UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA ELECTRNICA DE POTENCIA INFORME 4 1

Resumen En el presente documento se estudiara el desarrollo

y los resultados de la cuarta prctica de laboratorio, la cual

tiene como objetivo mostrar el funcionamiento de dos

topologas para rectificadores trifsicos no controlados, como

lo son la de media onda y la de onda completa tipo puente, esto

para evaluar su comportamiento y sus caractersticas de salida

tales como eficiencias y potencias; para ello se realizaran

mediciones tanto con multmetro como con osciloscopio y de

este modo visualizar los cambios respectivos.

Palabras clave: TUF, Puente de Diodos, Rectificador, Red trifsica

I. MARCO TERICO

A. Rectificador Trifsico de Media Onda

El rectificador trifsico en configuracin de media onda es el

ms utilizado en aplicaciones automovilsticas, debido a que

en dichos sistemas las tierras tanto del vehculo como del

mtodo de rectificacin deben ser las mismas.

El rectificador de media onda trifsico se compone de tres

diodos unidos por el ctodo a un punto en comn que a su vez

conecta la carga, la cual a su otro extremo tiene acoplado el

neutro del sistema, rectificando de este modo cada fase (las

cuales van al nodo de cada diodo). En la Figura 01 se ilustra

dicha configuracin de rectificador .

Figura 01 - Rectificador de media onda y su forma de onda

Para el anlisis del circuito se contemplarn dos puntos de

operacin. El primer punto de operacin es cuando la fase es

la ms positiva, la fase es menos positiva y la fase es muy

negativa, est punto de operacin se observa en la Figura 01.

Mientras que lo dicho anteriormente se ilustra en la Figura 02.

Figura 02 - Operacin del rectificador de media onda

Es posible observar que para todo momento en que la fase

sea ms positiva que cualquiera de las otras dos, el voltaje de

salida (en la carga) es el de la fase , durante este momento el

diodo de la fase est polarizado en directa y los diodos de

las otras dos fases se encontrarn en inversa. Es posible

realizar el mismo anlisis para el segundo punto de operacin,

en donde el diodo de la fase estar polarizado en directa y

los de las fases y en inversa, el voltaje de salida en la carga

por lo tanto se muestra en la Figura 03 .

Figura 03 - Tensin de salida rectificador trifsico media onda

Por lo tanto se observa que por cada ciclo la tensin de salida

tiene tres pulsaciones y se observa un rizo que no depende de

la carga; si se desea calcular el voltaje DC en la carga se

obtiene:

Al ser carga resistiva, la corriente DC es simplemente la

tensin DC sobre el valor de la resistencia:

Rectificadores no controlados: trifsicos Alfonso. D, Bustamante. G, Sierra. J.

{dalfonsoc, gbustamanteh, jcsierrar}@unal.edu.co

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Para el clculo de la tensin AC se aplica la frmula:

De igual forma que para la corriente DC, la corriente AC se

puede determinar como la relacin entre la tensin y la

resistencia:

Con estos valores ya es posible hallar datos sobre eficiencias:

Para determinar la eficiencia entrada-salida es necesario mirar

la corriente por fase, dado que cada fase entrega un solo pulso

por ciclo, la corriente de lnea tendra la forma de onda que se

muestra en la Figura 04.

Figura 04 - Forma de onda de la corriente

Por lo tanto la corriente de la fuente por fase se determina

como:

Y la eficiencia entrada salida estara dada por:

Si se quisiera calcular el valor pico-pico del rizo sera posible

hacerlo:

Finalmente el factor de potencia se puede calcular:

Pero como se trata de una carga resistiva se puede aproximar

a:

Sin embargo como se puede apreciar el factor de potencia es

demasiado bajo.

B. Rectificador Trifsico de Onda Completa: Tipo Puente

El rectificador trifsico tipo puente tambin conocido como

rectificador industrial es el ms usado en aplicaciones

industriales debido a su alta eficiencia y bajo rizo de voltaje de

salida, la gran desventaja de este rectificador es que no

comparte la tierra con la tensin de entrada, un esquema de

dicho convertidor se muestra en la Figura 05 .

Figura 05 - Rectificador trifsico de onda completa tipo puente

Del mismo modo que se realiz el anlisis para el rectificador

de media onda, se puede hacer uno para este, donde se llegar

a que la tensin de salida en la carga siempre ser la tensin

ms positiva, de la misma forma es posible determinar que la

parte positiva del rectificador siempre estar alimentada por el

voltaje de fase ms positivo, pero la parte negativa siempre

estar al potencial ms negativo de las tensiones de fase, por

lo tanto la salida es un rizado de 6 pulsaciones con tensin

fase-fase como se muestra en la Figura 06.

Figura 06 - Forma de onda de la tensin rectificador trifsico

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Los diodos activos se pueden identificar por la tensin ms

positiva presente, cuando a la salida se encuentra la tensin

el diodo de la parte de arriba que correspondiente a la fase

se encuentra activo y el diodo de la parte de abajo

correspondiente a la fase tambin se encuentra activo dado

que en ese momento la tensin de fase ms negativa es la fase

y la ms positiva la , por lo tanto se observa que la

corriente de lnea es una corriente con dos pulsaciones

positivas correspondientes a las otras dos fases absorbiendo

corriente y con dos pulsaciones negativas correspondientes a

las otras dos fases entregando corriente, como se muestra en la

Figura 07.

Figura 07 - Forma de onda de la corriente para el rectificador trifsico

de onda completa.

Esta corriente es particular, ya que tiene una componente de

frecuencia fundamental lo suficientemente alta y corrimiento

de fase cero.

Habiendo entendido el funcionamiento ya es posible

determinar una expresin para la tensin DC:

Al ser carga resistiva, la corriente DC es simplemente la

tensin DC sobre el valor de la resistencia:

Para el clculo de la tensin AC se aplica la frmula:

De igual forma que para la corriente DC, la corriente AC se

puede determinar as:

Con estos valores ya es posible hallar datos sobre eficiencias:

Como se puede observar la eficiencia de carga es bastante alta.

La corriente de la fuente por fase se determina como:

Y la eficiencia entrada salida estara dada por:

Siendo la eficiencia entrada salida tambin la del

transformador se observa que prcticamente no es necesario

un sobredimensionamiento.

Si se quisiera calcular el valor pico-pico del rizo sera posible

hacerlo:

Finalmente el factor de potencia se puede calcular:

Pero como se trata de una carga resistiva se puede aproximar

a:

Como se puede observar el factor de potencia es bastante

bueno.

II . CLCULOS TERICOS

A. Rectificador trifsico de media onda

Segn lo observado en el marco terico, se puede

determinar que cada diodo solo conduce durante un ngulo de

. Teniendo en cuenta esto, se calcularn el voltaje, la

corriente y la potencia promedio a partir de las siguientes

expresiones: