Informe 1 Electronica de Potencia
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ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361
INFORME N°1
Rectificador monofásico carga RC
INTRODUCCIÓN
Un rectificador es el elemento o circuito
que permite convertir la corriente alterna
en corriente continua. Esto se realiza
utilizando diodos rectificadores
semiconductores.
OBJETIVOS
Comparar datos experimentales y
teóricos de un rectificador monofásico
de media y onda completa con carga
RC.
Determinar parámetros de una señal.
MARCO TEORICO
Es sabido que, la producción y transporte
de la corriente eléctrica, es de tipo alterna
por cuestiones de eficiencia energética, sin
embargo, existen innumerables
dispositivos o sistemas electrónicos que
necesitan ser alimentados con un valor de
tensión uniforme y continúa. Para
conseguir que una corriente alterna se
convierta en continua, se utilizan unos
dispositivos llamados rectificadores.
Básicamente existen dos tipos de
rectificadores: media onda y onda
completa.
Rectificador monofásico de media onda
con filtro RC
Un circuito RC sirve como filtro para
hacer que el voltaje alterno se vuelva
directo casi como el de una batería, esto es
gracias a las pequeñas oscilaciones que
tiene la salida del voltaje, las cuales son
prácticamente nulas.
La primera parte del circuito consta de una
fuente de voltaje alterna, seguido de un
diodo que en esta ocasión será ideal
(simplemente para facilitar la comprensión
del funcionamiento) y finalmente el filtro
RC.
El circuito funciona de la siguiente
manera:
1. Entra la señal alterna al circuito, la cual
se rectifica con el diodo. (Solo permite
pasar un semiciclo de la señal, que en
este caso es el semiciclo positivo)
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2. En el momento que el voltaje sale del
diodo el condensador se empieza a
cargar y la caída de voltaje se recibe en
la resistencia.
3. En el entender que es lo que está
pasando y como calcular el filtro.
Rectificador monofásico de onda
completa
En el rectificador en puente se hacen
necesarios cuatro diodos. La operación del
rectificador en puente consiste que durante
los semiciclos positivos del voltaje de
entrada Vs es positivo y la corriente es
conducida a través del diodo D1, la
resistencia R y el diodo D2. Ente tanto los
diodos D3 y D4 estarán polarizados
inversamente; hay dos diodos en serie en
la trayectoria de conducción y por tanto Vo
será menor que Vs por dos caídas del
diodo, esta es una desventaja del
rectificador en puente.
TOMA DE DATOS (DESARROLLO)
Se realizaron 3 montajes, dos de media
onda en donde la diferencia eran los
valores de los elementos y el valor de τ
(tao)y el otro montaje era un circuito
rectificador de onda completa.
Figura 1. Montaje del rectificador monofásico de media
onda con R=200 Ω, C=10 µF y τ=2 ms.
Figura 2. Montaje del rectificador monofásico de media
onda con R=1000 Ω, C=10 µF y τ=10 ms.
Figura 3. Montaje del rectificador monofásico de onda
completa con R=1000 Ω, C=3,3 µF y τ=3,3 ms
En el anexo A se muestran los datos
obtenidos en la práctica (parte
experimental) y a continuación se muestra
el procedimiento matemático para
encontrar los otros parámetros de la
señaltanto experimental como
teóricamente.
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Procedimiento de los datos teóricos:
Tomando como base la tensión máxima
(Vm) de cada montaje se procederá a
encontrar los datos de la señal en sus 3
casos (montajes).
𝑉𝑜(𝑤𝑡) = 𝑉𝑚 sin 𝑤𝑡 ; 0 < 𝑤𝑡 < 𝜃
𝑉𝑜(𝑤𝑡) = 𝐴𝑒−𝑡
𝑅𝐶; 0 < 𝑤𝑡 < 2𝜋 + 𝛼 𝐴 = 𝑉𝑚 sin 𝜃
𝜃 = 𝜋 − tan−1(𝑤𝑅𝐶)
𝑉𝑚 cos(2𝜋 + 𝛼) = 𝑉𝑚 sin 𝜃 𝑒−(2𝜋+𝛼−𝜃)/𝑤𝑅𝐶
Para el circuito rectificador de media
onda con τ = 2 ms, R = 200 Ω y C = 10
µF.
𝑉𝑚𝑎𝑥 = 19.8 𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 0 𝑉
𝜃 = 2.5 𝑟𝑎𝑑; 𝛼 ≈ 0°
𝑉𝑑𝑐 =1
2𝜋∫ 𝑉𝑜(𝑤𝑡)𝑑𝑤𝑡
2𝜋
0
= 7.1 𝑉
ϒ =𝑉𝑟
𝑉𝑑𝑐= 2.79
𝑉𝑟𝑚𝑠 = √1
2𝜋∫ 𝑉𝑜
2(𝑡)𝑑𝑤𝑡2𝜋
0
= 10.1 𝑉
𝑉𝑎𝑐 = √𝑉𝑟𝑚𝑠2 − 𝑉𝑑𝑐
2 = 7.2 𝑉
𝐹𝐹 =𝑉𝑟𝑚𝑠
𝑉𝑑𝑐= 1.42
𝐼𝑑𝑐 =𝑉𝑑𝑐
𝑅= 35.5 𝑚𝐴
𝐼𝑟𝑚𝑠 =𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛
𝑅√2= 70 𝑚𝐴
𝑃𝑎𝑐 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 ∗ 𝐼𝑟𝑚𝑠 = 0.707 𝑊
𝑃𝑑𝑐 = 𝑉𝑑𝑐 ∗ 𝐼𝑑𝑐 = 0.25205 𝑊
ɳ% =𝑃𝑑𝑐
𝑃𝑎𝑐𝑥100% = 35.65%
Para el circuito rectificador de media
onda con τ = 10 ms, R = 1000 Ω y C =
10 µF.
𝑉𝑚𝑎𝑥 = 20.2 𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 0 𝑉;
𝜃 = 1.83 𝑟𝑎𝑑; 𝛼 = 4.8
𝑉𝑑𝑐 = 10.91 𝑉; ϒ = 1.8515
𝑉𝑟𝑚𝑠 = 13.47 𝑉; 𝑉𝑐𝑎 = 7.9 𝑉
𝐹𝐹 = 1.2346; 𝐼𝑑𝑐 = 10.91 𝑚𝐴
𝐼𝑟𝑚𝑠 = 14.28 𝑚𝐴
𝑃𝑎𝑐 = 0.1923516 𝑊
𝑃𝑑𝑐 = 0.1190281𝑊
ɳ% = 61.88 %
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Para el circuito rectificador de onda
completa con τ = 3.3 ms, R = 1000 Ω y
C = 3.3 µF.
𝑉𝑚𝑎𝑥 = 20.9 𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 0 𝑉
𝜃 = 2.25; 𝛼 = 7.85
𝑉𝑑𝑐 = 12.27 𝑉; ϒ = 1.49
𝑉𝑟𝑚𝑠 = 14.01 𝑉 𝑉𝑐𝑎 = 6.76 𝑉
𝐹𝐹 = 1.14; 𝐼𝑑𝑐 = 12.27 𝑚𝐴
𝐼𝑟𝑚𝑠 = 14.77 𝑚𝐴
𝑃𝑎𝑐 = 0.2069277 𝑊
𝑃𝑑𝑐 = 0.1505529 𝑊
ɳ% = 72.76 %
Procedimiento de los datos
experimentales:
Los datos obtenidos en la práctica (valores
experimentales) fueron:
𝑉𝑟𝑚𝑠; 𝑉𝑚𝑎𝑥; 𝑉𝑑𝑐; 𝑉𝑎𝑐; 𝑉𝑚𝑖𝑛
En el anexo B se encuentran las gráficas
de la señal de salida de los tres montajes
mostrados por el osciloscopio.
En el anexo C se muestran las
simulaciones realizadas de los 3 montajes,
estas simulaciones se hicieron en
Para el circuito rectificador de media
onda con τ = 2 ms, R = 200 Ω y C = 10
µF.
𝑉𝑚𝑎𝑥 = 19.8 𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 1.2 𝑉
𝑉𝑟𝑚𝑠 = 10.7 𝑉; 𝑉𝑎𝑐 = 7.14 𝑉
𝑉𝑑𝑐 = 8.25 𝑉
𝑉𝑟 = 𝑉𝑚𝑎𝑥 − 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 18.6 𝑉
ϒ =𝑉𝑟
𝑉𝑑𝑐= 2.25
FF =Vrms
Vdc= 1.3
𝐼𝑑𝑐 =𝑉𝑑𝑐
𝑅= 41.25 𝑚𝐴
𝐼𝑟𝑚𝑠 =𝑉𝑟𝑚𝑠
𝑅= 53.5 𝑚𝐴
𝑃𝑎𝑐 = 𝐼𝑟𝑚𝑠 ∗ 𝑉𝑟𝑚𝑠 = 0.57245 𝑊
𝑃𝑑𝑐 = 𝑉𝑑𝑐 ∗ 𝐼𝑑𝑐 = 0.3403125 𝑊
ɳ% =𝑃𝑑𝑐
𝑃𝑎𝑐𝑥100% = 59.45%
Para el circuito rectificador de media
onda con τ = 10 ms, R = 1000 Ω y C =
10 µF.
𝑉𝑚𝑎𝑥 = 20.2𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 3.4 𝑉
𝑉𝑟𝑚𝑠 = 13.1 𝑉; 𝑉𝑎𝑐 = 6.75 𝑉
𝑉𝑑𝑐 = 10.9 𝑉; 𝑉𝑟 = 16.8 𝑉
ϒ = 1.54; FF = 1.2
𝐼𝑑𝑐 = 10.9 𝑚𝐴; 𝐼𝑟𝑚𝑠 = 13.1 𝑚𝐴
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𝑃𝑎𝑐 = 0.17161 𝑊
𝑃𝑑𝑐 = 0.11881 𝑊; ɳ% = 69.23 %
Para el circuito rectificador de onda
completa con τ = 3.3 ms, R = 1000 Ω y
C = 3.3 µF.
𝑉𝑚𝑎𝑥 = 20.9 𝑉; 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 5.6 𝑉
𝑉𝑟𝑚𝑠 = 16.9 𝑉; 𝑉𝑎𝑐 = 4.51 𝑉
𝑉𝑑𝑐 = 15.1 𝑉; 𝑉𝑟 = 15.3 𝑉
ϒ = 1.01; FF = 1.12
𝐼𝑑𝑐 = 15.1 𝑚𝐴; 𝐼𝑟𝑚𝑠 = 16.9 𝑚𝐴
𝑃𝑎𝑐 = 0.28561 𝑊
𝑃𝑑𝑐 = 0.22801 𝑊; ɳ% = 79.83 %
ANALISIS DE RESULTADOS
En esta parte del informe se pretenderá
comparar los datos teóricos con los
experimentales (Errores) de todos los
parámetros de la señal de salida
(rectificada).
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑥𝑝
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜𝑥100%
Se debe tener en cuenta el detalle de que se
tomó la tensión máxima y la tensión
mínima para calcular los datos teóricos de
la señal en sus 3 montajes distintos.
Para los datos teóricos se aplicaron las
formulas presentadas en la guía de la
practica y en los datos experimentales se
utilizaron formulas usadas por circuitos
eléctricos, es decir, el ejemplo es la
corriente, mientras que en la parte teórica
la fórmula para Irms es 𝑉𝑟
𝑅√2 y en los datos
experimentales se utilizó la formula 𝑉𝑟𝑚𝑠
𝑅.
Para el circuito rectificador de media
onda con τ = 2 ms, R = 200 Ω y C = 10
µF.
Valor
Teórico
Valor
Experim
ental
% de
error
𝑽𝒎𝒂𝒙[𝑽] 19.8 19.8 0
𝑽𝒎𝒊𝒏[𝑽] 0 1.2
𝑽𝒓𝟏[𝑽] 19.8 18.6 6.06
𝑽𝒄𝒅[𝑽] 7.1 8.25 16.19
ϒ 2.79 2.25 19.35
𝑽𝒄𝒂[𝑽] 7.2 7.14 0.83
𝑽𝒓𝒎𝒔[𝑽] 10.1 10.7 5.9
FF 1.42 1.3 8.45
𝑰𝒄𝒅[𝒎𝑨] 35.5 41.25 16.2
𝑰𝒓𝒎𝒔[𝒎𝑨] 70 53.5 23.57
𝑷𝒂𝒄[𝑾] 0.707 0.57245 33.17
𝑷𝒅𝒄[𝑾] 0.25205 0.3403 35.0
ɳ% 35.65 59.45 66.7
En este montaje se puede observar
numéricamente que los valores fueron
decentemente acertados, es decir, el
porcentaje de error no se excedió más
del 50% ya que se esperaban errores
mucho más grandes, aunque
analizando la eficiencia experimental
con la teórica se puede notar que existe
una brecha grande (una diferencia
considerable) la cual nos indica que los
datos obtenidos (medidos en la
práctica) no se acercan muy bien a los
datos teóricos y se podría dar respuesta
a dicha diferencia a que se estaba
trabajando con elementos que varían
en función a la temperatura, quizá este
fue uno de los tantos aspectos que
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influyeron en la diferencia de la
eficiencia del circuito montado.
Para el circuito rectificador de media
onda con τ = 10 ms, R = 1000 Ω y C =
10 µF.
Valor
Teórico
Valor
Experim
ental
% de
error
𝑽𝒎𝒂𝒙[𝑽] 20.2 20.2 0
𝑽𝒎𝒊𝒏[𝑽] 0 3.4 0
𝑽𝒓𝟏[𝑽] 20.2 16.8 16.83
𝑽𝒄𝒅[𝑽] 10.91 10.9 0.09
ϒ 1.8515 1.54 16.8
𝑽𝒄𝒂[𝑽] 7.9 6.75 14.55
𝑽𝒓𝒎𝒔[𝑽] 13.47 13.1 2.75
FF 1.2346 1.2 2.8
𝑰𝒄𝒅[𝒎𝑨] 10.91 10.9 0.09
𝑰𝒓𝒎𝒔[𝒎𝑨] 14.28 11.88 16.8
𝑷𝒂𝒄[𝑾] 0.192352 0.1556 19.1
𝑷𝒅𝒄[𝑾] 0.119028 0.11881 0.18
ɳ% 61.88 76.36 23.4
Este montaje nos permite mostrar que
a pesar de las diferencias en los datos
obtenidos en la práctica con los datos
teóricos se puede ver cierta relación,
cierta coherencia y correlación en el
comportamiento de cada parámetro de
la señal, más aún, se podría realizar un
análisis exhaustivo en la eficiencia del
sistema (del montaje especificado) y se
podría concluir que los datos están
aproximados y que se hizo una buena
medición a sabiendas de los errores
existentes en estas medidas,
incertidumbres de los equipos y de los
elementos.
Para el circuito rectificador de onda
completa con τ = 3.3 ms, R = 1000 Ω y
C = 3.3 µF.
Valor
Teórico
Valor
Experim
ental
% de
error
𝑽𝒎𝒂𝒙[𝑽] 20.9 20.9 0
𝑽𝒎𝒊𝒏[𝑽] 0 5.6 0
𝑽𝒓𝟏[𝑽] 20.9 15.3 26.8
𝑽𝒄𝒅[𝑽] 12.27 15.1 23.06
ϒ 1.49 1.01 32.2
𝑽𝒄𝒂[𝑽] 6.76 4.51 33.3
𝑽𝒓𝒎𝒔[𝑽] 14.01 16.9 20.63
FF 1.14 1.12 1.75
𝑰𝒄𝒅[𝒎𝑨] 12.27 15.1 23.06
𝑰𝒓𝒎𝒔[𝒎𝑨] 14.77 16.9 14.42
𝑷𝒂𝒄[𝑾] 0.2069 0.28561 38
𝑷𝒅𝒄[𝑾] 0.1506 0.22801 54.4
ɳ% 72.76 79.83 9.7
En este montaje se puede comprobar que
lo visto en la academia es esencialmente lo
que sucede en la práctica, se puede
observar que a pesar de una cierta
diferencia de valores en los parámetros
medidos de la señal (voltaje en la carga)
hay relación fuerte en los valores
obtenidos en la práctica con los valores
obtenidos en la teoría
OBSERVACIONES
Algo que sucedió en la práctica fue el
hecho de que se estallo un capacitor y
este sucedió porque fue mal
polarizado; no se tuvo precaución y no
se verificó si realmente se estaba
haciendo una conexión funcional,
queda de experiencia para los montajes
futuros.
Las graficas obtenidas de la señal de
salida de los 3 montajes tuvieron el
comportamiento que se esperaba, se
esperaba el aporte de los diodos y la
rectificación de los circuitos.
CONCLUSIONES
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Se debe tener en cuenta que los valores
teóricos no son exactamente iguales a
los experimentales ya que la
incertidumbre en los elementos y en
los equipos juega un papel importante
en la toma de datos, teniendo como tal,
valores experimentales cercanos a los
teóricos pero nunca valores iguales a
los calculados matemáticamente (en la
teoría).
Se pudo comprobar el comportamiento
de un circuito rectificador, este elimina
la componente negativa de la señal
obteniendo así una señal positiva,
rectificada y con cierta componente de
DC que le agrega el condensador ya
que este en ciertos ciclos de tiempo
realiza una descarga.
El rectificador de onda es más eficiente
debido a que se aprovechan los dos
ciclos de la onda.
Se observó y concluyo que el valor del
condensador utilizado en ambos
montajes resultaba insuficiente para
compensar el voltaje de rizo
presentado y llevarlo a un valor
aceptable.
Si se colocase un condensador de
mayor capacidad, se observaría que
desaparece notablemente la tensión de
rizado, convirtiéndose
aproximadamente en una salida de
tensión casi continua, pero sin olvidar
que el rizado podría ser grande, si la
resistencia de carga es muy pequeña.
BIBLIOGRAFIA
Miyara Federico. Rectificación.
Electrónica III, 2005. Tomado de:
http://www.fceia.unr.edu.ar/enica
3/rectif.pdf
.
Muhammad Rashid. Electrónica
de Potencia.
Dewan. Power semiconductor
circuits.
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Anexos
Anexo A
Teóricos Experimentales
Media onda Onda
completa
Media onda Onda
completa
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 [𝑚𝑠] τ = 2 ms τ = 10 ms τ = 3,3 ms τ = 2 ms τ = 10 ms τ = 3,3 ms
𝑉𝑚𝑎𝑥[𝑉] 19.8 20.2 20.9 19.8 20.2 20.9
𝑉𝑚𝑖𝑛[𝑉] 0 0 0 1.2 3.4 5.6
𝑉𝑟1[𝑉] 19.8 20.2 20.9 18.6 16.8 15.3
𝑉𝑐𝑑[𝑉] 7.1 10.91 12.27 8.25 10.9 15.1
ϒ 2.79 1.8515 1.49 2.25 1.54 1.01
𝑉𝑐𝑎[𝑉] 7.2 7.9 6.76 7.14 6.75 4.51
𝑉𝑟𝑚𝑠[𝑉] 10.1 13.47 14.01 10.7 13.1 16.9
FF 1.42 1.2346 1.14 1.3 1.2 1.12
𝐼𝑐𝑑[𝑚𝐴] 35.5 10.91 12.27 41.25 10.9 15.1
𝐼𝑟𝑚𝑠[𝑚𝐴] 70 14.28 14.77 53.5 11.88 16.9
𝑃𝑎𝑐[𝑊] 0.707 0.1923516 0.2069 0.57245 0.1556 0.28561
𝑃𝑑𝑐[𝑊] 0.25205 0.119028 0.1506 0.3403 0.11881 0.22801
ɳ% 35.65 61.88 72.76 59.45 76.36 79.83 Tabla del resumen de los datos obtenidos en la práctica (experimentales) y los datos obtenidos en la parte teórica.
Anexo B
Grafica mostrada por el osciloscopio del montaje de media onda con R=200 Ω, C=100 μF y τ=2 ms
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Grafica mostrada por el osciloscopio para el montaje de media onda con R= 1000 Ω, C=10 μF, τ=10 ms
Grafica mostrada por el osciloscopio para el montaje de onda completa utilizando una R=1000 Ω, C=3,3 μF y τ=3,3 ms
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Anexo C
Simulación para el montaje de media onda con R=200 Ω, C=10 μF y τ=2 ms
Simulacion hecha para el montaje del circuito de media onda con R= 1000 Ω, C=10 μF y τ=10 ms
Simulacion para el montaje de onda completa con R=1000 Ω, C= 3.3 μF y τ= 3.3 ms