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RECTIFICADORES CONTROLADOS
DIRIGIDO A:
PROFESOR. FARID MELENDEZ
PRESENTADO POR:
CRISTIAN CARVAJAL
FRANCISCO GUERRERO
ANDREA JARAMILLO
JESUS PEREZ
UNIVERSIDAD DE LA COSTA
FACULTAD DE INGENIERA
PROGRAMA DE INGENIERA ELECTRNICA
ELECTRNICA III
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RECTIFICADORES CONTROLADOS
1. PRINCIPIOS GENERALES La electrnica de potencia tiene como fin el procesar y controlar el flujo de energa
elctrica a travs del suministro de voltajes y corrientes en una manera ptima para las
cargas de los usuarios gracias a la aparicin de conmutadores de estado slido que
permiten reducir el volumen y prestaciones de los equipos de conversin de energa.
Adicionalmente, en los ltimos aos el campo de la electrnica de potencia tuvo un
crecimiento considerable debido a la confluencia de varios factores. Entre los que se
destacan los avances revolucionarios en el campo de la microelectrnica y los de la
tecnologa de manufactura con semiconductores. [1]
Un convertidor de energa es un sistema o equipo electrnico que tiene por objetivo la
conversin de energa elctrica entre dos formatos diferentes. Por ejemplo, obtener
corriente continua a partir de corriente alterna[2].
La distribucin de energa elctrica se hace, esencialmente, en corriente alterna. Sin
embargo, en muchas aplicaciones, la carga alimentada requiere una tensin continua. La
conversin AC/DC es realizada por convertidores estticos de energa, comnmente
denominados rectificadores. Un rectificador es un sistema electrnico de potencia cuya
funcin es convertir una tensin alterna en una tensin continua. Se puede tener
rectificadores no controlados o controlados, los primeros reciben este nombre ya que no
podemos ejercer control sobre la tensin rectificada de salida, la rectificacin en estos
dispositivos se realiza utilizando diodos semiconductores. Los rectificadores controlados
utilizan tiristores o transistores como elementos de rectificacin y nos permiten ejercer
control sobre la tensin rectificada de salida, dicho control se realiza variando el tiempo de
activacin o encendido de los tiristores, que conforman el circuito principal de
conmutacin. Un tiristor de control de fase se activa aplicndole un pulso corto a su
compuerta y se desactiva debido a la conmutacin natural o de lnea. Dicho pulso se
puede controlar con el ngulo de disparo desde 0 hasta (180). Este control sobre la
tensin de salida rectificada lo podemos usar en aplicaciones industriales, especialmente
en propulsores de velocidad variable, cargadores de bateras, sistemas de alimentacin
ininterrumpidas (UPS), equipos de calentamiento inductivo y una clase de drives de
motores AC y DC.
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Ilustracin 1.
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1. CLASIFICACION RECTIFICADORES CONTROLADOS [3]
Ilustracin 2.
RECTIFICADORES NO CONTROLADOS
RECTIFICADORES CONTROLADOS
SEMECONTROLADOS
SEMICONTROLADOS DE MEDIA ONA (RESISTIVO)
SEMICONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
(DIODO DE MARCHA LIBRE-TOTALMENTE
INDUCTIVO)
SEMICONTROLADOS DE ONDA COMPLETA
(RESISTIVO)
CONTROLADOS
CONTROLADOS MEDIA ONDA (CARGA
INDUCTIVA)
CONTROLADOS DOBLE ONDA (CARGA
INDUCTIVA)
DUAL
MONOFASICO CONTROLADO DE
CUATRO CUADRANTES
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2.1 Segn la forma o momento de activacin y desactivacin de los
tiristores
a) Rectificadores controlados por ngulo de fase o ngulo de inicio de la conduccin. b) Rectificadores controlados por ngulo simtrico. c) Rectificadores controlados por modulacin del ancho del pulso (PWM). d) Rectificadores controlados por modulacin senoidal del ancho del pulso (SPWM). 2.2 Segn su capacidad de ajustar el valor de la tensin de salida
Si tenemos en cuenta la transferencia de la energa elctrica entre la fuente de suministro y la carga, podemos realizar la siguiente clasificacin: a) Rectificadores semi controlados o semi convertidores: Operan en un
cuadrante, proporcionan voltaje y corriente de salida positivos.
b) Rectificadores controlados completos o convertidores completos: Operan en
dos cuadrantes, la polaridad de su voltaje de salida puede ser positiva o negativa,
sin embargo, la corriente de salida solo tiene una polaridad y es positiva.
c) Rectificadores controlados duales o convertidores duales: Operan en los cuatro
cuadrantes, tanto su voltaje como su corriente de salida pueden ser positivos o
negativos.
a) Rectificadores semicontrolados o semiconvertidores
Transfieren energa en un solo sentido, de la fuente de suministro a la carga, la
tensin aplicada a la carga es positiva, as como la corriente. Lo que quiere decir
que la corriente entra a la carga. Si se representa la relacin de V I en el plano,
se puede afirmar que el rectificador trabaja en el primer cuadrante.
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Ilustracin 3.
Entre este tipo de rectificador encontramos:
a.1) Rectificador controlado de media onda con carga resistiva
Ilustracin 4.
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Proporciona potencias bajas y tensiones de salida bajas
Determinacin de tensin sobre la carga
Para media onda
Para = 0 tenemos la mxima tensin promedio sobre la carga
Tensin eficaz total sobre la carga
Corriente eficaz total sobre la carga:
a.2) Rectificador semicontrolado de onda completa o rectificador monofsico en
puente semicontrolado. (Con carga altamente inductiva)
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:
Ilustracin 5,
Entre el intervalo , se considera la corriente por la
carga constante.
Entre el intervalo , en este
instante conduce y la corriente por S1 es nula (el tiristor se apaga, y S1 y D1
quedan polarizados inversamente).
Entre el intervalo S2 y D2 conducen, como en el primer caso, pero
por la otra rama del inversor.
Entre el intervalo S2 se encuentra apagado y D2 no conduce,
parecido al segundo subintervalo, el diodo de libre circulacin conduce la corriente
por la carga.
Tensin promedio sobre la carga
Tensin eficaz total sobre la carga
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a.3) Rectificador Semicontrolado De Onda Completa (Carga Resistiva)
Ilustracin 6.
Entre y no circula corriente
Entre circula corriente proporcional a
b) Rectificadores controlados completos
Este tipo de rectificadores trabajan en el primero y en el cuarto cuadrante, lo que
significa que la tensin sobre la carga puede ser positiva o negativa.
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Ilustracin 7.
Si se representa la relacin de V I en el plano se puede notar que la corriente
siempre es positiva, es decir, que siempre ingres a la carga. Cuando la tensin es
positiva, la energa se transfiere de la fuente de alimentacin a la carga. Cuando
es negativa, la energa se transfiere de la carga a la fuente de alimentacin, es
decir, que se devuelve parte de la energa que le fue transferida. Para poder que
esto suceda, la impedancia de la carga debe tener una componente inductiva.
Entre este tipo de rectificador encontramos:
b.1) Rectificador Controlado De Media Onda Con Carga Inductiva
Proporciona potencias bajas y tensiones de salidas bajas
Ilustracin 8.
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Entre funciona como rectificador (inyecta potencia a la carga).
Entre funciona como inversor (devuelve potencia a la entrada)
b.2) Rectificador totalmente controlado de doble onda o convertidor
monofsico en puente totalmente controlado (carga inductiva).
Ilustracin 9.
En el intervalo S1 y S4 conducen, corriente constante por la carga
(rectificacin)
En el intervalo S1 y S4 siguen conduciendo ya que la corriente por ellos
no se anula (inversin), el equipo entrega potencia a la fuente.
En el intervalo la corriente circula por S2 y S3 (rectificacin) Al disparar
S2 y S3, aparece una tensin inversa sobre S1 y S4, por lo que finalmente, se desactivan
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c) Rectificadores Controlados Duales
Pueden operar en los cuatro cuadrantes respecto a la representacin de la tensin
y corriente en la carga, Pueden cambiar la polaridad de la tensin y sentido de la
corriente de la carga.
Ilustracin 10.
1 cuadrante: Entrega energa a la carga con rotacin en un determinado giro del
eje
2 cuadrante: devuelve energa al sistema con igual sentido de giro del 1
cuadrante
3 cuadrante: Devuelve energa al sistema con rotacin inversa al 1 cuadrante
4 cuadrante Entrega energa a la carga con rotacin inversa al 1 cuadrante.
Entre este tipo de rectificador encontramos:
c.1) Rectificador Monofsico Controlado De Cuatro Cuadrantes
Est formado por dos convertidores controlados completos que trabajan espalda
con espalda, de forma tal que pueden invertir tanto la corriente como la tensin
sobre la carga, logrando funcionar en los cuatro cuadrantes.
Se pueden trabajar de dos formas:
Sin corriente circulante, y con corriente circulante.
Para el caso sin corriente circulante:
Solo entrega tensin a la carga uno de los convertidores, en este caso se puede
cambiar la polaridad de la tensin sobre la carga pero no la de la corriente.
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Funciona en los cuadrantes 1 y 4. (Como un rectificador controlado completo).
Tensin Us 1
Ilustracin 11.
Para invertir corriente y polaridad de tensin se debe apagar el primer convertidor
y encender el segundo para que suministre la tensin Us2. Funciona en
cuadrantes 2 y 3
.
Ilustracin 12.
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Ilustracin 13.
Cuando funciona con corriente circulante, el flujo de potencia es posible en
cualquier direccin y cualquier momento de forma independiente de la carga y la
dinmica de cambio de un cuadrante a otro es ms rpida.
Diferencia de tensiones
entre ambos
convertidores
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BIBLIOGRAFIA REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
[1] N. Mohan, Electrnica de Potencia. Convertidores, Aplicaciones y Diseo.
McGraw-Hill Interamericana Editores S.A. de C.V., 2009.
[2] Microsoft Word - RCPME_C3.doc - convertidores.pdf. [Online]. Available:
http://ocw.unican.es/ensenanzas-tecnicas/maquinas-
electricas/materiales/convertidores.pdf. [Accessed: 15-abr-2013].
[3] Muhamad H. Rashid. Electrnica de Potencia. Circuitos, Dispositivos y
Aplicaciones. Segunda Edicin. Prentice Hall Inc. 1993