Dideño Fuente Romulo Ilbay

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CONVERTIDOR CA A DC.Para ingresar en este tema se iniciara indicando algunos conceptos bsicos de los rectificadores.La distribucin de energa elctrica se hace en corriente alterna, la facilidad de adaptacin del nivel de tensin por medio de transformadores.Sin embargo, en muchas aplicaciones, la carga alimentada requiere una tensin continua. La conversin CA/CC es realizada por convertidores estticos de energa, comnmente denominados rectificadores. Por tanto, un rectificador es un sistema electrnico de potencia cuya funcin es convertir una tensin alterna en una tensin continua.En una primera clasificacin, podemos diferenciar los rectificadores de acuerdo con el nmero de fases de la tensin alterna de entrada (monofsico, bifsico, trifsico). Dentro de estos, podemos diferenciar los rectificadores en funcin del tipo de conexin de los elementos (media onda y de onda completa). Otra posible clasificacin es segn su capacidad de ajustar el valor de la tensin de salida, ello depende de si se emplean diodos o tiristores. Los rectificadores no controlados son aquellos que utilizan diodos como elementos de rectificacin, en cuanto que los controlados utilizan tiristores o transistores.RECTIFICADORES NO CONTROLADOSA la hora de llevar a cabo la rectificacin, se han de utilizar elementos electrnicos que permitan el paso de la corriente en un sentido, permaneciendo bloqueado cuando se le aplique una tensin de polaridad inapropiada. Para ello, en los rectificadores no controlados, como ya se ha comentado, el componente ms adecuado y utilizado es el diodo semiconductor.El diodo es un dispositivo semiconductor de dos terminales, nodo y ctodo, que dejar pasar la corriente cuando el nodo sea positivo respecto al ctodo, y no conducir cuando la tensin aplicada a sus extremos sea la contraria. Ello conlleva a que el diodo sea un componente adecuado para ser utilizado, solo o con otros diodos, como rectificador.En estado de bloqueo, la corriente que circula por un diodo recibe el nombre de corriente de fugas y es prcticamente nula.Tambin se ha de tener en cuenta, adems de la tensin directa (en conduccin) VF, la tensin inversa que soporta el diodo VR.

RECTIFICADOR MONOFSICO DE MEDIA ONDA.Es el rectificador ms sencillo que existe, y en consecuencia el ms barato. Simplemente es necesario un diodo entre la alimentacin de alterna y la carga. Podra existir un transformador si se desea aislamiento galvnico entre la red elctrica y la carga. Este circuito slo rectifica la mitad de la tensin de entrada; podemos considerarlo como un circuito en el que la unidad rectificadora est en serie con la tensin de entrada y la carga. Si modelamos la carga por una resistencia, el anlisis es muy sencillo. El diodo conducir si la tensin de entrada Vs es positiva. En ese caso, la tensin que ver la carga ser aproximadamente la tensin de entrada, siempre y cuando despreciemos la cada de tensin del diodo en estado de conduccin. Si la tensin de entrada es negativa, el diodo no puede conducir dado que ve una tensin nodo ctodo negativa. La carga ve una tensin nula entre sus bornes, dado que no hay circulacin de corriente.

Fig.1: circuito rectificador de media onda y sus respectivas ondas de entrada y salida.Las formas de onda con carga resistiva para un rectificador monofsico con topologa de media onda, tambin denominado de medio puente. El funcionamiento consiste en tomar de la red una seal sinusoidal de valor medio nulo, proporcionar a la carga, gracias al diodo, una forma de onda unidireccional, pero no constante como se puede apreciar en la figura. 1. El nombre de rectificador proviene del hecho de que se rectifica la onda y queda la salida siempre positiva o nula.

Segn sea la amplitud de la tensin de alimentacin, tendremos un determinado nivel de tensin continua a la salida.

RECTIFICADOR CON TRANSFORMADOR DE TOMA MEDIAEn este caso, para rectificar la onda completa, se utilizan 2 diodos, en una configuracin denominada, rectificador con transformador en toma de center tac. Las figura.2. Muestra el circuito y las formas de onda, respectivamente.

Fig.2: circuito rectificador de onda completa y sus respectivas ondas.

RECTIFICADOR EN PUENTEEn este caso, para rectificar la onda completa, se utilizan 4 diodos, en una configuracin denominada puente completo o puente de Graetz. Recibe el nombre de puente rectificador, por estar formado por cuatro diodos conectados en puente y su principal ventaja respecto al rectificador de onda completa con toma media es que no necesita transformador.Fig.3: Circuito rectificador puente completo

En este caso, conducen siempre dos diodos simultneamente. Si la tensin en la entrada del rectificador es positiva (semiciclo positivo), conducirn D1 y D4 mientras que D2 y D3 estarn polarizados inversamente y, por tanto, estarn bloqueados (OFF). Si por el contrario, la tensin es negativa (semiciclo negativo), conducirn D2 y D4. En general, para saber qu diodo puede conducir hay que analizar cul de los cuatro tiene mayor tensin en su nodo y cul de ellos tiene menos tensin en su ctodo.

Fig.4: Ondas de puente rectificador completo

RECTIFICADORES CONTROLADOSLos rectificadores que hemos visto hasta ahora estaban basados en diodos, semiconductores sobre los cuales no tenemos ningn control ni de encendido (puesta en conduccin) ni de apagado (bloqueo). Si queremos controlar la tensin de salida de un rectificador, es necesario utilizar semiconductores de potencia que puedan ser controlados.Lo ms usual es utilizar dispositivos de la familia de los tiristores. Por tanto, se puede decir que los rectificadores controlados reciben este nombre por que utilizan un dispositivo de control, en este caso el tiristor. Se utilizan las mismas topologas que en el caso de los rectificadores no controlados, pero sustituyendo los diodos por tiristores. La ventaja de utilizar tiristores viene dada por la capacidad de stos de retardar su puesta en conduccin, sucediendo sta cuando la tensin nodo-ctodo sea positiva y adems reciba un pulso adecuado de tensin y corriente en su puerta.Al retardar el ngulo de disparo es posible variar la tensin rectificada de salida, de ah el calificativo de controlados. En los rectificadores controlados, por lo tanto, se controla la puesta en conduccin del tiristor y el bloqueo se realiza de forma natural cuando se anula la corriente por el dispositivo.RECTIFICADOR MONOFSICO CONTROLADO DE MEDIA ONDALa topologa de un rectificador monofsico de media onda controlado.Durante el semiciclo positivo de la tensin de entrada, la tensin nodo-ctodo es positiva, de manera que el SCR puede entrar en conduccin. Si en el instante respecto al paso por cero de la tensin de entrada el circuito de control genera un pulso en la puerta del SCR, ste empezar a conducir, haciendo que circule corriente por la carga. En el instante , la tensin en la carga se anula, provocando que la corriente sea nula y en consecuencia, bloqueando de forma natural el SCR. El ngulo de disparo o ngulo de fase se expresa en grados, para que su valor sea independiente de la frecuencia, si bien en la realidad equivale a unos ciertos milisegundos.Controlando el ngulo de disparo de los tiristores somos capaces de enviar ms o menos energa a la carga, con lo que estamos controlando el valor medio de la tensin de salida del rectificador.

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Fig.5. Circuito controlado de media onda y ondas controladas

RECTIFICADOR TIPO PUENTE DE DIODOS TOTALMENTE CONTROLADOEn este montaje, los diodos que formaban el puente rectificador no controlado se sustituyen por tiristores tipo SCR, haciendo posible el control de fase de una onda completa de la seal de entrada. El circuito se puede ver en la figura. 6.

Fig.6. circuito puente de diodo controlado y sus ondas controladasLos tiristores T1 y T4 conducirn durante el semiciclo positivo de la entrada, y los tiristores T2 y T3 en el negativo. Eso quiere decir que los tiristores se dispararn de dos en dos con un ngulo de fase retardado a partir del paso por cero de la tensin de entrada.

RECTIFICADOR PUENTE COMPLETO CONTROLADO EL CICLO POSITIVO.

Este rectificador es una variacin del anterior, en este caso se controla solo en semiciclo positivo y el semiciclo negativo no se controla. Y es el que se utilizaran en nuestro prototipo.

Fig.7.circuito de puente completo controlado en semiciclo positivoFILTROPara mejorar la forma de onda que aparece a la salida de un rectificador es necesario el empleo de un filtro, bsicamente, basado en un condensador. El condensador permite mantener la tensin de salida casi constante, reduciendo el rizado de tensin final.

Fig.8.esquema de la onda filtrada.Para la realizacin del banco de capacitores se debe tomar en cuenta la corriente mxima que va a consumir la carga y el valor del pico mximo voltaje que ingreso al circuito y aplicar a la siguiente ecuacin.C

En donde:Corriente mxima que va a consumir la carga.Voltaje pico mximo que suministra la red.Frecuencia de la red.C = Capacitancia.

CIRCUITO DE DISPARO.El circuito de disparo es el encargado de controlar la el disparo del ngulo de conduccin de la onda, para esto debe ser capaz de tomar una muestra de la red de 110vac u otro tipo de Voltaje alterno de forma aislada.Esta muestra servir para disparar los SCR segn el ngulo que se disponga, para disparar el SCR de debe tener en cuenta el tiempo que se dispone desde el cruce por cero de la onda esto es desde el cambio del ciclo positivo al ciclo negativo. El tiempo del semiciclo es de 8ms para una frecuencia de 60Hz, nuestro circuito debe ser capaz de disparar dentro de los 8ms desde que detecto el cruce por cero.Para disparar al SCR de Voltaje alterno se debe realizar de forma aislada.Para aislar tanto la muestra de ingreso como la seal de disparo se utiliza dispositivos optoaclopadores.

DESARROLLO DEL CONVERSOR AC-DCUna vez clara la idea de lo que se requiere se procede a sel