1er Semestre 2015

Gua 2: Tiristores

1) El rectificador de la Fig. 1, alimenta un banco de bateras, que puede modelarse como una carga R en serie con unafuente de voltaje. Si el rectificador opera con = 30:

a) Obtenga la forma de onda y el valor medio de vo(t).b) Obtenga la forma de onda y el valor medio de io(t).

Adems Cul es el valor mximo de que permite que los tiristores conduzcan?

Fig. 1. Rectificador estrella con carga R-V.

va = 311 sin (2pi50t)

vb = 311 sin

(2pi50t+

2pi

3

)vc = 311 sin

(2pi50t 2pi

3

)

2) Se ha decidido volver a usar el sistema tetrafsico, ya conocido por ustedes, pero esta vez alimentando a un rectificadortiristorizado conectado a una carga RL, altamente inductiva. Para este circuito determine:

a) Los voltajes de sincronismo adecuados para cada uno de los cuatro tiristores.b) El ngulo de disparo mximo con el que puede operar el rectificador en estado estacionario.c) La expresin para el voltaje medio en la carga.d) El factor de potencia a la entrada del convertidor.

Fig. 2. Rectificador estrella tetrafsico.

vn = v sin

(t (n 1)pi

2

)n {1, 2, 3, 4}

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3) El rectificador puente de la Fig. 3 oper correctamente durante dos perodos de la fase a con =60. De pronto eltiristor T2 deja de dispararse permanentemente. Obtenga

a) La forma de onda del voltaje y la corriente de salida bajo la condicin de falla antes descrita.b) En qu porcentaje disminuye el voltaje en la la carga y en la red comparado con la condicin de operacin

normal?c) Es posible restablecer el voltaje de operacin normal ajustando apropiadamente el ngulo ?

i) Si no es posible, establezca el mximo voltaje alcanzable en falla.ii) Si se logra, es mejor desde algn punto de vista la operacin normal?

Fig. 3. Rectificador puente tiristorizado.

4) Se dispone del puente rectificador mostrado en la Fig.4, cuya tensin lnea-lnea es 380 V a 50 Hz. La componenteinductiva de la carga se considera suficientemente elevada como para suponer constante la corriente por la misma,de forma que Id = 10A. Se emplea un ngulo de disparo = 45o.

a) Si se considera que la corriente de cortocircuito de la barra de alimentacin es infinita (Ls = 0), determine elvalor de la tensin media a la salida del rectificador Vd y su forma de onda.

b) Dibuje la forma de onda de la corriente de fase is, indicando los valores de amplitud y ngulo ms significativos,y obtenga el valor del DPF a la entrada del rectificador.

c) Determine el valor de Ls y dibuje la nueva forma de onda de la tensin de salida vd, si por efecto de Ls latensin media baja a Vd = 400 V.

d) Determine el mximo valor posible de Ls para garantizar que la conmutacin entre los tiristores de la parte altadel rectificador finaliza antes de que comiencen las respectivas conmutaciones de los diodos de la parte baja delmismo.

Fig. 4. Circuito para problema 4)

5) En una empresa se utiliza un rectificador doble estrella trifsico tiristorizado con reactancia de interfase (voltaje peakpor fase de magnitud 100V) con carga altamente inductiva (Ro = 10 y Lo = 200mH).

a) Asumiendo que las inductancias de interfase realizan correctamente su trabajo Cuanto valdra el voltaje medioen la carga si se opera con = 30?

b) Si las inductancias de interfase utilizadas fueron diseadas para operar con = 45, Funcionar correctamenteel convertidor bajo las condiciones del punto anterior? Justifique sus comentarios y compare cualitativamentela forma de onda de la corriente entregada por cada estrella al operar con = 45 y = 30.

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c) Si el convertidor opera adecuadamente bajo las condiciones de diseo, resistencia de carga nominal y = 45,Cmo lo har si se mantiene y la resistencia de carga disminuye a la mitad? Justifique.

6) En base al rectificador de la Fig. 5 determine:a) La forma de onda del voltaje de salida, vo, si se trabaja con = 90 y se cuenta con un sistema de dobles

separados cada 60.b) La forma de onda de las corrientes de entrada ia e ib para el caso anterior. Dibjelas en grficos separados.c) El sistema de generacin de pulsos de disparo genera pulsos de 15 de ancho. Se desea simplificar al mximo el

circuito de disparo por lo que se le solicita utilizar la mnima cantidad de pulsos necesarios para que el convertidorfuncione adecuadamente (garantizar que el convertidor siempre partir) dada la condicin de operacin del punto6a. Dibuje los respectivos pulsos y explique claramente por qu los pulsos dibujados son necesarios.

Fig. 5. (a) Circuito de potencia para el problema 6;(b) Voltajes de entrada del sistema.

7) Conteste las siguientes preguntas en base a un rectificador tiristorizado doble estrella con inductancia de interfase,cuyo voltaje medio mximo es de 100V:

a) Todos los componentes del rectificador han sido dimensionados correctamente de manera de alimentar una cargaRL altamente inductiva. La resistencia de carga es de R=1, la que debe ser alimentada con una corriente de50A. De acuerdo con esto obtenga las formas de onda de:i) El voltaje en la carga.

ii) La corriente de entrada en el primario del transformador para una de las fases.

b) La Fig. 6 muestra los valores de Li para R {0.5, 0.7, 1} Qu curva corresponde a cada uno de estosvalores de R? Anote su respuesta en el grfico adjunto. Justifique brevemente su respuesta.

c) Un cliente necesita que la corriente de carga sea siempre de 90A independiente de la resistencia de carga quese utilice (R {0.5, 0.7, 1}). Determine el mnimo valor de las inductancias de interfase que se debenutilizar de manera que siempre funcionen ambos rectificadores en forma simultnea (en estado estacionario).

Fig. 6. Valor de Li en funcin del ngulo de disparo y el valor de R (eje y en escala logartmica).

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8) Los circuitos de disparo de los tiristores del rectificador puente de la Fig. 7 son sincronizados de acuerdo a lo sealadoen la tabla adjunta.

a) Si el convertidor se opera con = 60 obtenga las formas de onda del voltaje en la carga y la corriente deentrada que circula por la fase c. Indique claramente los valores importantes de ambas seales.

b) Qu sucede si se intercambian las fases b y c?c) Cuales deberan ser los voltajes de sincronismo para la operacin normal del rectificador?

Tiristor Voltaje sincronismoT1 vaT2 vcbT3 vacT4 vbaT5 vcbT6 va

Fig. 7. (a) Rectificador puente; (b) Circuito de disparo para un tiristor; (c) Voltajes de entrada del rectificador.

9) Utilizando el circuito de la Fig. 8(a):a) Se ha obtenido la forma de onda de la Fig. 8(b), dibuje (de la manera ms precisa posible) el ngulo utilizado

para los convertidores p y n.b) Considerando que la carga es resistivo-inductiva, seale en que momento la corriente conmuta de un convertidor

al otro. Justifique.c) De acuerdo a la hoja de datos de los tiristores mostrada en la Fig. 9, cules sern los ngulos mximos y

mnimos para operar el convertidor de la Fig. 8(c).

Fig. 8. (a) Circuito para la pregunta 9(a); (b) Voltaje de salida para la pregunta 9(a) y (b); (c) Circuito para la pregunta 9(c).

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Fig. 9. Hoja de datos del tiristor a utilizar para el circuito de la Fig. 8(c).

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