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LABORATORIO N 1
RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA
COMPLETA
Rectificador Monofsico de Onda Completa
1.Objetivo.- Estudiar el funcionamiento de los rectificadores de Onda Completa monofsico de
mediana potencia. Relacin entre los voltajes y corrientes de entrada con los
voltajes y corrientes de salida.
2.Equipos y Materiales.-
Mdulo DL 2626 Transformador de alimentacin
Mdulo DL2603 Grupo de diodos
Mdulo DL2635 Carga Universal
Un Osciloscopio
Un multmetro digital
Dos Borneras de interconexin
Conectores Varios
3.Fundamentos tericos.-
Un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir lacorrientealterna encorriente continua.Esto se realiza utilizandodiodos rectificadores,
(semiconductores de estado slido).
Rectificador de onda completa tipo puente doble de Graetz
Se trata de un rectificador de onda completa en el que, a diferencia de la prctica
anterior, slo es necesario utilizar transformador si la tensin de salida debe tener un
valor distinto de la tensin de entrada.
http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diodohttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continuahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alternahttp://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna -
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En la Figura est representado el circuito
de un rectificador de este tipo.
Durante el semiciclo en que el punto
superior del secundario del
transformador es positivo con respecto
al inferior de dicho secundario, la
corriente circula a travs del camino
siguiente:
Punto superior del secundario --> Diodo D-1 -
-> (+)Resistencia de carga R(-) --> Diodo D-3
--> punto inferior del secundario.
En el semiciclo siguiente, cuando el
punto superior del secundario es
negativo y el inferior positivo lo har
por:
Punto inferior del secundario --> Diodo D-2 -
-> (+) Resistencia de carga R(-) --> Diodo D-
4 --> punto superior del secundario.
En este caso, vemos como circula corriente por la carga, en el
mismo sentido, en los dos semiciclos, con lo que se aprovechan
ambos y se obtiene una corriente rectificada ms uniforme que
en el caso del rectificador de media onda, donde durante un
semiciclo se interrumpe la circulacin de corriente por la carga.
En este tipo de rectificadores de onda completa, la forma deonda de la corriente rectificada de salida, ser la de una
corriente continua pulsatoria, pero con una frecuencia de pulso
doble de la corriente alterna de alimentacin.
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Durante el semiciclo positivo de la tensin de la red, los diodos D1y D3conducen, esto da
lugar a un semiciclo positivo en la resistencia de carga.
Los diodos D2y D4conducen durante el semiciclo negativo, lo que produce otro semiciclo
positivo en la resistencia de carga.El resultado es una seal de onda completa en la
resistencia de carga. Hemos obtenido la misma onda de salida VLque en el caso anterior.
La diferencia ms importante es que la tensin inversa que tienen que soportar los diodos
es la mitad de la que tienen que soportar los diodos en un rectificador de onda completa
con 2 diodos, con lo que se reduce el coste del circuitoEl rectificador de onda completa
utiliza ambas mitades de la onda senoide de entrada; para obtener una salida unipolar,
invierte los semiciclos negativos de la onda senoidal. En esta aplicacin se utiliza en el
devanado central del transformador con la finalidad de obtener dos voltajes VS iguales, en
paralelo con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas.
Cuando el voltaje de lnea de entrada, que alimenta al devanado primario, es positivo,ambas seales marcadas como VS sern positivas. En este caso D1 conduce y D2 estar
polarizado inversamente. La corriente que pasa por D1circulara por la carga y regresara
a la derivacin central del secundario. El circuito se comporta entonces como rectificador
de media onda, y la salida durante los semiciclos positivos ser idntica a la producida por
el rectificador de media onda.
Ahora, durante el semiciclo negativo del voltaje de ca de la lnea, los voltajes marcados
como VS sern negativos. Entonces D1 estar en corte y D2 conduce. La corriente
conducida por D2 circulara por la carga y regresa a la derivacin central. Se deduce que
durante los semiciclos negativos tambin el circuito se comporta como rectificador de
media onda, excepto que ahora el diodo D2 es el que conduce. Lo ms importante es que la
corriente que circula por la carga siempre pasa por la misma direccin y el voltaje vo ser
unipolar. La onda de salida se obtiene suponiendo que un diodo conductor tiene una cada
constante de voltaje VDO, es decir, se desprecia el efecto de la carga.
3.1.-Hallar las formulas tericas que relacionan los voltajes de salida y corriente de
salida en funcin del voltaje de entrada y la corriente de entrada.
Valor medio, valor mximo, Vdc o valor promedio de la rectificacin de onda completa.
= () = Adems:
=
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Valor eficaz o valor RMS o valor AC de la rectificacin de la onda completa.
=
() =
Adems:
= En los diodos:
Voltaje inverso de cada diodo = La corriente promedio de cada diodo
( ) = La corriente eficaz de cada diodo
( ) = 3.2.-Hacer el clculo terico del valor del voltaje y la corriente promedio de salida
en funcin de Voltaje y de la corriente eficaz de entrada al rectificador.
EXPL ICAC IN SOBRE LA TENSIN DE LINEA
En casa fase tenemos 45 V y si queremos medir la tensin de lneatendremos que realizar una suma vectorial. Teniendo en cuenta que cadafase esta distanciado 120
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= 453 = 77.9423
= 100 = 77.9423100 779.423 Por lo tanto:
= 2 2 = 277.9423 2 = 70.1727 = = 70.1727100 =701.727
4.PROCEDIMIENTO
4.1 Realizamos el montaje del circuito N1
4.2 Verificamos el conexionado antes de energizar el trasformador
de alimentacin Luego de que este todo correcto procedemos a las
mediciones.
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4.3MEDICIONES
Usando el multmetro procedemos a medir
La corriente eficaz entre los puntos 1 y 2 ( A12)
El voltaje eficaz entre los puntos 2 y 8 ( V28) La corriente promedio entre los puntos 3y5 (A35); entre los puntos 4y5 (A45)
; y entre los puntos 5,6 ( A56).
El voltaje promedio entre los puntos 6 y 7 ( V67)
Ahora procedemos a llenar la siguiente tabla:
Medicin A12 V28 A35 A45 A56 V67
Multmetro 0.76 A 79.2 V 0.343 A 0.343 A 0.685 A 68.5 V
Usando el osciloscopio procedemos a
medir:
El voltaje, conectando la tierra delosciloscopio en el punto 8 y la punta
en el punto 2 ,dibujar la forma de
onda que se observa con sus valores
=77.89
Conectando la tierra del osciloscopioen el punto 7 y la punta del canal 1 en
el punto 2 y la punta del canal 2 en el
punto 6 .Dibujar las formas de onda
que se observa.
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() =42.4() =33.8
Conectando la tierra del osciloscopioen el punto 7 y la punta del canal 1 en
el punto 8 y la punta del canal 2 en el
punto 6.Dibujar las formas de onda
que se observa.
Nota cada vez que se mida corriente se
tiene que sacar el instrumento ypuentear dichos puntos
() =42.4() =33.8
SIMULACIONESProcedernos a realizar ayudados del software Multisim de Workbeach las
simulaciones correspondientes de cada circuito.
La corriente eficaz entre los puntos 1 y 2 ( A12)
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El voltaje eficaz entre los puntos 2 y 8 ( V28)
La corriente promedio entre los puntos 3y5 (A35); entre los puntos 4y5(A45); y entre los puntos 5,6 (A56).
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El voltaje promedio entre los puntos 6 y 7 ( V67)
El voltaje, conectando la tierra del osciloscopio en el punto 8 y la puntaen el punto 2, dibujar la forma de onda que se observa con sus valores
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Conectando la tierra del osciloscopio en el punto 7 y la punta del canal 1 enel punto 2 y la punta del canal 2 en el punto 6 .Dibujar las formas de onda
que se observa.
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Conectando la tierra del osciloscopio en el punto 7 y la punta del canal 1 enel punto 8 y la punta del canal 2 en el punto 6.Dibujar las formas de onda
que se observa.
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5.1.-Hallar el clculo terico de los siguientes parmetros
Voltaje y corriente eficaz de salida q entrega eltransformador:
= 453 = 77.9423 = 100 = 77.9423100 779.423
Voltaje promedio de salida:
= 4 5 3 2 = 110.23 = 2 = 2110.23 = 70.17 Corriente promedio de salida:
= = 70.17100 =0.7017
Corriente promedio por cada diodo:
= 2 = 0.7017 2 =0.3509
Corriente eficaz por cada diodo:
= 2 = 110.23 2 100 = 0.55
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Voltaje inversa por cada diodo:
= =.
Cuadro comparativo del clculo terico con los resultadosexperimentales
MEDICIONES Valor terico
Valor experimental
Multmetro Osciloscopio
salida 70.17 V 68.544 V ----------salida 0.7017 A 0.685 A ----------cada diodo 0.3509 A 0.343 A 0.342 Acada diodo 0.55 A 0.543 A 0.541 A
transformador 77.9423 A 79.2 A 77.89 A Caractersticas mnimas que recomendara para este rectificador :
Voltaje inverso = 110,24 V Corriente promedio = 701.7 mA
>110.24 > 0.7017
Se recomienda diodos de 1 Amperio de corriente promedio y 250
voltios de voltaje inverso.
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Ahora hallaremos el porcentaje de error de los datos anteriores:
%=
1. salida%=... 100=2.32%
2. salida
%=|0.70170.6850.7017 |100=2.38%3. cada diodo
%=|0.35090.3430.3509 |100=2.25%4. cada diodo
%=|0.550.5430.55 |100=1.27%5. transformador
%=|77.942379.277.9423 |100=1.60%
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5.4.- OBSERVACIONES
En la prctica se pudo observar cmo se comporta la tensin alterna cuando seconecta un puente diodo (puente Graetz), ya que el diodo por ser semiconductor
modifica la onda de tensin y lo convierte a pulsante.
Tener en cuenta la tensin inversa y la capacidad de corriente de los diodos antesde armar el circuito.
Para obtener datos ms exactos se necesita calibrar los instrumentos de medicin
Para armar el circuito, se debe colocar bien todas las conexiones tal como se nos
muestra en la gua de laboratorio para evitar fallos.
Para el uso del multmetro debemos de seleccionar correctamente los rangos de
medicin para evitar cualquier fallo en los clculos.
Para el uso del osciloscopio debemos de tener en cuenta su correcta calibracin de
ambos canales y as poder tener los valores exactos en la medicin, tambin poder
interpretar la forma de onda o la seal que nos da.
Antes de realizar las mediciones con el multmetro, debemos de verificar primero
con el osciloscopio la forma de onda rectificada.
5.5.- CONCLUSIONES
Se concluye lo estudiado en clase el comportamiento de un circuito rectificador deonda completa.
El multmetro en lectura AC nos da el voltaje o corriente eficaz y en DC nos da elvoltaje o corriente promedio.
Los datos obtenidos con el osciloscopio se asemejan a los tericos pero siempre hayuna variacin que es el porcentaje de error.
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Se pudo entender mejor la forma de onda rectificada, incrementando nuestrosconocimientos respecto a los rectificadores.
El osciloscopio nos da una lectura Real.
En los rectificadores de onda completa la frecuencia de salida es el doble de lafrecuencia de entrada.
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FUENTE CONTINUA REGULADA CON UN PUENTE MONOFASICO
SEMICONTROLADO A TIRISTORES
(SCR)
Fundamento teorico:
El SCR (Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio), es un
dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la
disposicin pnpn. Est formado por tres terminales,
llamados nodo, Ctodo y Puerta. La conduccin entre nodo y ctodo es
controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la
corriente es nico), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.
Estructura:
Cuando el voltaje del nodo se hace positivo con respecto al ctodo, las unionesJ1 y J3 tienen polarizacin directa o positiva. La unin J2 tiene polarizacin inversa,
y solo fluir una pequea corriente de fuga del nodo al ctodo. Se dice entonces
que el tiristor est en condicin de bloqueo directo o en estado desactivado
llamndose a la corriente fuga corriente de estado inactivo ID. Si el voltaje nodo a
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ctodo VAK se incrementa a un valor lo suficientemente grande la unin
J2 polarizada inversamente entrar en ruptura. Esto se conoce como ruptura por
avalancha y el voltaje correspondiente se llama voltaje de ruptura directa VBO.
Dado que las uniones J1 y J3 ya tienen polarizacin directa, habr un movimiento
libre de portadores a travs de las tres uniones que provocar una gran corriente
directa del nodo. Se dice entonces que el dispositivo est en estado de
conduccin o activado.La cada de voltaje se deber a la cada hmica de las
cuatro capas y ser pequea, por lo comn 1v. En el estado activo, la corriente del
nodo debe ser mayor que un valor conocido como corriente de enganche IL, a fin
de mantener la cantidad requerida de flujo de portadores a travs de la unin; de lo
contrario, al reducirse el voltaje del nodo al ctodo, el dispositivo regresar a la
condicin de bloqueo. La corriente de enganche, IL, es la corriente del nodo
mnima requerida para mantener el tiristor en estado de conduccin inmediatamente
despus de que ha sido activado y se ha retirado la seal de la compuerta.
Una vez que el tiristor es activado, se comporta como un diodo en conduccin y ya
no hay control sobre el dispositivo. El tiristor seguir conduciendo, porque en la
unin J2 no existe una capa de agotamiento de vida a movimientos libres de
portadores. Sin embargo si se reduce la corriente directa del nodo por debajo de
un nivel conocido como corriente de mantenimiento IH, se genera una regin de
agotamiento alrededor de la unin J2 debido al nmero reducido de portadores; el
tiristor estar entonces en estado de bloqueo. La corriente de mantenimiento es del
orden de los miliamperios y es menor que la corriente de enganche, IL. Esto
significa que IL>IH. La corriente de mantenimiento IH es la corriente del nodo
mnima para mantener el tiristor en estado de rgimen permanente. La corriente demantenimiento es menor que la corriente de enganche.
Cuando el voltaje del ctodo espositivo con respecto al del nodo, la unin J2 tiene
polarizacin directa, pero las unioneJ1 y J3 tienen polarizacin inversa. Esto es
similar a dos diodos conectados en serie con un voltaje inverso a travs de ellos. El
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tiristor estar en estado de bloqueo inverso y una corriente de fuga inversa,
conocida como corriente de fuga inversa IR, fluir a travs del dispositivo.
Curva caracterstica y funcionamiento
El tiristor es un dispositivo de estado slido que su modo de operacin emula a
un rel.
En estado de conduccin tiene una impedancia muy baja que
permite circular grandes de niveles de corriente con una tensin nodo-ctodo del
orden de 1V.
En estado de corte, la corriente es prcticamente nula y se comporta como
un circuito abierto. A continuacin se describen las diferentes maneras de activar o
disparar y de bloqueo de un tiristor.
Existen cuatro maneras de poner a un tiristor en estado de conduccin:
El mtodo ms comn para disparar un tiristor es la aplicacin de una corriente en
su puerta. Los niveles de tensin y corriente de disparo en la puerta deben tener un
rango de valores comprendidos dentro de una zona de disparo de seguridad.
Si se sobrepasa ese lmite puede no dispararse el tiristor o puede deteriorarse el
dispositivo; por ejemplo, para el 2N5060 la mxima potencia eficaz que puede
soportar la puerta es PG(av)=0,01 W.
Grficamente, en la figura 12.11 se muestra la forma tpicade esa zona de
seguridad de disparo del SCR TF521S de Sanken Electric; obsrvese la su elevada
dependencia con la temperatura.
Este tiristor soporta corrientes de hasta IT(rms) = 5A y la corriente mxima de
disparo es IGT(max) es I=15mA a 25C para una VGT(max) V =2.5 V.
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Otro ejemplo es el C701 de SPCO capaz de soportar 1300A con una corriente
IGT=500mA. Adems, el disparo debe tener una duracin dependiente
del tiristor con valores tpicos de 1 useg para que resulte eficaz. El tiempo de
conexin o de activacin es el tiempo que tarda en conducir el tiristor desde que se
ha producido el disparo.
Los valores tpicos de tiristores comerciales estn alrededor de 1 a 3 useg, aunque
para aplicaciones especiales como son los moduladores de impulsos de radar se
fabrican tiristores con valores por debajo de 100nseg.
Caracteristicas generales:
Interruptor casi ideal.
Soporta tensiones altas.
Amplificador eficaz.
Es capaz de controlar grandes potencias.
Fcil controlabilidad.
Relativa rapidez
Caractersticas en funcin de situaciones pasadas (memoria).
Area de disparo seguro
En esta rea se obtienen las condiciones de disparo del SCR. Las tensiones
y corrientes admisibles para el disparo se encuentran en el interior de la zona
formada por las curvas: Curva A y B: lmite superior e inferior de la tensin
puerta-ctodo en funcin de la corriente positiva de puerta, para una corriente nula
de nodo. Curva C: tensin directa de pico admisible VGF.
Curva D: hiprbola de la potencia media mxima PGAV que no debemos
sobrepasar.
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El diodo puerta (G) - ctodo (K) difiere de un diodo de rectificacin en los siguientes
puntos:
* Una cada de tensin en sentido directo ms elevada.
* Mayor dispersin para un mismo tipo de tiristor.
Aplicaciones del SCR
Las aplicaciones de los tiristores se extiende desde la rectificacin de corrientes
alternas, en lugar de los diodos convencionales hasta la realizacin de
determinadas conmutaciones de baja potencia en circuitos electrnicos, pasando
por los onduladores o inversores que transforman la corriente continua en alterna.
La principal ventaja que presentan frente a los diodos cuando se les utiliza como
rectificadores es que su entrada en conduccin estar controlada por la seal de
puerta. De esta forma se podr variar la tensin continua de salida si se hace variar
el momento del disparo ya que se obtendrn diferentes ngulos de conduccin del
ciclo de la tensin o corriente alterna de entrada. Adems el tiristor se bloquear
automticamente al cambiar la alternancia de positiva a negativa ya que en este
momento empezar a recibir tensin inversa.
Por lo anteriormente sealado el SCR tiene una gran variedad deaplicaciones, entre ellas estn las siguientes: Controles de relevador.
Circuitos de retardo de tiempo.
Fuentes de alimentacin reguladas.
Interruptores estticos.
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Controles de motores.
Recortadores.
Inversores.
Ciclo conversores.
Cargadores de bateras.
Circuitos de proteccin.
Controles de calefaccin.
Controles de fase.
LABORATORIO N 3
Circuito a Implementar
Luego de implementar el circuito pasaremos a las mediones para ello se muestran
las siguientes tablas:
Mediciones | A35 | A45 | A56 |
Amperimetro | 0.0029 mA | 0.0027 mA | 0.0030 mA |
Voltaje eficaz entre V12: 95.6 Vrms
Voltaje promedio entre V67: 1.33 V
Mediciones | V12 | V67 | V62 | A35 | A45 | 1 | 2 |
Multimetro | 71 VDC | 30 VDC | 180 VDC | 0.029 A | 0.027 A | 30 | 0 |Multimetro | 68 VDC | 70 VDC | 230 VDC | 0.029 A | 0.027 A | 30 | 0 |
Medir con el osciloscopio y dibujar la forma de onda
a.- Conectando el terminal tierra en 2 y la punta del osciloscopio en el punto 1
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b.- Conectando el terminal tierra en 7 y la punta del osciloscopio en el punto 1
c.- Conectando el terminal tierra en 7 y la punta del osciloscopio en el punto 2
d.- Conectando el terminal tierra en 7 y la punta del osciloscopio en el punto 6
e.- Medir el angulo de disparo (1) y el angulo de conduccin (2) de cada SCR
para el caso V67=30V y para V67=70V.
Angulo de disparo /3
Angulo de disparo /2
Hallar losvalores teoricos:
a.- Voltaje promedio en V67:
V67= 1.15V
b.- Corriente promedio en I56:
I56= 0.0007 + 0.0016= 0.0023 A
c.- Corriente promedio en I35 e I45:
I35= 0.0007
I45= 0.0016d.- Angulo de conduccin de cada SCR:
1=10
2=10
e.- Realizar la comparacin del calculo teorico con los resultados experimentales:
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Los resultados son casi parecidos, con un error casi del 10%, lo cual son tolerables.
f.- Los SCR de que caractersticas minimas (I promedio, Irms, voltaje inverso) debe
ser para este rectificador controlado:
Las caractersticas minimas deberan ser como el SCR TO-208AA (TO-48) el cual
tiene las siguientes caractersticas
Conclusiones:
Con el desarrollo de esta practica pudimos comprobar y obtener los ngulos de
retardo mximo y mnimo de un tiristor, ya que el anlisis para obtener dichos
ngulos se hacen por medio de anlisis en condiciones ideales, por eso es que los
resultados que nosotros obtuvimos al desarrollar esta practica no coincidan con los
resultados deseados.
El circuito de disparo por cruce de coseno permite linealizar la relacin del voltaje
promedio de salida e un semiconvertidor accionado por este circuito y una seal de
control de voltaje.
La funcin de transferencia del voltaje de directa con respecto al voltaje de control
tiene un factor de correlacin ms cercano a la unidad que el circuito de disparo
lineal, por lo que es ms recomendable su uso cuando se usarn sus seales para
proporcionar los pulsos de disparo de un convertidor semicontrolado.