ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.21

• DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS: 1.- Valor medio de la tensión y corriente de salida:

π

=π

= ∫π M0 M)AV(

V2)wt(d)wtsen(V1Vo

RV2

RVo

Io M)AV()AV( π

==

2.- Valor eficaz de la tensión y corriente de salida:

[ ]2

V)wt(d)wtsen(V1V M0

2MRMSO =

π= ∫

π

2I

R2V

RV

I MMRMSORMSO ===

3.- Potencias (cd y ca) en la salida y eficiencia:

RV4I·VP 2

2M

)AV(O)AV(OCDπ

==

R2VI·VP

2M

RMSORMSOCA ==

%8181'0PP

CA

CD ⇒==η

4.- Factor de forma y factor de rizado:

11'1V

VFF

AVO

RMSO ==

%4848'01FFRF 2 ⇒=−=

5.- Tensión y corriente de cada secundario del transformador:

2VV M

RMSS =

A-PDF Split DEMO : Purchase from www.A-PDF.com to remove the watermark

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.22

2I

R2V)wt(d)wtsen(

RV

21I MM

0

2M

RMSS ==⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π= ∫

π

6.- Potencia del transformador (en VA):

R2VI·V2I·VS

2M

RMSSRMSSRMSPRMSP ===

7.- Factor de Potencia y DPF:

707'0S

PPF CA ==

)faseenVyI(,0;1cosDPF PP=φ=φ=

8.- Desarrollo en serie de Fourier de la tensión de salida, vo(t):

...wt6cos35V4wt4cos

15V4wt2cos

3V4V2)t(v MMMM

o −π

−π

−π

−π

=

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.23

A.2) CON CORRIENTE DE SALIDA CONSTANTE (Carga inductiva muy grande):

• Si la carga es una inductancia suficientemente grande, se puede considerar que la corriente de salida es constante (la carga es equivalente a una fuente de corriente).

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.24

• DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS:

• Tensión y corriente de salida:

2

VV;V2Vo MRMSO

M)AV( =

π=

aRMS)AV( IIoIo ==

• Tensión y corriente de cada secundario del transformador:

2VV M

RMSS = ; 2

II aRMSS =

• Tensión y corriente del primario del transformador:

RMSSRMSP V2V = ; 2

III MRMSSRMSP ==

• Tensión en los diodos:

M(máx)invdiodo V2V =−

B) EN PUENTE.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.25

B.1) CON CARGA RESISTIVA:

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.26

• Los diodos conducen por parejas: D1 y D2 en un semiciclo, y D3 y D4 en el siguiente.

• La corriente por la carga siempre tiene el mismo sentido. • La corriente que entra al puente, procedente de la fuente de alterna es

simétrica respecto a cero (su valor medio es cero y, por tanto, no tiene componente continua).

• DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS:

• Tensión y corriente de salida:

2

VV;V2Vo MRMSO

M)AV( =

π=

R2VI;

RV2Io M

RMSOM

)AV( =π

=

• Corriente en el secundario del transformador:

0I )AV(S = ; R2

VI MRMSS =

• Tensión en los diodos:

M(máx)invdiodo VV =−

• Corriente por los diodos:

R2V

I;R

VI M

RMSdiodoM

)AV(diodo =π

= −−

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.27

B.2) CON CORRIENTE DE SALIDA CONSTANTE:

• La corriente de salida, constante, es conducida alternativamente por las

parejas de diodos D1-D2 y D3-D4. • DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS:

2VV;V2Vo M

RMSOM

)AV( =π

= ; aRMSO)AV( IIIo ==

0I )AV(S = ; aRMSS II =

M(máx)invdiodo VV =− 2

II;

2I

I aRMSdiodo

a)AV(diodo == −−

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.28

B.3) CON CARGA RL:

• Después del transitorio inicial, la corriente de carga, io, alcanza una

evolución periódica estable. La corriente se transfiere desde un par de diodos al otro cuando cambia la polaridad del generador.

• La tensión en la carga RL es una sinusoide rectificada en onda completa, como en el caso de carga resistiva, pero la corriente nunca llega a cero.

• La corriente en la carga se calcula estudiando cada componente de frecuencia de vo(t) por separado y combinando los resultados:

RV

I )AV(O)AV(O =

nwLjRV

ZV

I nO

n

nOnO +

==

• La obtención de resultados analíticos es tediosa en este caso y se prefiere la utilización de un herramienta de simulación.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.29

B.4) CON CARGA R-L-E (Ejemplo: Motor de CC):

• Dependiendo de los valores de las componentes R-L-E de la carga, la

corriente de salida puede ser continua (nunca vale cero) o discontinua (vale cero durante algún intervalo del periodo):

a) CONDUCCIÓN CONTINUA:

R

VV2

RVV

ICC

MCC)AV(O

)AV(O

−π=

−=

b) CONDUCCIÓN DISCONTINUA:

• Los parámetros del rectificador deben determinarse mediante simulación.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.30

2.5.2 RECTIFICADORES TRIFÁSICOS.

A) EN MATRIZ DE CONVERSIÓN. • El rectificador se alimenta desde un transformador trifásico conectado en

estrella. • En cada instante va a conducir el diodo que tenga mayor tensión aplicada al

ánodo, por lo que la tensión de salida está formada por las cúpulas del sistema trifásico de tensiones

• El valor medio de la corriente de cada fase no es nulo, por el transformador circula continua, lo que puede provocar la saturación del núcleo.

MmáxInvDMRMSOM

)AV( V3V;8

3321VV;

2V33Vo =

π+=

π= −

R3V

3I

I;IR3

V3

II RMSORMSO

RMSd)AV(fase)AV(O)AV(O

)AV(D =====

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.31

B) EN PUENTE. • Como todos los rectificadores en puente, puede interpretarse como dos

convertidores simples (uno de ánodo común y otro de cátodo común), que alimentan a la carga:

• La tensión de salida del rectificador simple P está formada por las cúpulas superiores de las tensiones simples (o de fase):

( )cnbnanPn v,v,vmáxv =

• La tensión de salida del rectificador simple N está formada por las cúpulas inferiores de las tensiones simples (o de fase):

( )cnbnanNn v,v,vmínv = • La tensión de la carga corresponde a la diferencia entre ambas:

NnPno vvv −= • La salida del rectificador será, en cada instante, el máximo de las tensiones

compuestas (tanto directas como inversas), es decir: ( ))t(v),t(v),t(v),t(v),t(v),t(vmáx)t(v cbcababcacabo =

de manera que se obtienen 6 cúpulas por periodo (cúpulas de 60º ó π/3).

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.32

• Cada diodo conduce 120º consecutivos por periodo. Siempre hay conduciendo simultáneamente un diodo de la matriz superior junto a uno de la matriz inferior, pero sólo 60º con el mismo (los diodos están numerados según la secuencia de su entrada en conducción).

• La corriente por un diodo durante su conducción es la misma que pasa por la carga. La corriente de cada fase del transformador será la suma de las corrientes de los diodos conectados a ella.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.33

• DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS:

nfMmáxInvD

)AV(

RMSO

nfMnfMRMSO

nfMnfMLLM

)AV(

V3V

%08'1000008'1VoV

FF

;V655'14

3923VV

;V654'1V33V3

Vo

−−

−−

−−−

=

===

=π

+=

=π

=π

=

RV

I;R

VI RMSO

RMSO)AV(O

)AV(O ==

3I

I;3

II RMSO

RMSdiodo)AV(O

)AV(diodo == −−

0I )AV(S = ; RMSORMSS I32I =

• La determinación de parámetros en los rectificadores trifásicos con carga R-

L o R-L-E debe realizarse mediante simulación.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.34

2.5.3 OTROS RECTIFICADORES.

A) RECTIFICADOR HEXAFÁSICO SIMPLE: • Se alimenta desde un transformador con seis fases en el secundario

conectadas en estrella (desfasadas 60º). • El primario del transformador es trifásico mientras que el secundario tiene

tres devanados a 120º con una toma intermedia cada uno de ellos. Si se unen las tomas intermedias de los tres secundarios y se toman como común, se obtienen las seis fases de salida.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.35

B) RECTIFICADOR HEXAFÁSICO EN PUENTE: • La tensión de salida presenta 6 cúpulas de 60º eléctricos cada una.

C) RECTIFICADOR DE 12 PULSOS: • Corresponde a la conexión en serie de dos puentes trifásicos.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.36

2.5.4 CUADRO RESUMEN.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.37

2.6 EFECTO DE LA INDUCTANCIA DE LA FUENTE EN LA CONMUTACIÓN DE LA CORRIENTE.

• Hasta ahora se había considerado nula la inductancia de salida de los generadores de alterna que alimentan los rectificadores, pero no es así en general, y sobre todo, cuando se alimentan desde un transformador.

• La presencia de esa inductancia (Ls) influye en el proceso de conmutación de corriente de un diodo a otro y reduce ligeramente el valor medio de lal tensión de salida del rectificador.

• Con el siguiente esquema, se analiza el fenómeno de la conmutación en el momento en que van alcanza a vcn, y la corriente Id, qué venía circulando por Dc tienen que empezar a hacerlo por Da:

NOTA: Aunque el siguiente desarrollo sólo es válido para Id = Constante, sirve para poner de manifiesto el efecto.

• Ni ia ni ic pueden variar bruscamente por la presencia de Ls. Las tensiones inducidas en Ls harán que los dos diodos, Da y Dc, conduzcan simultáneamente mientras la corriente cambia de Dc a Da.

• Durante el ángulo de conmutación, u, la tensión en los ánodos de los diodos Dc y Da es la misma e igual al valor medio de van y vcn:

dca

cnancScn

aSanpn

Iii2

vvdtidLv

dtidLvv

=+

+=−=−=

,

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.38

• Este hecho hace que la tensión media en la salida del rectificador se reduzca el equivalente al área rallada en la figura, que puede cuantificarse como:

dwt2

vvdwt2

vvvAu

0

cnanu

0

cnananu ∫∫

−=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ +

−=

• De las ecuaciones anteriores se deduce:

dtidL

2vv

dtid

dtidiiI

dtid

dtidLvv

aS

cnan

cacad

caScnan

=−

⇒−=⇒+=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=−

;IwLidwLdtwdtidLdwt

dtidLA dS

I

0aS

wu

0

aS

u

0

aSu

d

==== ∫∫∫

• En cada conmutación se pierde un área de tensión equivalente a:

dSu IwLA =

• Luego, para cualquier rectificador:

dSConm)AV(O IwL2qDVπ

=−

donde q es el número de cúpulas por periodo del rectificador.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.39

2.7 RECTIFICADORES CONTROLADOS. • Ofrecen tensión de salida controlable.

• Se construyen con tiristores. El voltaje de salida se varía controlando el ángulo de retardo o disparo de los tiristores (control por fase).

• Un tiristor controlado por fase: a) SE ACTIVA: Aplicando un pulso a la puerta cuando está polarizado en

directa. b) SE DESACTIVA: Por conmutación natural o de línea,

- Cuando se extingue la corriente que conduce (cargas R o R-L con inductancias pequeñas).

- Al disparar otro transistor del rectificador, que recibe la corriente que el primero conducía (cargas muy inductivas).

• Si la carga es altamente inductiva (corriente constante en la carga) o incluye una fuente de energía en continua, el convertidor CA/CC funciona también de forma reversible, es decir, es capaz de transportar energía del lado CA al lado CC (rectificador) o del lado CC al CA (inversor no autónomo).

• Los convertidores CA/CC pueden trabajar en 2 cuadrantes (tensión positiva o negativa y corriente unidireccional) o en cuatro cuadrantes (duplicando el número de tiristores).

ELECTRÓNICA DE POTENCIA I Núm: 2.40

2.7.1 PRINCIPIO DE OPERACIÓN DEL CONVERTIDOR CONTROLADO POR FASE.

A) CON CARGA RESISTIVA.