RECTIFICADORES NO CONTROLADOS BIFÁSICOS O4!"i: El alumno construirá circuitos rectificadores no controlados de media onda y de onda completa para rectificar la señal de una fuente de voltaje bifásica
I.
D!s&rr00 T!ri% I.6. M&r% T!ri% La rectificación es el proceso de convertir una señal alterna (CA) en otra que se restringe a una sola dirección !n rectificador es un circuito electrónico construido con diodos o "#$AC%s para tal fin Atendiendo al semiciclo de la señal de entrada que el rectificador transforma en energ&a de corriente directa 'til la rectificación se clasifica en #ectificación de media onda • #ectificación de onda completa •
R!%"i7i%&+r +! 2!+i& '+& *ara el caso de los rectificadores bifásicos la señal de entrada proviene de dos fuentes de sinusoidales A y + cuyo voltaje se encuentra desfasado ,-./ entre s& El rectificador de media onda bifásico debe su nombre a que solo aprovec0a un semiciclo de la señal de cada una de las señales de entrada La figura , muestra un rectificador de media onda bifásico La fuente de corriente v A =V m sen ( wt )
alterna A produce una tensión sinusoidal
(
v B=V m sen wt −
)
y la fuente + una tensión
2 π 3
1uponiendo diodos ideales el semiciclo positivo de la señal
de entrada A polari2ara a 3, en directa durante
0 < wt <
5 π 6
En esta condición el
diodo act'a como un interruptor cerrado como consecuencia la sección del semiciclo positivo de A comprendida entre
carga A partir del instante en que
0 < wt <
wt =
5 π 6
aparecerá a trav4s de la resistencia de
5 π 6
el 3, se polari2a en inversa y 3- en
directa mediante el voltaje aplicado por la fuente + En este caso 3- se comportara como un circuito cerrado y la sección del semiciclo positivo de + comprendida entre 5 π 6
< wt <
10 π 6
aparcera a trav4s de la resistencia de carga A partir de instante de
tiempo donde
wt =
10 π 6
y 0asta que
wt =2 π
el voltaje aplicado a la carga es
cero
5igura , #ectificador de media onda bifásico La señal de salida de este tipo de rectificador es una tensión continua pulsante que incrementa su valor desde cero 0asta nuevo su magnitud 0asta
V m
V m
V m
decrece a
2
despu4s incrementa de
decrece a cero y permanece en este valor 0asta que
los voltajes de las fuentes A y + dejan de cancelare entre s& luego comien2a el ciclo nuevamente Las gráficas que ilustran la operación de este circuito aparecen en la figura -
5igura - 5ormas de onda del rectificador de media onda *ara un rectificador de media onda bifásico el valor del voltaje de C3 se obtiene resolviendo la siguiente integral
V CD = V PROM =
V CD =
√ 3 V m 2 π
+
1
T
T
∫ V
m
sen ( wt ) d ( wt )
0
V m π
=
1.867
π
V m= 0.594 V m
6tra caracter&stica sobresaliente de este tipo de rectificador es que la frecuencia de la señal de salida es igual la frecuencia de la señal de entrada
R!%"i7i%&+r +! '+& %280!"& El rectificador de onda completa bifásico aprovec0a ambos semiciclo de las señales de entrada A y + de esta forma el voltaje promedio obtenido en un rectificador de este tipo es mayor que el que se consigue en el rectificador de media onda además el rectificador de onda completa presenta menor ri2ado a su salida La figura 7 muestra un tipo de rectificador de onda bifásico
5igura 7 #ectificador de onda completa bifásico El rectificador de onda completa funciona como se describe a continuación La fuente de corriente alterna A produce una tensión sinusoidal
fuente + una tensión
(
v B=V m sen wt −
)
v A =V m sen ( wt )
− π
2 π 3
3urante el intervalo
6
< wt <
y la 5 π 6
3, y 38 quedan polari2ados en directa as& act'an como interruptores cerrados y el voltaje
V A
9
V B
aparece a trav4s de la resistencia de carga :ientras 3, y 38
conducen a 37 y 3- se les aplica un voltaje positivo en su cátodo de tal forma que permanecen polari2ados inversamente durante todo este lapso En el instante de tiempo donde
wt =
5 π 6
los voltajes de entrada A y + se cancelan mutuamente y el voltaje
de salida es cero A partir del instante
wt =
5 π 6
37 y 3- se polari2an directamente
como resultado aparece a trav4s de la resistencia de carga el voltaje :ientras transcurre intervalo 3, y 38 inversamente
V A
9
V B
permanecen abiertos al estar polari2ados
La señal de salida de este tipo de rectificador es una tensión continua pulsante que incrementa su valor 0asta
√ 3 V m decrece a cero y repite el ciclo de nuevo Las
gráficas que ilustran la operación de este circuito aparecen en la figura 8
5igura - 5ormas de onda del rectificador onda completa El valor de continua de una señal es igual a su valor promedio *ara un rectificador de onda completa bifásico el valor del voltaje de C3 se obtiene resolviendo la siguiente integral 5 π
V CD = V PROM =
1
6
∫ V
T −π
m
sen ( wt ) d ( wt )
6
V CD =
2 √ 3 V m
π
= 1.103 V m
1i se compara la fórmula para el voltaje promedio de un rectificador de onda completa con la de un rectificador de media onda se observa que en el primero el voltaje promedio es mayor que en el segundo 6tra caracter&stica del rectificador de onda completa bifásico es que su frecuencia de salida es el doble que la de la señal de entrada *or otro lado la resistencia de carga no comparte la referencia de tierra con la fuente de entrada como sucede con el rectificador de media onda
I.9. A'*0isis
A continuación se presenta el desarrollo para calcular el voltaje promedio de salida de los rectificadores construidos para esta práctica
( V
A'*0isis +!0 r!%"i7i%&+r +! 2!+i& '+& i7*si%
m
=14.78 V )
5 π
V CD =
6
1
∫ V T
m
(
sen ( wt ) d ( wt )− V m sen wt −
− π
) (
2 π 3
d wt )
6
10 π 6
V m sen ( wt ) d ( wt ) +¿
∫ V
m
(
sen wt −
5 π
2 π
) (
2 π
d wt )+
3
∫ 0 d ( wt ) 10 π
6
6 5 π 6
∫¿ 0
V CD =
1 2 π
¿
10 π 6
sen ( wt ) d ( wt ) +¿
∫
sen ( wt ) d ( wt )
5 π 6 5 π 6
∫¿ 0
V m
V CD =
V CD =
V CD =
V CD =
V CD =
V CD =
V m 2 π
¿
2 π
{[ ] [ ( )
5 π
10 π
−cos ( wt ) 0 + [−cos ( wt ) ] 5 6π
−V m
cos
2 π
[
5 π
−V m −√ 3 2 π
−V m 2 π
6
][ ( ] [ ] −cos ( o ) +
−1 + −1−
cos
2 π
}
10 π
√ 3 2
( ) (−√ 3 −2 )= √ 3 + 2 V
( √ 3 + 2 ) 2 π
2
6
6
m
V m= 0.594 V m
V CD =0.594 V m = 0.594 ( 14.78 )= 8.77 V
6
−
) (
2 π 3
−cos
5 π 6
−
)]
2 π 3
A'*0isis +!0 r!%"i7i%&+r +! '+& %280!"& i7*si% ( V
m
=14.78 V )
5 π
V CD =
6
1
∫ V T
m
(
sen ( wt ) d ( wt )− V m sen wt −
− π
) (
2 π 3
d wt )
6
5 π 6
V m sen ( wt ) d ( wt ) −¿
(
∫ V
sen wt −
m
−π
)
2 π 3
d ( wt )
6 5 π 6
∫¿ −π 6
V CD =
V CD =
V CD =
V CD =
V m π
¿
π
[ ( )] { [ ( ) ( )] [ ( 5 π
[−cos ( wt ) ]−
6
cos
[
− π
−V m −√ 3 π
V CD =2 √ 3
π
− −cos
wt −
V m π
2
6
−
− cos
√ 3 2
−
√ 3 2
5 π 6
−
√ 3 2
+
]
3
cos
=
5 π
2 π
6
−V m π
1
6
−π 6
−π 6
−
4 √ 3 V m
= 1.103 V m
V CD = 1.103 V m= 1.103 ( 14.78 )=16.3 V
2
}
π
) (
2 π 3
−cos
=2 √ 3
V m π
5 π 6
−
)]
2 π 3
I.. Pr!r!8r"! Las imágenes siguientes presentan las simulaciones de los rectificadores de media o nda y onda completa construidos en esta práctica
1imulación del rectificador bifásico de media onda
5ormas de onda del rectificador bifásico de media onda
1imulación del rectificador de onda bifásico
5orma de onda de salida del rectificador de onda completa bifásico
I.5. Pr%!+i2i!'" < r!s$0"&+s , Armar un rectificador de media onda bifásico graficar la señal de salida y medir el voltaje promedio de dic0a señal
Captura del osciloscopio de la señal de entrada y salida del rectificador de media onda bifásico Comparación de resultados
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T!ri%
Si2$0&+
Pr&%"i%
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- Armar un rectificador de onda completa bifasico graficar la señal de salida y medir el voltaje promedio de dic0a señal
Captura del osciloscopio de la señal de entrada y salida del rectificador de onda completa en puente Comparación de resultados
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Os!r&%i'!s < C'%0$si'!s: Los circuitos construidos en esta práctica se usan para conseguir una señal de corriente directa a partir de dos fuentes de corriente alterna monofásicas con sus voltajes de salida desfasados ,-./ Los rectificadores bifásicos se clasifican en rectificadores de media onda y onda completa Comparando ambos el de onda completa es más eficiente porque aprovec0a el periodo completo de ambas señales de entrada La frecuencia de la señal de salida de un rectificador de onda completa es el doble que la de la señal de entrada El voltaje promedio de un rectificador de onda completa es mayor que voltaje promedio de un rectificador de media onda A partir de lo anterior se puede concluir que la corriente promedio de salida tambi4n es mayor para un rectificador de onda completa y por lo tanto la potencia el4ctrica entregada Como desventaja se puede mencionar que en un rectificador de onda completa la ca&da de voltaje debido a los diodos polari2ados en directa mayor que la del rectificador de media porque operan dos diodos a la ve2 sin embargo si la amplitud de la señal de entrada es considerablemente mayor al voltaje de polari2ación de un diodo dic0a ca&da de tensión se puede despreciar
