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Rectificadores con diodos

UNISON

Rectificador monofasico de media onda

Parametros de rendimientoPcd=VcdIcd

Pca=VRMSIRMS

Eficiencia h=Pcd/PcaVca=(V2RMS-V2cd)1/2

FF=VRMS/Vcd

RF=Vca/Vcd

RF=((VRMS/Vcd)2-1)1/2=(FF2-1)1/2

TUF=Pcd/IsVsVs y Is son RMSs en el secundario

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• Factor de desplazamiento

• DF=cosf

• Factor armonico HF=((I2s-I

2s1)/I2

s1)1/2=[(Is/Is1)2-1]1/2

• Is1 es la componente fundamental de la Is, tanto Is1 como Is son RMS.

• Factor de potencia PF=VsIs1cosf/VsIs=Is1cosf/Is

• Factor de cresta CF=Is(pico)/Is

Rectificador de media onda con cargainductiva

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Ejercicio

• Tenemos una generacion de 120VRMS senoidal con una frecuencia de 60Hz, la resistencia de carga es de 5W, determine a) la corriente media en la carga, b) la potenciamedia absorbida en la carga, c) el factor de potencia del circuito.

• a. VR es una senoide con rectificacion de media onda com Vm=120√2⁻=169.7V, la tension media es Vm/π, entonces I=Vo/R=10.8A

• b. VRMS=Vm/2=84.9V

• c. P=V2RMS/R=1440W

• d. PF=P/(VsRMS*IsRMS)=0.707

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Rectificador de onda completa con transformador de derivacion central

a. Formas de onda del rectificador de ondacon dericacion centralb. Formas de onda del rectificador de puente

a. b.

Puente rectificador

Factor de forma Relaciones de I Relaciones de rectificacion

FF = VL/Vdc or IL/Idc Idc = Vdc/R IL = VL/R σ = Pdc/PL= VdcIdc/VLIL

Media onda FF = 0.5Vm/0.318Vm= 1.57

Idc = 0.318Vm/R IL = 0.5Vm/R σ = (0.318Vm)2/(0.5Vm)2

= 40.5%

Onda completa FF = 0.707Vm /0.636Vm= 1.11

Idc = 0.636Vm/R IL = 0.707Vm/R σ = (0.636Vm)2/(0.707Vm)2

= 81%

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Factor de rizo TUF Condiseraciones de diseño

Relaciones de rectificacion

RF=Vac/Vdc=(FF2 − 1)1/2

TUF=Pdc/Vs Is= Vdc Idc/Vs Is

Vs=0.707Vm

Media onda RF =(1.572 − 1)1/2 = 1.21

TUF = 0.31820.707 × 0.5= 0.286

Onda completa RF =(1.112 − 1)1/2 = 0.482

TUF = 4 × 0.31822 × 0.707 × 0.5= 0.572 0.81

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Bobinas y capacitores

I,Vperiodicas Ealmacenada Pmediadsorbida V,I medias, en regimen perma nente

Bobina

Capacitor

Activado

• Diseñe un circuito para generar una corrientemedia de 2A a traves de una resistencia de 10W. El generador es de 120V rms a 60Hz.

• Si se utilizase un rectificador de media ondasimple con la resistencia de 10W, la Imedia seria

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• .PARAM L=0.1 ;Instruccion para definir L• .STEP PARAM L 0.05 .2 0.05 ; L varia entre 0.05 y .2 en incrementos de 0.05• .PARAM RL=10• VS 1 0 SIN(0 {120*sqrt(2)} 60)• D1 1 2 DMOD• R 2 3 {RL}• L 3 0 {L} IC=0• .MODEL DMOD D• .TRAN .1MS 16.67MS UIC• .PROBE• .END

Carga RL-GeneradorAlimentacion de un generador de CC a partir de un generador de CA

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• Si R=2W, L=20mH, Vcc=100V, el generador de alterna es de 120VRMS a 60Hz, a) I, b)determine PR, c)Pabsgencc ,d)Pentregenac, e)FP.

PMRL=I2RMSR

a)

b)

• HALF-WAVE RECTIFIER OF EXAMPLE 3-5 (halfrldc.cir)• VAC 1 0 SIN(0 169.7 60)• DIODE 1 2 DMOD• R 2 3 02• L 3 4 20MH IC=0• VDC 4 0 DC 100• .MODEL DMOD D• .TRAN .5MS 16.67MS UIC• .PROBE• .END

c)

d)

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Carga bobina-generador, (limita I)

Su caracteristica es que la potencia que entrega el generador es la misma que adsorbe el generadorde corriente continua

Tarea Rec10: Tenemos un generadorde alterna de 120V y 60Hz, y Vcc=72V

Determine. a) La expresion para I, b) LaP absorbida por el generador de continua(177)y c) el FP. (0.388)

Diodo de corrida libre

D1 conduceD2 corteTension en la cargaR-L=Generador

D1 corteD2 conduceTension en lacarga R-L=0

IL alcanza el regimen permanente despues de queSe proporciona energia al circuito para el rectificadorde media onda con diodo de corrida libre o librecirculacion.

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Determine la I y la V media en la carga y la potencia adsorbida por la resistenciaen el circuito de la figura anterior donde R=2W y L=25 mH. Vm es 100V y la frecuenciaes 60Hz.

Potencia media

I eficaz se encuentra a partir de lascomponentes de fourier para I.

Las amplitudes de ICA se obtiene de fasores

Amplitudes y terminos deFourier

La potencia en la resistencia es:

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Solucion con PSPICE

• Rectificador de media onda con carga RL y diodo de libre circ.(RLydiolcir.cir)• .PARAM VM=100• .PARAM R=2• .PARAM L=25MH• VAC 1 0 SIN(0 {VM} 60)• D1 1 2 DMOD• D2 0 2 DMOD• R 2 3 {R}• L 3 0 {L} IC=0• VDC 4 0 DC 100• .MODEL DMOD D(N=1E-4) ; Diodo ideal• .TRAN .1MS 150MS 100MS .1MS UIC ; Retarda la salida 100mS• para alcanzar el regimen•

permanente• .FOUR 60 V(2) I(R)• .PROBE• .OPTIONS NOPAGE NOBIAS• .END

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I promedioP promedio

Si L >∞ Rizado de I

• El rendimiento de un rectificador de media onda, medido de acuerdo a ciertos parametros, es pobre. La I en la carga se puede hacer continua añadiendo un inductor y un diodo de corrida libre. El V out es discontinuoy contiene armonicas a frecuencias multiplos de la frecuencia de entrada.

• Existen dos clases de rectificadores monofasicos de onda completa: el de transformador con derivacion central y el tipo puente. Sus rendimientosson casi identicos, excepto que la I sec del transf con derivacion central esunidireccional (de cd) y requiere mayores capacidades de VA. El tipo con derivacion central se utiliza en aplicaciones de menos de 100W mientrasque el rectificador tipo puente se emplea en el rango de 100 a 100KW. El voltaje de salida de los rectificadores contiene armonicas cuya frecuenciasson multiplos de 2f (dos veces la frecuencia de la señal de entrada).

• TREC11

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Rectificador de diodo de 3 fases

• Son buenos para aplicaciones de potencia media a baja debido a sus altos requerimiento de VA en el secundario para una potencia de salida dada.

• Para potencias de salida mas altas que 15kW, se deben emplear diodos rectificadores trifasicos o polifasicos.

• Hay 2 tipos de rectificadores trifasicos queconvierten un suministro de AC trifasico en DC.

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Voltaje de salida como una serie de Fourier

Rectificador en estrella y puente

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Rectificador puente trifasico

V,I del rectificador de 3 puente de 3 fases

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Son usados para alta potencia ya que tienen el mas alto valor TUF posible, el anguloDe conduccion de cada diodo es 2π/3, el V de linea es 1.73 veces el voltaje de fase deuna fuente conectada en estrella, I simetricas, Vout de dc es ligeramente mas bajoque el Vp de linea o 2.34 veces el V de fase RMS, la razon VRRM de cada diodo

empleado es 0.579 la Iout de dc.A veces no es necesario filtro ya que Vrizo de salida es solo 4.2%.

|

Kirchhoff c/D conduce t/3P aparente del generador trifasico

V medio o de continua de tension de salida

Las amp de los terminos de Valterna

La Vout es periodica con T de 1/6 de la V del generador

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Se usa un generador trifasico con una tension eficaz de 480V de linea a linea y la carga es unaR de 25W en serie con una bobina de 50mH. Determine a) el nivel de continua de la tensionde salida, b) el termino de continua y el termino de alterna de la I L, c) la I media y eficaz enlos diodos, d) I eficaz en el generador, e) P aparente en el generador.

a)

b)

c)

d)

e)

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THREE-PHASE BRIDGE RECTIFIER (3phase.cir).PARAM VRMS=480 ;line-line rms voltage.PARAM R=25.PARAM L=50MH.PARAM VMLN = {VRMS*SQRT(2/3)} VAN 1 0 SIN(0 {VMLN} 60)VBN 2 0 SIN(0 {VMLN} 60 0 0 -120)VCN 3 0 SIN(0 {VMLN} 60 0 0 -240)D1 1 4 DMODD2 5 3 DMODD3 2 4 DMODD4 5 1 DMODD5 3 4 DMODD6 5 2 DMODR 4 6 {R}L 6 5 {L} IC={3*SQRT(3)*VMLN/(R*3.14)}

;estimate inductor initial condition as average current.MODEL DMOD D.TRAN .5ms 33.33ms 16.67ms .1ms UIC ;display 2nd period of output.OPTIONS NOPAGE.PROBE.END

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• Un rectificador trifasico en puente tieneeficiencias mejoradas en forma considerable, en comparacion con los rectificadoresmonofasicos.

• Por ejemplo Imedia del generador es nula, presenta menos rizo, mas potencia de salida y mayor frecuencia lo cual permite filtros maschicos.

• Una carga inductiva puede hacer que la I de cargasea continua. El valor critico de la constante x de la fuerza electromotriz de la carga (fem), paradeterminado angulo q, de la impedancia de cargaes >que el de un monofasico esto es x=86.68% en q=0.

• Con una carga altamente inductiva, la I de entrada de un rectificador se vuelve una ondacuadrada de ca. El factor de potencia en la entrada de un rectificador trifasico es 0.955, quees> que 0.9 del monofasico.

• Los rectificadores monofasicos y trifasicos en puente que tienen meritos relativos, se usan en forma comun para conversion cd a ca.

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Monofasico y trans.cderivacion

Monofasico en puente

6 fasesen estrella

Trifasicoen puente

3.14Vcd 1.57Vcd 2.09Vcd 1.05Vcd

1.11Vcd 1.11Vcd 0.74Vcd 0.248Vcd

0.5Icd 0.5Icd 0.167Icd 0.333Icd

1.57Icd 1.57Icd 6.28Icd 3.14Icd

0.785Icd 0.785Icd 0.409Icd 0.579Icd

1.57 1.57 2.45 1.74

0.81 0.81 0.998 0.988

1.11 1.11 1.0009 1.0009

0.482 0.482 0.042 0.042

1.23Pcd 1.23Pcd 1.28Pcd 1.05Pcd

1.75Pcd 1.23Pcd 1.81Pcd 1.05Pcd

2fs 2fs 6fs 6fs

Diseño de circuitos rectificadores

• Capacidades de diodos en funcion de la I prom, I RMS, I p, V inverso pico, no hay criterios fijos, pero las formas nos daran unaidea.

• Todos los rectificadores contienen armonicasque se eliminan mediante filtros de cd, la I de entrada al rectificador tambien contienearmonicas y para filtrarlas usamos filtros de ca.

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Un rectificador trifasico en puente abastece a una cargaaltamente inductiva de tal modo que I prom de cargaIcd=60A, y el contenido de rizo es despreciable. Determine las especificaciones de los diodos, si el V de linea a neutro de la fuente conectada en y es 120V a 60 Hz.

I prom de un diodo Id=60/3=20A.La I RMS esY

IaIa=Icd

wt

Filtraje

Filtros de cd inductivos de entrada

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Filtro LC para limitar rizo en la entrada

• En un rectificador monofasico de ondacompleta la I de carga esta libre de rizo y suvalor promedio es Ia. Si la fecuencia de alimentacion es f=60Hz (o 377rad/s), determinar la frecuencia de resonancia del filtro, para que la corriente armonica total en la entrada se reduzca al 1% de la componentefundamental.

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Si C=1000uf, L=9.349mH.

Vout con filtro LCCe muy grande/ Vr=0, Vo(cd) medioLe inductancia total.

si Vcd<Vm, iocomienza a fluir en a

Voltaje de salida con filtro LC

wt=b=p+a, io(wt=b)=p+a=0

Para Vcd=0, Ipk=Vm/wLe

*

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Normalizando el valor RMS Ya que Vcd=2Vm/p

Lcr(=Le) para una I continua

Caso discontinuo: b(I=0)…..*

El voltaje rms de entrada al circuito es 120V, 60Hz. A) Si el voltaje de salida de cd esVcd=100V a Icd=10A, determinar los valoresde la inductancia critica Le, de a y de Irms, b)Si Icd=15A y Le=6.5mH, usar la tabla 3.3 para determinar los valores de Vcd, a, b e Irms.

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38.84A

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• Con Ce de filtro de salida, el voltaje de salidapermanece aproximadamente constante. Se requiere un valor minimo de la inductancia Le del filtro para mantener una I continua. Le se instala en el lado de la entrada para que actuecomo inductor de ca y no como reactor de cd.

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• Una fuente en la practica tiene una reactancia; por lo tanto la transferencia de corriente de un diodo a otro no puede ser instantanea. Existe un traslape llamado angulo de conmutacion que disminuye el voltaje efectivoen la salida del rectificador. El efecto del tiempo de no conduccion de los diodos puedeser importante para una fuente de altafrecuencia.

• Los rectificadores generan armonicos en la carga y en la linea de alimentacion, las cualesse pueden reducir mediante filtros. Tambienlos rendimientos de los rectificadores estaninfluidos por las inductancias de la fuente y de la carga.