leccion03 convertidores ac_dc

1

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Lección 3.Rectificadores no controlados

3.1 Introducción.

3.2 Rectificadores monofásicos de media onda.

3.3 Rectificadores monofásicos de doble onda.

3.4 Rectificadores trifásicos de media onda.

3.5 Rectificadores trifásicos de doble onda.

2

2

La energía se distribuye en forma de tensión alterna.

Sin embargo, los equipos electrónicos generalmente funcionan con una tensión continua.

Red eléctrica

Equipoelectrónico

ConvertidorCC/CC

3.1 Introducción

Red eléctrica

Equipoelectrónico

ConvertidorCA/CC

(Rectificador)

ConvertidorCA/CC

(Rectificador)

3

3

Clasificación de los convertidores CA/CC

No Controlados

Controlados

• Monofásicos

• Trifásicos

• Monofásicos

• Trifásicos

No controlados: la tensión de salida depende de la carga.

Controlados: es posible regular la tensión de salida.

4

4

ωt

Vm

π 2πvo

i

vd

π

-Vm

2π

π 2π

π 2π

vS

ωt

ωt

ωt

i

vd

R

+ -

+

-vovS

3.2 Rectificadores monofásicos de media onda

vS = Vmsen(ωt)

5

5

Valores medios:

Valores eficaces:

= =π

o mmed

V VI

R R

= = =rms mef rms

V VI I

R 2R

= =2 2ef mV V

PR 4R

mmed o m

0

1 VV V V sen ( t) dt2

π

= = ω =π π∫

[ ] 2 mef rms m

0

1 VV V V sen ( t) dt2 2

π

= = ω =π ∫

Parámetros característicos

= =π

2 2med m

2CC

V VP

R R

6

6

Factor de forma: = =rms

med

VFF 1,57

V

Eficiencia:

= - =2RF FF 1 1,21

η = =cc

ca

P40,5%

P

Parámetros característicos

Factor de rizado:

7

7

∆Vo

ωt

Vm vo

id

vSid

R

+

-

vovS C

iRiC

Filtro por condensador

(Rizado)

0,5-1 ms

8

8

Vm

2π

vS

vL

vd

i

D conduce-Vm

β

D no conduce

ωt

ωt

ωt

vo

ωt

i

R

+ -+

-vR

vd

vL+

-

+

-

voL

vS

Carga R-L

π

vS = Ri(t) + L(di/dt)

- τω = ω - θ + θm tVi( t) [sen( t ) sen( )e ]

Z

9

9

2πiD1

vo

πωt

io

iD2

iD1

+

-vL

vR

+-

D1

D2

io

vS

+

-vo

iD2

iovS

+

-vo

io+

-vo=0

vS > 0 vS < 0

Diodo de libre circulación

D1 conduce D2 conduce

10

10

D conduce cuando vs > E:

-1

m

Eα = sen

V

iR

E

D

ωt

ωt

ωt

Vm

π 2π

vS

vS - E

i

α βπ 2π

α β

Vm-E/R

vS

+

-

Carga R - generador

Vm-E

11

11

Vm

π 2π

vS

vo

vD

-Vm

Vm

vD3,vD4 vD1,vD2

ωt

ωt

ωt

3.3 Rectificador monofásico de doble onda

i

R

+

-

vo

D1 D3

D4 D2

vS

i

R

+

-

vo

D1 D3

D4 D2

vS

12

12

Valor medio:

Valor eficaz:

Factor de forma y de rizado:

= =π

o mo

V 2VI

R R

= mrms

VV

2

= =rms

med

VFF 1,11

V

Eficiencia:

= - =2RF FF 1 0,48

η = =cc

ca

P81%

P

mmed o m

0

1 2VV V V sen ( t) dtπ

= = ω =π π∫

Parámetros característicos

13

13

R+

-

D1 D3

D4 D2

vovS

io

L

iS

vo, iovo

io

iD1, iD2

iD3, iD4

vS

iS

Rectificador en puente con carga R-L

14

14

R+

-

D1 D3

D4 D2

vovS

io

L

iS

= =π

o mo

V 2Vi(t) I

R R

Irms ≈ Io

Para ωL >> R:

vo

vo

vS

iS

iD3,iD4

iD1,iD2

Rectificador en puente con carga R-L

15

15

vo

io

vo

io

(a) Conducción continua

(b) Conducción discontinua

Carga RL - generador

R+

-

D1 D3

D4 D2

vovS

io

L

iS

E

R+

-

D1 D3

D4 D2

vovS

io

L

iS

E

-- π= =m

00

2VEV E

IR R

16

16

R+

-

D1 D3

D4 D2

vovS(t)=Vmsen(ωt)

C

∆Vo

ωt

vo

VmMenor rizado

Menor tensión de pico de salida

Filtro de salida por condensador

17

17

R+

-

D1 D3

D4 D2

vo

C1

C2

Interruptor abierto:

Interruptor cerrado:

vo ≈ Vm

vo ≈ 2Vm

vS > 0, C1 se carga hasta Vm a través de D1

vS < 0, C2 se carga hasta Vm a través de D4

Doblador de tensión

vS(t)=Vmsen(ωt)

18

18

ωt

vR vS vT

mV2

mVR mv (t) = V senωt

oT mv (t) = V sen(ωt +120 )

oS mv (t) = V sen(ωt -120 )

π6

5π6

3π2

13π6

¿Qué diodo conduce en cada instante?

3.4 Rectificadores trifásicos de media onda

D1

D2

D3

vo

vD1

+

-

VR

VS

VT

19

19

Conduce el diodo que tenga una tensión de ánodo mayor

Tensión inversa de picovD1 = vR - vo

t

D1 D2 D3

T/3

T

6π

65π

23π

63π

vRT

vo

vRS

Formas de onda características

20

20

( )( ) ( )π

π

π πω ωπ π

56

2

rms p p

6

3 3 1 2V V sen t d t sen 0,84V2 2 3 2 3

⎛ ⎞⎛ ⎞⎟⎜ ⎟⎜= = + =⎟⎟⎜ ⎜ ⎟⎟⎜ ⎟⎜ ⎝ ⎠⎝ ⎠∫

Valor medio:

= =rms

med

VFF 1,0165

V

= - =2RF FF 1 0,18

Factor de forma:

Factor de rizado:

Valor eficaz:

56

med p p p

6

1 3 3V V sen ( t) d t V 0,827V2 / 3 2

π

π

= ω ω = =π π∫

Parámetros característicos

21

21

Seis diodos

Mayor tensión de salida

Menor rizado de la tensión de salida

¿Qué diodos conducen en cada instante?

3.5 Rectificadores trifásicos de doble onda

D1 D2 D3

vo

R

D4 D5 D6

N

+

-

vD1+

-Transformador

vRS

vSTS

T

vRT

22

22

( )RS mv (t) = 3V sen ωt +30

oRT mv (t) = 3V sen (ωt -30 )

oST mv (t) = 3V sen (ωt -90 )

vRS

vST

vTR

P3V⋅

vD1

Corrientes y tensiones en los diodosD1D5

D1D6

D2D6

D2D4

D3D4

D3D5

ω t

vRS vRT vST

Diodosactivados

vo

iD1

6π

2π

65π

67π 11π

63π2

13π6

ω t

ω t

D1D5

D1D6

D2D6

D2D4

D3D4

D3D5

ω t

vRS vRT vST

Diodosactivados

vo

iD1

6π

2π

65π

67π 11π

63π2

13π6

ω t

ω t

vR

vS

vT

vRvR

vSvS

vTvT