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga RL Tensión Efectiva Nota: La expresión solo es válida en radianes http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga RL Corriente Efectiva Factor de Rizado en Tensión http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga RL Corriente Efectiva Corriente media y efectiva normalizada en función del ángulo fi http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga RL EJERCICIO RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Dado un rectificador monofásico de media onda con carga RL, como el mostrado en la figura 25, calcular lo siguiente: a) La tensión media en la carga. b) La corriente media en la carga. c) Usando un programa de simulación, obtener la representación gráfica de la tensión en la carga y la corriente en la carga. DATOS: R = 20 Ω; L = 0,0531H; VS = 120V; f=50Hz http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga RL Solución: RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 25 t= (3,846 rad / 2.pi.f) = 12,24 mS http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga RL Solución: RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA c) Usando el programa de simulación PSIM, se obtuvieron las gráficas de la tensión en la carga y la corriente en la carga. a) Con el valor de ωt calculado, ya podemos hallar la tensión media en la carga: b) A partir de Vdc obtenemos el valor de la corriente media en la carga: http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA RECTIFICADOR MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA CON CARGA L Figura 23 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga L Considerando el diodo ideal, es decir que su tensión de ruptura es cero, el ángulo de encendido del diodo para esta fuente sinusoidal se obtiene cuando el diodo se polariza en directo durante el semi ciclo positivo de la sinusoide (vak ≥ 0) por lo cual α = 0. Para encontrar el ángulo de apagado es necesario encontrar cuando la corriente pasa naturalmente por cero (i(tβ) = 0). Para encontrar la corriente para 0 ≤ t ≤ tβ , se puede utilizar el resultado del circuito RL con Z = ωL y φ = π/2 que corresponden al caso inductivo puro. http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA La corriente de la expresión anterior pasa naturalmente por cero cuando i(tβ ) = 0, por lo tanto el ángulo de apagado se calcula igualando esta ha cero. La ecuación se hace cero si V = 0 o Z =∞, estas dos solucionesson triviales e implican que el circuito no esta alimentando por ninguna fuente de tensión o no posee carga conectada, por lo cual la única forma que la expresión sea cero es que el termino entre corchetes sea igual ha cero para tβ . http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Despejando β de la expresión, se obtiene: http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga L Figura 24 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga L Tensión Media Corriente Media http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga L Tensión Efectiva Nota: La expresión solo es válida en radianes http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Carga L Corriente Efectiva http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 25 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROAhttp://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Casos límites de funcionamiento Si Lω/R es nulo: Significa que tenemos una carga resistiva pura. Si Lω/R crece: el punto ωt1 tiende a desplazarse hacia la derecha en el eje y la Vdc, a su vez, disminuye, valiendo ahora: Si Lω/R tiende a infinito: quiere decir que tenemos una carga inductiva pura. Así ωt1 se aproxima a 2π, y el valor de Vdc tiende a cero. http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Diodo Volante El montaje se obtiene a partir de un rectificador monofásico de media onda con carga RL, al que se le ha añadido un diodo en paralelo con la carga y que recibe el nombre de “diodo volante”. Figura 26. Figura 26 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Diodo Volante La tensión en la carga valdrá Vs o cero según conduzca uno u otro diodo, así que D1 y D2 formarán un conmutador. Para 0 < ωt < π: En este intervalo será el diodo D1 el que conduzca; Vc = Vs i = ic VD2 = -Vs < 0 Para π = ωt < 2π: Ahora será el diodo D2 el que conduzca; http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Para 0 < ωt < π: conduce el diodo D1 Para π = ωt < 2π: conduce el diodo D2 Figura 27 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Rectificador Monofásico de Media Onda con Diodo Volante EJERCICIO Dado un rectificador monofásico de media onda con carga RL, como el mostrado en la figura 28, Usando un programa de simulación, obtener la representación gráfica de la tensión y corriente en la carga. DATOS: R = 20 Ω; L = 0,0531H; VS = 120V; f=50Hz Figura 28 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/ RECTIFICADORES NO CONTROLADOS ELECTRÓNICA INDUSTRIAL ING. JOEL FIGUEROA Figura 29 http://informacionclasesiupsm.webnode.com.ve/
Compartir