UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA
Fecha: 05/01/2015
Rectificador monofásico de onda completa controlado y Controlador de voltaje AC monofásico totalmente controlado. Practica 5 Farinango Daniel e-mail:
[email protected] Morocho Carlos e-mail:
[email protected] Soberón Pérez Diego e-mail:
[email protected]
RESUMEN - En este laboratorio realizamos la práctica en
de los tiristores, el voltaje de salida promedio del rectificador monofásico de onda completa controlado puede variarse.
dos partes, la primera parte fue el rectificador monofásico de onda completa controlado en el cual medimos los valores de voltaje y corriente con carga resistiva, inductiva, también observamos el efecto del ángulo de disparo del tiristor en el voltaje de salida. En la segunda parte se realizó la medición de los voltajes y corrientes de un controlador de voltaje ac monofásico totalmente controlado de igual manera con cargas resistivas e inductivas.
La Fig1 muestra el circuito y las formas de onda del rectificador monofásico de onda completa controlado con carga puramente resistiva. Durante el medio ciclo positivo de Vi, Q1 y Q2 se disparan para conducir cuando = ; en el intervalo ≤ ≤ , Vi se conecta a la carga a través de Q1 y Q2. Durante el medio ciclo negativo de Vi, Q3 y Q4 se disparan para conducir cuando = + , en el intervalo + ≤ ≤ 2 , Vi se conecta a la carga a través de Q3 y Q4. Variando el ángulo de disparo a desde 0° hasta 180° [2].
PALABRA CLAVE - Tiristor, osciloscopio, voltaje, amplificador diferencial, ángulo de fase.
1. OBJETIVOS 1.1 Objetivos generales
Aprender a manejar y configurar el modulo experimental para la medición de los impulsos de disparo. Además Comprender las características principales de un rectificador de media onda controlado.
1.2 Objetivos específicos
Realizar la medición de los impulsos de disparo en diferentes configuraciones y variando los ángulos de disparo. Realizar la medición de voltajes y corrientes para diferentes ángulos de disparo.
Fig1. Circuito y las formas de onda de un rectificador monofásico de onda completa controlado con carga puramente resistiva.
El voltaje sobre la carga está dado por la ecuación 1 característica de un rectificador de onda completa.
2. MARCO TEÓRICO
2.1 Rectificador monofásico de onda
/
ecu.1 = ∫ ∗ sin Para un rectificador monofásico de onda completa controlado se obtiene la siguiente expresión.
completa controlado
La construcción del circuito de un rectificador monofásico de onda completa controlado es similar a la de un rectificador de diodo monofásico de onda completa. Para controlar el voltaje de salida promedio, los diodos se reemplazan por tiristores. Variando el ángulo de disparo
= ∫ sin () ) =
1
(1
+cos +cos )
ecu.2
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA
Fecha: 05/01/2015 Reemplazando la ecuación 1 en 2 se obtiene la siguiente expresión [1]. ecu.3 = (1 + cos ∝)
3. MATERIALES Y EQUIPO Osciloscopio. Cables para osciloscopio. Cables de conexión. Adaptador de tres a dos. PE-5340-3A Transformador de aislamiento. PE-5310-5B Juego de fusibles. PE-5310-1A Suministro de potencia DC. PE-5310-2A Generador variable de referencia. PE-5310-2D Controlador de ángulo de fase 30. PE-5310-5C Juego de tiristor. PE-5310-2B Amplificador diferencial. PE-5310-3C Unidad de carga resistiva. PE-5310-3E Unidad de carga inductiva. PE-5310-2C Transductor de corriente.
2.2 Circuitos
completa
rectificadores
de
onda
Un rectificador de onda completa convierte la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, mediante la inversión de las porciones (semiciclos) negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o negativas) se combinan con las inversas de las negativas (positivas) para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa).[1]
2.3 Rectificación monofásica controlada
4. DESARROLLO Y PROCEDIMIENTO
Es un tipo de regulación mucho más complicada de implementar, pero proporciona un control total de la carga. El esquema de este tipo de rectificadores seria como el de los anteriormente expuestos, añadiendo entre la carga y la salida rectificada, de forma conceptual, un interruptor. Este 'interruptor' denominados tiristores (SCR) permitiría o cortar el paso de la señal dentro de un ángulo correspondiente entre 0 y 180 grados de la onda Senoidal, permitiendo un control de potencia dentro de esos ángulos de disparo Cabe añadir que la complejidad reside en el diseño del sistema de control, donde el 'interruptor' conceptual ha de ser sustituido por un circuito tan complicado como requiera el dispositivo. [1]
Se procedió a implementar el circuito de la figura 4 correspondiente a un rectificador de onda completa controlado con carga puramente resistiva. Se verifico la señal de entrada colocando el canal 1 del osciloscopio y el voltaje sobre la carga en el canal 2. La simulación del esquema fue realizada en el software Simulink donde se puedo observar los voltajes de entrada y voltaje sobre la carga, y también los pulsos de disparo para cada par de SCR, como muestra la figura 4.
2.4 SCR El SCR (Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio, es un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la disposición pnpn. Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez. [2] Características: Interruptor casi ideal. Soporta tensiones altas. Amplificador eficaz. Es capaz de controlar grandes potencias. Fácil controlabilidad. Relativa rapidez. Características en función de situaciones pasadas (memoria). [2]
Fig2. Circuito Rectificador de Onda Completa monofásico controlado con carga puramente resistiva.
2
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA
Fecha: 05/01/2015 Fig5 Formas de onda de un rectificador de onda completa monofásico controlado con carga RL para un Angulo de disparo de 45°.
La señal de voltaje de entrada y sobre la carga se muestra en la figura 5. Además se muestra las señales de disparo para cada par de SCR para un ángulo de 90°.
Se procedió a implementar el circuito de la figura 8 correspondiente a un controlador de voltaje ac monofásico totalmente controlado con carga puramente resistiva.
Fig6. Controlador de voltaje monofásico ac totalmente controlado.
Fig3. Formas de onda de un rectificador de onda completa monofásico controlado con carga resistiva para un Angulo de disparo de 90°.
La señal de voltaje de entrada y sobre la carga se muestra en la figura 9. Además se muestra las señales de disparo para cada par de SCR para un ángulo de 90°.
Posteriormente se procedió a colocar una inductancia en seria a la resistencia para verificar la forma de onda en el voltaje sobre la carga, como se observa en la figura 6.
Fig4. Circuito Rectificador de Onda Completa monofásico controlado con carga RL.
Fig7. Formas de onda de un controlador de voltaje ac monofásico totalmente controlado con carga puramente resistiva con un Angulo de disparo de 90°.
Al agregar una carga inductiva se muestra un pico de voltaje en el instante que la onda toma valores negativos. En la figura 7 se muestra los voltajes de entrada y sobre la carga.
3
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA
Fecha: 05/01/2015
5. ANÁLISIS Y RESULTADOS Comprobando los resultados adquiridos en la simulación de Mathlab aplicándolos en los equipos de laboratorio dan los siguientes resultados.
Fig10. Resultad del circuito rectificador de onda completa totalmente controlado con carga resistiva en osciloscopio ángulo de disparo 90º.
Fig8. Armado del circuito rectificador de onda completa totalmente controlado con carga resistiva.
Fig11. Resultad del circuito rectificador de onda completa totalmente controlado con carga resistiva en osciloscopio ángulo de disparo 40º.
Fig9. Resultad del circuito rectificador de onda completa totalmente controlado con carga resistiva en osciloscopio ángulo de disparo 130º.
Fig12. Resultad del circuito rectificador de onda completa totalmente controlado con carga resistiva e inductiva en osciloscopio ángulo de disparo 120º.
4
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA
Fecha: 05/01/2015 Pasando a mostrar los resultados en el Osciloscopio mostrando los picos generados por el Inductor de 200mH.
Se pasa al circuito de controlador de voltaje AC controlado
Fig13. Resultad del circuito rectificador de onda completa totalmente controlado con carga resistiva e inductiva en osciloscopio ángulo de disparo 90º. Fig15. Armado del circuito controlador de voltaje AC con carga resistiva.
Fig14. Resultad del circuito rectificador de onda completa totalmente controlado con carga resistiva e inductiva en osciloscopio ángulo de disparo 45º. Fig16. Resultad del circuito controlador de voltaje AC con carga resistiva en osciloscopio ángulo de disparo 120º.
Fig17. Resultad del circuito controlador de voltaje AC con carga resistiva en osciloscopio ángulo de disparo 90º. 5
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA
Fecha: 05/01/2015 Se destacan los picos en el ángulo de disparo
Fig21. Resultad del circuito controlador de voltaje AC con carga resistiva e inductiva en osciloscopio ángulo de disparo 45º. Fig18. Resultad del circuito controlador de voltaje AC con carga resistiva en osciloscopio ángulo de disparo 45º.
6. CONCLUSIONES Para un valor = y utilizando la ecuación 3 se puede determinar el voltaje entregado a la carga para un rectificador controlado, donde el voltaje máximo que se puede obtener es 0.9 del voltaje RMS de entrada. La mayor cantidad de energía que se entrega a la carga se obtiene en = 0 donde el rectificador monofásico de onda completa controlado se comporta como un rectificador monofásico no controlado. El voltaje que genera picos con cargas inductivas se da en el cruce por cero del control de voltaje AC.
Fig19. Resultad del circuito controlador de voltaje AC con carga resistiva e inductiva en osciloscopio ángulo de disparo 120º.
7. RECOMENDACIONES Comprobar el correcto funcionamiento de los conectores y cables de conexión. Realizar las diferentes conexiones con los módulos apagados. No encender los módulos de trabajo sino hasta asegurar la correcta conexión de los mismos.
8. REFERENCIAS [1] José Manuel Benavent, Electrónica de potencia: teoría y aplicaciones ” 1ra edición, Valencia, 1999, pp 83-85. [2] Manual de Procedimiento de practicas, “
“Electrónica de Potencia”.
Fig20. Resultad del circuito controlador de voltaje AC con carga resistiva e inductiva en osciloscopio ángulo de disparo 90º.
6
