Informe Practica 3

UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA

ÁREA DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NO RENOVABLES

CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES

LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA

GRUPO N.- 4

Integrantes:

Paúl Álvarez

Jimena Mizhquero

Practica N.- 3

Fecha: 03– 01 - 2012

Docente: Ing. Diego Orellana

LOJA – ECUADOR

2.- DATOS DE LA PRACTICA

Nombre: RECTIFICADORES CONTROLADOS

Objetivos:

Comprobar la forma de onda de la tensión resultante de un rectificador de onda completa controlado alimentado con una señal sinusoidal es similar al descrito teoricamente.

Comprender el funcionamiento de un SCR variando su ángulo de activación.

Comprobar que los resultados obtenidos matemáticamente son similares con los obtenidos en la práctica.

3.- MARCO TEORICO

RECTIFICADOR MONOFÁSICO CONTROLADO DE MEDIA ONDA Y CARGA RESISTIVADurante el semiciclo positivo de la tensión de entrada, la tensión ánodo-cátodo es positiva, de manera que el SCR puede entrar en conducción.Controlando el ángulo de disparo de los tiristores somos capaces de enviar más o menos energía a la carga, con lo que estamos controlando el valor medio de la tensión de salida del rectificador.

R 21 0 K

R 3 1 0 0C 12 . 2 u

V 1

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7

V O F F = 0 D 1D 1 N 4 0 0 7

R 1

2 0 0

0

X4

2 N 1 5 9 5

Fig. 1 Circuito carga R Fig. 2 Formas de Onda

ECUACIONES DEL CIRCUITO

Tensión media en la resistencia de carga

V o=1

2 π∫∝

π

V m sen (ωt )d (ωt )=V m

2 π[ 1+cos∝ ]

La tensión eficaz en la resistencia

V rms=√ 12π

∫∝

π

[V ¿¿msen (ωt )]2d (ωt )=V m

2 √1−∝π

+sin 2∝2 π

¿

Corriente media en carga Corriente eficaz en la carga

Io=V o

R I rms=

V rmsR

Potencia absorbida por la carga Factor de potencia

P=V 2rms /R f p=P

I rms∗V rms

RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA CONTROLADO CON CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA

El análisis de este circuito es similar al rectificador no controlado. La corriente es la suma de las respuestas natural y forzada.

L 1

0 . 3 H

1 2

V 1

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0

0

X4

2 N 1 5 9 5

R 1

1 0 0

D 1D 1 N 4 0 0 7

R 21 0 0 k

C 12 . 2 u

R 3 1 0 0

Fig. 3 Circuito carga RL Fig.4 Formas de Onda


La corriente por la carga viene dada por:

i (ωt )=V m

Zsen (ωt−θ )+A e−ωt/ωτ

Donde : Z=√R2+(ωL)2, θ=tan−1ωLR

, τ= LR

A=[−(VmZ )sin (∝−θ )]eα /ωτSustituyendo A y simplificando:

i (ωt )=(VmZ ) [sen (ωt−θ )−sin (∝−θ )e (α−ωt ) /ωτ ] para∝≤ωt≤ β

0

Para encontrar beta se obtiene mediante la siguiente ecuación

i (β )=0=(VmZ )[ sen (β−θ )−sin (∝−θ ) e(α−β ) /ωτ ]

La tensión media de salida es:

V o=1

2 π∫∝

β


2 π[ cosα−cos β ]

La corriente media La corriente eficaz

I= 12π

∫α

β

i(ωt)d (ωt ) I rms=√ 12π

∫α

β

i2(ωt)d (ωt )

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CONTROLADO CON CARGA RESISTIVA

La salida se controla ajustando el ángulo de disparo de cada SCR obteniendo una tensión de salida ajustable en un rango limitado

C 22 . 2 u

X4

2 N 1 5 9 5

D 2

D 1 N 4 0 0 7

R 3 1 0 0

V 1

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0

R 41 0 0 k

D 1D 1 N 4 0 0 7

0R 5

1 k

V 2

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0

C 12 . 2 u

R 21 0 0 k

X52 N 1 5 9 5

R 1

1 k

Fig.5 rectificador de carga resistiva Fig. 6 Formas de onda


Tensión de salida

V o=1π∫∝

π


π[ 1+cos∝ ]

La corriente media de salida La corriente eficaz de carga Potencia de carga

I 0=VmR

=VmπR

(1+cos α ) I rms=VmR √ 1

2− α

2π+

sin (2α )4 π

P=I 2 rms×R

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CONTROLADO CON CARGA RESISTIVA- INDUCTIVA

La finalidad del condensador es reducir la tensión de salida haciéndola más parecida a corriente continua. La resistencia puede representar una carga externa y el condensador puede ser un filtro que forme parte del circuito rectificador.

R 21 0 0 k

D 1D 1 N 4 0 0 7

C 12 . 2 u

D 2

D 1 N 4 0 0 7

R 5

1 k

X4

2 N 1 5 9 5

R 41 0 0 k

L 1

0 . 3 H

1 2

0

R 3 1 0 0

C 22 . 2 u

R 1

1 k

X52 N 1 5 9 5

V 1

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7

V O F F = 0

V 2

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7

V O F F = 0

Fig.7 Carga RL Fig. 8 Forma de onda de la tensión de salida


Modo de funcionamiento carga R-L, corriente discontinuaEl funcionamiento del circuito es identico al rectificador controlado de media onda con carga RLCorriente

i (ωt )=(VmZ ) [sen (ωt−θ )−sin (∝−θ ) e−(ωt−α )/ωτ ] para∝≤ωt ≤β

Donde : Z=√R2+(ωL)2, θ=tan−1ωLR

, τ=LR

Modo de funcionamiento carga R-L, corriente continua

Tensión media

Vo=2Vmπ

cosα

Las amplitudes de los términos de alterna se calculan a partir de:

V n=√an2+bn2

4. SIMULACIONES Y CALCULOS

RECTIFICADOR MONOFÁSICO CONTROLADO DE MEDIA ONDA Y CARGA RESISTIVAPara el rectificador controlado de media onda con carga resistiva, el generador es de 12 Vrms a una frecuencia de 60Hz, la resistencia de carga es de 100Ω; determine:

Tensión media en la cargaLa corriente en la cargaPotencia absorbida por la resistencia

R 21 0 K

R 3 1 0 0C 12 . 2 u

V 1

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7

V O F F = 0 D 1D 1 N 4 0 0 7

R 1

2 0 0

0

X4

2 N 1 5 9 5

Fig. 9

DESARROLLO

La siguiente grafica presenta la tensión de salida

Time

0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msV1(R3)

-50mV

0V

50mV

100mV

150mV

TENSION DE SALIDA

Corriente de salida

Time

0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msI(R3)

-0.5mA

0A

0.5mA

1.0mA

1.5mA

CORRIENTE DE SALIDA

Corriente RMS

Time

0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msRMS(I(R3))

0A

0.2mA

0.4mA

0.6mA

0.8mA

1.0mA

(46.783m,49.765m)

Voltaje RMS

Time

0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msRMS(V1(R3))

0V

20mV

40mV

60mV

80mV

100mV

(12.414m,76.120V)

CALCULOS MATEMATICOS

Tensión media en la carga

V0 = V m2π

[ 1+cos∝ ] V0 =16.97

2π[1+cos(60 °) ] = 4.05V

La tensión eficaz en la resistencia

V rms=V m2 √1−∝

π+ sin 2∝

2π

V rms=16.97

2 √1−1.047π

+sin2 (1.047)

2π = 7.61V

Corriente media en carga Corriente eficaz en la carga

Io=V o

R =

4.05V100Ω

= 40.5mA I rms=V rmsR

= 7.61V

100 = 76.1mA

Potencia absorbida por la carga

P=Vrms2

R = 7.61V 2

100Ω = 0.579W

4.2 MEDIA ONDA CONTROLADOS CON CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA

El generador es de 12 Vrms a una frecuencia de 60Hz, la resistencia de carga es de 100Ω, L=0.3H; determine: una expresión para i(wt),la corriente media en la carga. La potencia absorbida por la carga.

L 1

0 . 3 H

1 2

V 1

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0

0

X4

2 N 1 5 9 5

R 1

1 0 0

D 1D 1 N 4 0 0 7

R 21 0 0 k

C 12 . 2 u

R 3 1 0 0

DESARROLLO

Tensión de salida

Time

0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msV1(R3)

-200mV

-100mV

0V

100mV

200mV

300mV

Corriente de salida

Time

0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msI(R3)

0A

0.5mA

1.0mA

1.5mA

-0.4mA

CORRIENTE DE SALIDA

Corriente media

Time

0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msAVG(I(R3))

0A

30uA

(49.487m,2.2374m)

Tensión media

Time

0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msAVG(V1(R3))

0V

6.0mV

(8.5345m,3.2130)

Corriente RMS

Time


0A

30uA

(7.0086m,29.495m)

CÁLCULOS MATEMATICOS

Z=√ (100 )2+ (377∗0.3 )2=150.97Ω

θ=tan−1 (377∗o .3)100

=0.846 rad

ω τ=(377∗0.3)

100=1.131 rad

α=60 °=1.047 rad

i (ωt )=(VmZ ) [sen (ωt−θ )−sin (∝−θ )e (α−ωt ) /ωτ ] para∝≤ωt≤ β

0

i (ωt )=0.112 [sen (ωt−0.846 )−sin (1.047−0.846 )e (1.047−ωt )/1.131]

β=3.8356

V o=V m

2 π[ cos α−cos β ]=16.97

2π[ cos1.047−cos3.8356 ]=3.42V

I= 12π

∫α

β

i (ωt )d (ωt )= 12 π

(0.0138 )=¿2.196mA ¿

I rms=√ 12π

∫α

β

i2(ωt)d (ωt )=√ 12π

(0.0112)=42.22mA

4.3 ONDA COMPLETA CONTROLADOS CON CARGA RESISTIVA

Para el rectificador controlado de onda completa presenta una tensión eficaz de entrada de 12V en alterna a 60Hz y una R= 100 Ω, el ángulo de disparo es de 45°, determine:

(a) la corriente media.(b) la corriente eficaz.

C 22 . 2 u

X4

2 N 1 5 9 5

D 2

D 1 N 4 0 0 7

R 3 1 0 0

V 1

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0

R 41 0 0 k

D 1D 1 N 4 0 0 7

0R 5

1 k

V 2

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7V O F F = 0

C 12 . 2 u

R 21 0 0 k

X52 N 1 5 9 5

R 1

1 k

DESARROLLOTensión de salida

Time

30ms 45ms 60ms 75ms 90ms20ms 100msV1(R3)

0V

15mV

30mV

45mV

-10mV

Corriente de salida

Time

30ms 45ms 60ms 75ms 90ms20ms 100msI(R3)

0A

-100uA

500uA

Corriente RMS

Time

30ms 45ms 60ms 75ms 90ms20ms 100msRMS(I(R3))

0A

200uA

400uA

(39.315m,229.309m)


V o=V mπ

[1+cos∝ ]=16.97π

[ 1+cos0.785 ]=9.22V

I 0=VoR

=9.22V100

=92.22mA

I rms=VmR √ 1

2− α

2π+

sin (2α )4 π

=16.97100 √ 1

2−0.785

2π+

sin (2∗0.785 )4 π

=114.42mA

4.4 ONDA COMPLETA CONTROLADOS CON CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA

Para el rectificador controlado de onda completa presenta una tensión eficaz de entrada de 12V en alterna a 60Hz y una R= 100 Ω, el ángulo de disparo es de 45°, determine:

(a) la corriente media.(b) la corriente eficaz.

X4

2 N 1 5 9 5

R 41 0 0 k

D 2

D 1 N 4 0 0 7

C 12 . 2 u

V 1

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7

V O F F = 0

R 21 0 0 k

D 1D 1 N 4 0 0 7

0X5

2 N 1 5 9 5V 2

F R E Q = 6 0V A M P L = 1 6 . 9 7

V O F F = 0

R 1

1 k

C 22 . 2 u

L 1

0 . 3 H

1 2

R 5

1 k

R 3 1 0 0

DESARROLLO

Tensión de salida

Time

60ms 65ms 70ms 75ms 80ms 85ms 90ms 95ms 100msV1(R3)

0V

200mV

400mV

-100mV

Corriente de salida

Time

60ms 65ms 70ms 75ms 80ms 85ms 90ms 95ms 100msI(R3)

0A

-100uA

400uA

Corriente media

Time

0s 15ms 30ms 45ms 60ms 75ms 90ms 100msAVG(I(R3))

0A

60uA

120uA

180uA

200uA

(82.241m,49.409m)

Corriente Rms

Time


0A

50uA

100uA

150uA

200uA

240uA

(94.914m,88.754m)


Corriente media

Z=√ (100 )2+ (377∗0.3 )2=150.97Ω

θ=tan−1 (377∗o .3)100

=0.846 rad

ω τ=(377∗0.3)

100=1.131 rad

α=45°=0.785 rad

i0 (ωt )=(VmZ ) [sen (ωt−θ )−sin (∝−θ )e−(wt−α ) /ωτ ]

0

i (ωt )=0.112 [sen (ωt−0.846 )−sin ( 0.785−0.846 ) e−(ωt−0.785) /1.131 ]

β=4.0188

I= 12π

∫α

β

i (ωt )d (ωt )= 12 π

(0.2888 )=¿45.96mA¿

I rms=√ 12π

∫α

β

i2(ωt)d (ωt )=√ 12π

(0.0295)=68.52mA

5. MATERIALES

Osciloscopio Resistencias de potencia de 100Ω 10W y de 1 Ω 10W Resistencias de 100Ω, 1K Multímetro Transformador 120-12V Capacitores (2.2uF)

Diodos D1N1007 Tiristores SCR Bobina de 0.3H Protoboard Cable UTP

6. RESULTADOS

6.1 RECTIFICADOR CONTROLADO DE MEDIA ONDA Y CARGA RESISTIVALa siguiente tabla presenta los valores medidos

VARIABLES VALORES CALCULADOS

VALORES SIMULADOS

DEL OSCILOSCOPIO

VO V 4.05V 3.60VI0 A 40.5mA 20mAIrms A 76.1mA 49.765mA 6.40mA

La siguiente figura. muestra los valores medidos en el osciloscopio.

6.2 RECTIFICADOR CONTROLADO DE MEDIA ONDA Y CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA

La siguiente tabla presenta los valores medidos


VALORES SIMULADOS

DEL OSCILOSCOPIO

VO V 3.42V 3.213V 1.16vI0 A 2.196mA 2.237m 80mAI rms A 42.22mA 29.49mA 100mA

La siguiente figura. muestra los valores medidos en el osciloscopio

6.3 ONDA COMPLETA CONTROLADOS CON CARGA RESISTIVA

La siguiente tabla presenta los valores obtenidos en la práctica


VALORES SIMULADOS

DEL OSCILOSCOPIO

Vo(V) 9.22V 6.71V 5.80VIo(A) 92.22mA 60mAIrms 114.42mA 229.30mA 100mA

La siguiente figura. Presenta los valores obtenidos en el laboratorio.

6.4 ONDA COMPLETA CONTROLADOS CON CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA

La siguiente tabla presenta los valores obtenidos en la práctica


VALORES SIMULADOS

DEL OSCILOSCOPIO

I0 45.96mA 49.409mA 60mAIrms 68.52mA 88.75mA 80mA

7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se comprobó que los resultados obtenidos matemáticamente con los obtenidos en el laboratorio tienen una variación

Al variar el ángulo de activación del SCR observamos que la forma de onda cambia.. Se concluye que para variar el ángulo de disparo de los SCR es necesario de un

potenciómetro y para los de onda completa un potenciómetro doble. Utilizar correctamente cada uno de los componentes para esto se debe obtener el

datasheet especialmente de los tiristores para evitar la destrucción de los mismos

8 BIBLIOGRAFIA

ELECTRONICA DE POTENCIA. Daniel W. Hart.

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