AVANSYSELECTRNICA INDUSTRIAL

GUIA6: RECTIFICADORES TRIFSICOS

OBJETIVOS:1. Analizar rectificadores trifsicos de media onda2. Analizar rectificadores trifsicos de onda completa3. Calcular y medir los diferentes parmetros del rectificador trifsico.1.- Introduccin

La mayora de valores antes aprendidos para sistemas de rectificacin monofsicos son igualmente utilizados en sistemas trifsicos, tales como: Vmx, Vm, Vd, Vinv, Im, Id, Pc y n. Sin embargo los valores referentes a la red ya no pueden ser utilizados de la misma manera ya que como se ver ms adelante se utiliza la red trifsica. De acuerdo a esto aparecen nuevos parmetros para el ingreso del rectificador que se estudian en breve.

El sistema trifsico que se utilizar, se caracteriza por poseer 4 lneas de corriente divididas en: 1 cable de regreso de corriente o neutro y 3 cables de tensin o fases cada unode los cuales transporta un tensin senoidal de igual amplitud pero con un desfase de 120elctricos entre cada uno. Esto se puede apreciar de mejor manera en la siguiente figura:

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ELECTRNICA DE POTENCIA3

R

VLVL S

VFVFVL TVF N

R/NS/NT/N

120 120 120

La distribucin antes vista da lugar a diferentes tensiones que pueden ser clasificadas en 2: Tensiones de Fase (VF) y tensiones de Lnea (VL). De acuerdo a esto se tienen 3 tensiones de fase (VRN, VSN, VTN) y 3 Tensiones de lnea (VRS, VST, VRT). Es de mencionar que las tensiones de lnea tambin son senoidales y con desfases de 120 la nica diferencia es la amplitud, es decir, son ms grandes.Matemticamente las tensiones de fase y de lnea se relacionan mediante la siguiente expresin:

VL =

3VF = 1.732VF

En los sistemas trifsicos tambin es importante diferenciar entre voltajes eficaces y voltajes picos, tanto de fase como de lnea, mismos que sern de gran utilidad en los posteriores anlisis. A continuacin se presentan estas relaciones:

Vef F = VF Vef L = VLVPF = VF / 0.707VPL = VL / 0.707VPL = 1.732 * VPF

2. Rectificador Trifsico de Medio Onda:

Bsicamente se trata de 3 rectificadores monofsicos de media onda combinados (un diodo por fase), sin embargo debido al desfase entre los voltajes de cada rectificador, cada diodo solo conduce un cierto intervalo de tiempo no todo el semiciclo. Esto logra que el voltaje en la carga nunca descienda a cero, por lo que el voltaje medio alcanza hasta un 82% del voltaje mximo:

RR/NS/NT/NIdS

VPF

TVPF VF

VdVinvIm

Is

Vmax

Vm

VIN

N

FORMULAS: VPF = VF / 0.707VPL = 1.732 * VPF Vmax = VPF Vd Vm = 0.827 * Vmax Vinv = VPLIm = Vm / R Id = Im / 3Is = 0.586 * Im Pc = Vm * Im Pc = Im2 * RPc = Vm2 / RPT = 3 * VF * Isn = Pc / PT

VD1

VD2

VD3

VR

Vd

Vinv

VmxVm

3. Rectificador Trifsico de Onda Completa con Puente:

R/NS/NT/N

VPF

RD1D2D3

ImSIsT

ND4D5D6

Vmax

VIN

Vm

VdVD1

FORMULAS:

VPF = VF / 0.707VPL = 1.732 * VPF VPL = VL / 0.707Vmax = VPL 2 * VdVm = 0.955 * VmaxVinv = VPL Im = Vm / R Id = Im / 3Is = 0.817 * Im Pc = Vm * Im Pc = Im2 * RPc = Vm2 / RPT = 3 * VF * Is n = Pc / PT

VD2

VD3

VD4

VD5

VD6

Vinv

VmxVm

VR

El rectificador trifsico de onda completa, tambin puede ser visto como 3 puentes monofsicos combinados (uno por cada par de fases). Un aspecto sobresaliente de este rectificador es que el voltaje mximo de la carga esprcticamente igual al voltaje pico de lnea, es decir se tiene aproximadamente el doble de voltaje que en el rectificador trifsico de media onda, con un voltaje medio cercano al 100% (95%), lo cual se ve reflejado en un menor desperdicio de potencia que cualquier otro sistema de rectificacin.El puente de diodos trifsico tambin puede venir integrado en cuyo caso se puede utilizar el siguiente smbolo:

+-

Un detalle final, es que al igual que en los rectificadores monofsicos, en estos sistemas tambin es indispensable la utilizacin del diodo antiparalelo cuando se trabaja con cargas inductivas, a fin de evitar la destruccin de los diodos del rectificador.

4.- Anlisis del Rectificador Trifsico De Onda Completa No Controlado

Los rectificadores trifsicos se utilizan normalmente en la industria para producir tensin y corriente continuas para grandes cargas. En el siguiente grafico se muestra el rectificador trifsico en puente completo. El generador trifsico de tensin est equilibrado y la secuencia de fases es a-b-c. En el anlisis inicial del circuito se supondr que el generador y los diodos son ideales.

RECTIFICADOR TRIFSICO. Puente Trifsico

He aqu algunas observaciones bsicas sobre el circuito:

Otra manera de estudiar o analizar el rectificador trifsico es dividindolo en dos partes:

Rectificador tipo P: Sera la parte de circuito compuesta por los diodos D1, D2 y D3, funcionando como un detector de mximo. En cualquier instante permitir conectar a la carga la mayor de las tensiones trifsicas.

Rectificador tipo N: Estara compuesto por los diodos D4, D5 y D6, funcionando como un detector de mnimo. En cualquier instante permitir conectar a la carga la menor de las tensiones trifsicas.Con la unin de ambas partes conseguimos que durante todo el tiempo se conecte el mayor de las tres tensiones a uno de los terminales de la carga y al otro terminal el menor de dichas tensiones.

En la figura anterior podemos observar como la parte superior de la forma de onda es la del grupo tipo P, y la inferior la del tipo N. As, latensin en la carga puede considerarse como la suma de las tensiones de dos rectificadores de media onda trifsicos, con relacin al neutro n.

En la figura anterior, para la tensin en la carga vemos seis pulsos con una duracin de /3, provocando en cada perodo una secuencia de conduccin de los diodos tal que:

La secuencia de conduccin se corresponde con las seis tensiones senoidales por ciclo, y cuya diferencia de tensin es:

La mxima tensin ser 3 Vmax.

Tensin Media En La Carga

Se puede calcular obteniendo la tensin media que entrega cada rectificador de media onda (tipo P y tipo N) que compone el puente:

Otra posible manera de calcularlo sera:

Tensin Eficaz En La Carga

Corriente Media En La Carga

La corriente de pico en los diodos es

que se corresponde con la corriente mxima de lnea. Adems cabe destacar que en los diodos circula la intensidad que atraviesa la carga, durante T/3.

Corriente Eficaz En Los Diodos

Con el rectificador trifsico se obtiene un rizado de tensin menor a la salida y se puede transferir ms energa, si lo comparamos con el rectificador monofsico.AVANSYSELECTRNICA INDUSTRIAL

ELECTRNICA DE POTENCIA8

5.- Comparacin de los Sistemas de Rectificacin:

Para finalizar, se presenta a continuacin una tabla que resume algunas de las caractersticas ms relevantes de los rectificadores estudiados. En especial observe que el factor ms importante es el rendimiento, por lo que a nivel industrial los rectificadores trifsicos son los ms utilizados, donde s se dispone de una red trifsica.

Sistema:Ventajas:Desventajas:

RMMOn 20% a 30% Simple Costomnimo(encuantoamaterial) Excesivodesperdiciodepotencia Bajo voltaje medio

RMOCPn 45% a 55% Los diodos manejan la mitad de lacorriente total Voltaje medio alto Menor desperdicio de potencia Disponible en paquetes de diodos Utiliza 4 diodos Complejo Ocupa ms espacio

RTMOn 60% a 70% Solo utiliza 3 diodos Los diodos manejan la terceraparte de la corriente total Voltaje medio muy cercano alvoltaje pico de fase Para su operacin requiere delTerminal Neutro Voltaje inverso igual al voltajepico de lnea (alto voltaje) Desperdicio de Potencia

RTOCPn 85% a 95% Los diodos manejan la terceraparte de la corriente total Voltaje medio muy cercano alvoltaje pico de lnea Disponible en paquetes de diodos Opera solo con 3 lneas Muy bajo desperdicio de Potencia Utiliza 6 diodos Complejo Voltaje inverso igual al voltajepico de lnea (alto voltaje)

EJERCICIOS

En los siguientes ejercicios dibujar el esquema correspondiente a cada tipo de rectificacin y resaltar todas las respuestas obtenidas con sus respectivas unidades:

1. Se tiene un circuito RTMO con VF = 220V, Vd = 2.5 y RC = 300. Calcular el resto de valores y redondee los diodos a comprar. Respuestas: Is = 0.498A; n = 0.659.2. Se tiene un circuito RTMO con VF = 4.5KV, Vd = 0 e Im = 1000A. Calcular el resto de valores y redondee los diodos a comprar. Respuestas: Vm = 5.26KV; n = 0.665.3. Se tiene un circuito RTMO con Vm = 50V, Vd = 2 y Pc = 2KW. Calcular el resto de valores y redondee los diodos a comprar. Respuestas: VF = 44.2V; n = 0.643.

4. Se tiene un circuito RTOCP con VF = 220V, Vd = 2.5 y RC = 300. Calcular el resto de valores y redondee los diodos a comprar. Respuestas: Is = 1.389A; n = 0.946.5. Se tiene un circuito RTOCP con VF = 4.5KV, Vd = 0 e Im = 1000A. Calcular el resto de valores y redondee los diodos a comprar. Respuestas: Vm = 10.53KV; n = 0.955.6. Se tiene un circuito RTOCP con Vm = 50V, Vd = 2 y Pc = 2KW. Calcular el resto de valores y redondee los diodos a comprar. Respuestas: VF = 23V; n = 0.887.

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