14
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361 Luis Mauricio Cala Arias, 2101153 Marcelo Meza Granados, 2101123 Electrónica de Potencia, J2 Docente: Nelfor Castelblanco 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

Informe 1 - Electronica de Potencia

Embed Size (px)

Citation preview

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESElectrónica de Potencia, 23361

Luis Mauricio Cala Arias, 2101153Marcelo Meza Granados, 2101123

Electrónica de Potencia, J2Docente: Nelfor Castelblanco

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.

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESElectrónica de Potencia, 23361

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)

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

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESElectrónica de Potencia, 23361

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.

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).

V o (wt )=V m sin wt ;0<wt<θ

V o (wt )=A e−tRC ;0<wt<2 π+α

A=V m sinθ

θ=π−tan−1(wRC )

V m cos (2 π+α )=V m sin θ e−(2 π+α−θ)/wRC

Para el circuito rectificador de media onda con τ = 2 ms, R = 200 Ω y C = 10 µF.

V max=19.8 V ;V min=0V

θ=2.5 rad; α ≈ 0°

V dc=1

2 π∫0

2 π

V o(wt )dwt=7.1 V

ϒ =V r

V dc

=2.79

V rms=√ 12π

∫0

2 π

V o2( t)dwt=10.1 V

V ac=√V rms2 −V dc

2 =7.2 V

FF=V rms

V dc

=1.42

I dc=V dc

R=35.5 mA

I rms=V max−V min

R√2=70mA

Pac=V rms∗I rms=0.707 W

Pdc=V dc∗I dc=0.25205 W

ɳ %=Pdc

Pac

x 100 %=35.65 %

Para el circuito rectificador de media onda con τ = 10 ms, R = 1000 Ω y C = 10 µF.

V max=20.2 V ;V min=0V ;

θ=1.83 rad; α=4.8

V dc=10.91 V ; ϒ =1.8515

V rms=13.47V ; V ca=7.9 V

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESElectrónica de Potencia, 23361

FF=1.2346; I dc=10.91mA

I rms=14.28 mA

Pac=0.1923516 W

Pdc=0.1190281W

ɳ %=61.88 %

Para el circuito rectificador de onda completa con τ = 3.3 ms, R = 1000 Ω y C = 3.3 µF.

V max=20.9 V ;V min=0V

θ=2.25 ;α=7.85

V dc=12.27 V ;ϒ=1.49

V rms=14.01 V V ca=6.76 V

FF=1.14 ; I dc=12.27 mA

I rms=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:

V rms;V max ;V dc ;V ac ;V min

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.

V max=19.8 V ; V min=1.2 V

V rms=10.7 V ; V ac=7.14 V

V dc=8.25 V

V r=V max−V min=18.6 V

ϒ =V r

V dc

=2.25

FF=V rms

V dc

=1.3

I dc=V dc

R=41.25 mA

I rms=V rms

R=53.5 mA

Pac=I rms∗V rms=0.57245 W

Pdc=V dc∗I dc=0.3403125 W

ɳ %=Pdc

Pac

x 100 %=59.45 %

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESElectrónica de Potencia, 23361

Para el circuito rectificador de media onda con τ = 10 ms, R = 1000 Ω y C = 10 µF.

V max=20.2 V ; V min=3.4 V

V rms=13.1 V ; V ac=6.75 V

V dc=10.9 V ; V r=16.8 V

ϒ =1.54; FF=1.2

I dc=10.9 mA; I rms=13.1mA

Pac=0.17161 W

Pdc=0.11881W ; ɳ %=69.23 %

Para el circuito rectificador de onda completa con τ = 3.3 ms, R = 1000 Ω y C = 3.3 µF.

V max=20.9 V ; V min=5.6 V

V rms=16.9 V ; V ac=4.51V

V dc=15.1 V ; V r=15.3 V

ϒ =1.01; FF=1.12

I dc=15.1mA; I rms=16.9mA

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−Valor exp

ValorTeorico

x100 %

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

V max [ V ] 19.8 19.8 0V min [ V ] 0 1.2V r 1 [ V ] 19.8 18.6 6.06V cd [V ] 7.1 8.25 16.19

ϒ 2.79 2.25 19.35V ca [ V ] 7.2 7.14 0.83V rms [V ] 10.1 10.7 5.9

FF 1.42 1.3 8.45I cd [ mA ] 35.5 41.25 16.2I rms [ mA ] 70 53.5 23.57Pac [ W ] 0.707 0.57245 33.17Pdc [ W ] 0.25205 0.3403 35.0

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESElectrónica de Potencia, 23361

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 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

V max [ V ] 20.2 20.2 0V min [ V ] 0 3.4 0V r 1 [ V ] 20.2 16.8 16.83V cd [V ] 10.91 10.9 0.09

ϒ 1.8515 1.54 16.8V ca [ V ] 7.9 6.75 14.55V rms [V ] 13.47 13.1 2.75

FF 1.2346 1.2 2.8I cd [ mA ] 10.91 10.9 0.09I rms [ mA ] 14.28 11.88 16.8Pac [ W ] 0.192352 0.1556 19.1Pdc [ 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

V max [ V ] 20.9 20.9 0V min [ V ] 0 5.6 0V r 1 [ V ] 20.9 15.3 26.8V cd [V ] 12.27 15.1 23.06

ϒ 1.49 1.01 32.2V ca [ V ] 6.76 4.51 33.3V rms [V ] 14.01 16.9 20.63

FF 1.14 1.12 1.75I cd [ mA ] 12.27 15.1 23.06I rms [ mA ] 14.77 16.9 14.42Pac [ W ] 0.2069 0.28561 38Pdc [ 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)

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESElectrónica de Potencia, 23361

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

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/enica3/rectif.pdf.

Muhammad Rashid. Electrónica de Potencia.

Dewan. Power semiconductor circuits.

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESElectrónica de Potencia, 23361

Anexos

Anexo A

Teóricos ExperimentalesMedia onda Onda

completaMedia onda Onda

completaConstante [ ms ] τ = 2 ms τ = 10 ms τ = 3,3 ms τ = 2 ms τ = 10 ms τ = 3,3 ms

V max [ V ] 19.8 20.2 20.9 19.8 20.2 20.9V min [ V ] 0 0 0 1.2 3.4 5.6V r 1 [ V ] 19.8 20.2 20.9 18.6 16.8 15.3V cd [V ] 7.1 10.91 12.27 8.25 10.9 15.1

ϒ 2.79 1.8515 1.49 2.25 1.54 1.01V ca [ V ] 7.2 7.9 6.76 7.14 6.75 4.51V rms [V ] 10.1 13.47 14.01 10.7 13.1 16.9

FF 1.42 1.2346 1.14 1.3 1.2 1.12I cd [ mA ] 35.5 10.91 12.27 41.25 10.9 15.1I rms [ mA ] 70 14.28 14.77 53.5 11.88 16.9Pac [ W ] 0.707 0.1923516 0.2069 0.57245 0.1556 0.28561Pdc [ W ] 0.25205 0.119028 0.1506 0.3403 0.11881 0.22801

ɳ% 35.65 61.88 72.76 59.45 76.36 79.83Tabla 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

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESElectrónica de Potencia, 23361

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

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESElectrónica de Potencia, 23361

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

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONESElectrónica de Potencia, 23361