Rectificador onda completa trifásico

8/13/2019 Rectificador onda completa trifsico

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Instituto Tecnolgico de Morelia

Posgrado de Ingeniera Elctrica

2 Semestre

Tarea. Simulacin de

rectificador de onda completatrifsico.

Gibrn Jos Dvalos Villaln

No Control: M08120829

Electrnica de Potencia

Tarea

Profesor: Dr. Edgar Lenymirko Moreno Goytia

Septiembre del 2013


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Tarea. Simulacin de rectificador de onda

completa trifsico.

Introduccin

Los rectificadores son circuitos realizados con diodos, capaces de cambiar la

forma de onda de la seal que reciben en su entrada. Se utilizan sobre todo en las

fuentes de alimentacin de los equipos elctricos. Hay que tener en cuenta que

cualquier equipo elctrico funciona internamente con corriente continua, y que

nosotros los conectamos a la red elctrica de corriente alterna a 50 60 Hz, la

fuente de alimentacin se encarga de convertir esa corriente alterna en continua.

El elemento fundamental de esa fuente de alimentacin es precisamente elcircuito rectificador.

Los rectificadores controlados son llamados as debido a que podemos controlar

su voltaje de salida por medio del ngulo de disparo o retraso de los Tiristores o

Rectificadores Controlados de Silicio (SCRs).

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 lo podemos

controlar con el ngulo de disparo desde 0 hasta (180).

Al utilizar tiristores de control de fase en vez de diodos, podemos obtener voltajesde salida controlados y los podemos usar en aplicaciones industriales,

especialmente en propulsores de velocidad variable, cargadores de bateras y una

clase de drives de motores A.C. y D.C.

Estos convertidores de fase se clasifican en monofsicos y trifsicos, dependiendo

de la fuente de alimentacin, y se pueden subdividir en:

1) Semiconvertidor (un cuadrante, proporciona voltaje y corriente de salida

positivos).

2) Convertidor completo (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).

3) Convertidor dual (cuatro cuadrantes, tanto su voltaje como su corriente de

salida pueden ser positivos o negativos).


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Para analizar el rendimiento de los convertidores controlados por fase con carga

RL se puede aplicar el mtodo de las series de Fourier, similar al de los

rectificadores con diodos. Sin embargo, a fin de simplificar el anlisis, se puede

suponer que la inductancia de carga es lo suficientemente alta para que la

corriente de carga se considere continua y tenga una componente ondulatoria

despreciable.

Convertidor Trifsico Completo

Este convertidor se utiliza ampliamente en aplicaciones industriales hasta el nivel

de 220kW, en las que se requiere de una operacin en dos cuadrantes. En la

Figura a se muestra un circuito de un convertidor trifsico completo, con una

carga altamente inductiva. Este circuito se conoce como puente trifsico. Los

tiristores se disparan a intervalos de /3. En t=/6+, el tiristor T6ya conduce yel tiristor T1se activa. Durante el intervalo /6 t/2+conducen T1y T6y a

travs de la carga aparece el voltaje de lnea a lnea Vab=Van-Vbn.

En t=/2+, T2 se dispara y T6 de inmediato invierte su polaridad. T6 se

desactiva debido a la conmutacin natural. Durante el intervalo /2 t5/6+.

T1y T2conducen y el voltaje de lnea a lnea, Vca, aparece a travs de la carga.

Figura a.Convertidor trifsico

Los convertidores son fuentes generadoras de perturbaciones elctricas, como loes la contaminacin armnica. Las corrientes armnicas generan problemas tanto

en el sistema de suministro de energa como dentro de la instalacin y eliminarlos,

o al menos atenuarlos, es una necesidad cada vez ms prioritaria en la industria

moderna. Los tiristores pueden ser cambiados por diodos, en tal caso, no se

tendr control de voltaje.


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Desarrollo de Simulaciones.

A continuacin se muestran algunas simulaciones de un rectificador de 6 pulsos u

onda completa. Para esto se utiliz el programa Matlab junto con la librera

SIMULINK de dicho software.

En la siguiente figura se muestra el circuito correspondiente al rectificador de 6

pulsos. Los voltajes de las fuentes son de 100 V, las inductancias de 1mH, el

capacitor de 15 F y la carga la conforma una resistencia de 1 k.

Figura 1. Circuito utilizado para la simulacin del rectificador de onda completa trifsico.

Figura 2.Seal de voltaje para obtenida de un rectificador de 6 pulsos con C=15 F y R=1 k.


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Figura 3. Seal de salida del voltaje y FFT para el rectificador con C=15 F y R=1 k.

Figura 4.Voltaje en terminales de carga del rectificador con C=1 F y R=1 k.

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

100

200

300

Selected signal: 2 cycles. FFT window (in red): 1 cycles

Time (s)

0 2 4 6 8 10 12 14 160

20

40

60

80

100

Harmonic order

Fundamental (60Hz) = 60.26 , THD= 83.63%

Mag(%

ofFundamental)


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Figura 5.Seal del voltaje y FFT para el rectificador con C=1 F y R=1 k.

Figura 6.Forma de onda de voltaje del rectificador con valores de C=30 F y R=1 k.

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

50

100

150

200

250


Time (s)

0 2 4 6 8 10 12 14 160

100

200

300

400

500

Harmonic order


Mag(%o

fFundamental)


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Figura 7.Forma de onda de voltaje del rectificador con valores de C=15 F y R=500 .

Figura 8.Voltaje del rectificador de onda completa con valores de C=30 F y R=2 k.

En las figuras anteriores se muestran los resultados obtenidos en la simulacin del

rectificador de onda completa. Las grficas muestran el voltaje en las terminales

de la carga y en las figuras 3 y 5 adems se muestra la FFT (Fast Fourier

Transform), la cual corresponde a los valores de los coeficientes que conforman la


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suma de seales en la transformada rpida de Fourier de la forma de onda de

voltaje, dndonos una idea del nivel armnico de dicha seal.

La figura 2 muestra el voltaje obtenido con los valores de capacitor y carga base

para este ejercicio (C=15 F y R=1 k). Los resultados arrojan una forma de onda

muy parecida a la diente de sierra con los armnicos primero, segundo y tercerode magnitud considerable. En la figura se muestra claramente la carga y descarga

del capacitor consiguiendo la forma diente de sierra.

Las figuras 4 y 5 muestran los resultados obtenidos al variar el capacitor utilizando

uno de menor valor (1 F) manteniendo el mismo valor de carga. Se aprecia una

magnitud considerable en el sexto armnico y una forma de onda ms redondeada

que en el caso anterior.

En la figura 5 se observa el voltaje con un capacitor de C=30 F en el rectificador.

La forma de onda es muy parecida a la obtenida al utilizar el capacitor de la mitad

de su valor (figura 2) pero se aprecia un mayor tiempo transitorio (descarga del

capacitor) antes de que la forma de onda se vuelva estable.

En las figuras 7 y 8 se vari la resistencia de carga dndole un valor menor (500

) y otro mayor (2 k) de la cantidad base. Al utilizar una carga del doble de

resistencia se tiene la misma forma de onda que la obtenida al duplicar el valor del

capacitor base, es decir, al utilizar un capacitor de C=30 F (figura 5). Cuando se

utiliz una carga de 500 la forma de onda result una versin distorsionada de

la diente de sierra.

A continuacin se presentan otras simulaciones.

Figura 9.Circuito de un rectificador de onda completa sin carga.


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Figura 10. Voltaje obtenido en el rectificador al desconectar la carga resistiva

Figura 11. Forma de onda del Voltaje y distorsin armnica de un rectificador sin carga.

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03

100

200

300


Time (s)

0 2 4 6 8 10 12 14 160

20

40

60

80

100

Harmonic order


Mag(%o

fFundamental)


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En la figura 10 y 11 se muestra la forma de onda del voltaje al desconectar la

carga del rectificador. En este caso, la seal es muy parecida a una seal de CD

debido a que el capacitor no cuenta con un elemento sombre el cual pueda

descargar su energa y por lo tanto ste no se descarga en ningn momento. La

distorsin armnica es muy grande lo cual resulta obvio debido a que dicha seal

de salida es muy diferente a la senoidal base.

Figura 12.Circuito de un rectificador de onda completa utilizando 5 diodos.

Figura 13. Forma de onda del voltaje al utilizar un rectificador de 6 pulsos con 5 diodos.


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Figura 14. Voltaje e ndice de distorsin armnica al cortocircuitar un diodo del rectificador

Ahora se cortocircuit uno de los diodos del rectificador. Los resultados mostrados

corresponden a una simulacin de 3 ciclos, observndose una distorsin en el

voltaje (cada) debido a la falta de un diodo en una de las fases. La distorsin

armnica es considerable para el primer y segundo armnico y se percibe una

ligera disminucin en la magnitud de los dems armnicos conforme su orden se

incrementa.

Figura 15.Circuito correspondiente a un rectificador de 6 pulsos con carga RL

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.050

100

200

300


Time (s)

0 2 4 6 8 10 12 14 160

20

40

60

80

100

Harmonic order


Mag(%

ofFundamental)


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Figura 16.Forma de onda de voltaje de rectificador de onda completa con carga RL con valores de

L=1mH y R= 1 k.

Figura 17.Forma de onda de voltaje de rectificador de onda completa con carga RL con valores de

L=10 H y R= 1 k.


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Por ltimo se conect una inductancia en serie a la carga resistiva con un valor de

1 mH y posteriormente otra con valor de 10 H.

En el primer caso se obtuvieron resultados muy parecidos a los logrados sin la

inductancia (figura 2). Al cambiar de inductor y utilizar uno de mayor valor se

aprecia que la seal de voltaje tarda ms tiempo en volverse estable (peridica),tal como se observ al utilizar un capacitor del doble de su valor original (figura 6);

sin embargo, en ese caso los dientes de sierra resultaron ser ms inclinados que

en este ltimo ejemplo. La distorsin armnica es muy parecida a la conseguida

con una carga resistiva.

Conclusiones y Comentarios

Para este trabajo se construy un rectificador trifsico debido a que no se encontr

el circuito de ejemplo del programa. El Matlab como se vio, es una herramienta

muy til que nos permite, por una parte, realizar programas con fondo matemtico

utilizados en diversas reas como la ingeniera elctrica y electrnica, y adems

nos permite realizar diversas simulaciones mediante sus diferentes libreras, tal es

el caso de la librera SIMULINK utilizada en este trabajo.

Los diversos ejemplos simulados muestran una idea de la funcin que cada uno

de los elementos desempea en el rectificador, teniendo por ejemplo, un mayor o

menor rizado en la forma de onda del voltaje al modificar el valor del capacitor.

Utilizar un programa como Matlab nos permite tener un amplio panorama de las

caractersticas de un circuito antes de ser construido y por ende horrarse gran

cantidad de dinero y tiempo.

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