4.2. Rectificadores monofásicos 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 continua. Para conseguir que una corriente alterna se convierta en continua, se utilizan unos dispositivos llamados rectificadores. Básicamente existen dos tipos de rectificadores: de media onda y de onda completa.
Imagen 8: Rectificador Fuente: Wikipedia. Licencia Creative Commons
4.2.1. Rectificador monofásico de media onda
Si recordamos el funcionamiento de un generador, sabremos que en cada ciclo de funcionamiento se habrá producido una semionda positiva y otra negativa; es decir, la corriente va tomando valores positivos y negativos a intervalos regulares, tal como indica la imagen 9. Si quisiéramos que a una carga se le aplicara solamente la parte positiva de la corriente, tal y como muestra la imagen 10, nos bastaría con colocar un diodo en en serie con nuestra fuente alterna. alterna.
Imagen 9: Fuente: Elaboración propia.
Imagen 10: Fuente: Elaboración propia.
Onda
senoidal
Onda
senoidal
completa.
rectificada.
Lo indicado más arriba queda mucho más claro con el esquema de la imagen 11. Cuando el generador alterno comience a producir la onda senoidal, el diodo sólo permitirá que pase corriente a la carga R mientras éste sea polarizado directamente, es decir, cuando al ánodo del diodo se le aplique una polaridad positiva. Durante el semiperiodo negativo el diodo no conducirá, por lo que la carga no será alimentada, y en ese caso habremos conseguido una corriente pulsante tal y como se indicó en la imagen 10.
Imagen 11: Rectificador Fuente: Elaboración propia.
de
media
onda.
Recuerda que las ondas senoidales se representan por la función seno:
Y que teníamos los valores medio (X m) y eficaz (X) en función del valor máximo am
4.2.2. Rectificador monofásico de onda completa Como habrás observado, con el rectificador anterior (media onda) la tensión de alimentación valdrá 0 V durante la mitad del tiempo, es decir, siempre que se presente el semiperiodo negativo. Para solucionar este problema podemos disponer de un puente de diodos, en el que se rectifique por un lado el semiperiodo positivo y por otro el semiperiodo negativo, de forma que la carga siempre esté alimentada. La imagen inferior te muestra el circuito rectificador:
Imagen 14: Puente Fuente: Elaboración Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
rectificador. propia.
Para entender su funcionamiento, consideremos en primer lugar que se está produciendo el semiperiodo positivo, en ese caso, el flujo de corriente será el que muestra el sentido de las flechas:
Imagen 15: Semiciclo positivo en Fuente: Elaboración Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
Si ahora consideramos el semiperiodo negativo, tendremos:
puente
rectificador. propia.
Imagen 16: Semiciclo negativo Fuente: Elaboración Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
en
puente
rectificador. propia.
Si las flechas estáticas de las imágenes anteriores no te sirven para aclararte, tal vez te ayude el siguiente vídeo. Ten en cuenta que la distribución de los diodos en el esquema no es idéntica, pero el funcionamiento del circuito es exactamente igual, sólo basta con comprobar el conexionado de las bobinas secundarias a los diodos y el conexionado de éstos a la resistencia, para comprobar que, en efecto, es el mismo circuito.
Vídeo 2: Funcionamiento Fuente: Youtube
de
un
puente
de
diodos
Habrás observado que la carga siempre recibe positivo por el mismo sitio, independientemente de que sea el semiperiodo positivo o negativo el que se produce en la secuencia de funcionamiento. Esto significa que la tensión aplicada sobre la resistencia será como la indicada en la imagen:
Imagen 17: Gráfica de Fuente: Elaboración propia.
rectificación
de
onda
completa.
De forma similar a lo que ocurría con el rectificador de media onda, los valores de tensión y de intensidad que obtendremos serán:
Y en función de los valores eficaces:
En este caso ya no dividimos los valores de I m y Vm por dos, ya que rectificamos la onda completa.
Existe una variante del rectificador de onda completa que puede conseguirse con la mitad de diodos, en ese caso, se utiliza un transformador con toma intermedia .
La imagen aclara su constitución:
Imagen 18: Rectificador de onda completa en transformador con toma intermedia. Fuente: Elaboración propia. Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
La toma intermedia en el arrollamiento secundario es una de las salidas de alimentación, mientras que la otra salida será la formada por la unión de cada extremo, a través de los diodos r espectivos D1 y D2. Cuando se produce la onda positiva, el diodo D 1 será conductor; mientras que cuando se produce la semionda negativa es el diodo D2 el que se vuelve conductor. En ambos casos, la corriente por la carga´, es en el mismo sentido, al igual que ocurría con el rectificador anterior. Este montaje, en apariencia más ventajoso por disponer de menos diodos, es en realidad menos utilizado, pues la toma intermedia dificulta la construcción y los diodos, cuando se polarizan de forma inversa, se ven sometidos a una tensión doble que cuando lo son de forma directa, hecho éste q ue debe ser tenido en cuenta para evitar el deterioro de los diodos. 4.3. Rectificadores trifásicos
Por lo general, los sistemas de producción de corriente eléctrica, suelen ser trifásicos. En ese caso, se cuenta con la ventaja de que en un periodo se producirán tres ondas, una por cada arrollamiento, desfasadas 120º. Esto supone una mejora en cuanto a la tensión de alimentación de la carga, ya que se consigue una señal más uniforme. Del mismo modo que con los rectificadores anteriores, podemos tener rectificadores de media onda y de onda completa. En los apartados siguientes veremos con detalle:
•
Rectificador trifásico de media onda Rectificador trifásico de onda completa
•
4.3.1 Rectificador trifásico de media onda
•
•
Consisten en conectar un diodo a la salida de cada arrollamiento, que se unirán en un punto común que después alimentará a la resistencia o carga del circuito. El retorno de la corriente se realiza a través de la línea de neutro. La imagen inferior nos aclara esta explicación.
Imagen 19: Rectificador trifásico Fuente: Elaboración Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
•
media
onda. propia.
Es evidente que el arrollamiento secundario está dispuesto en estrella y que de la unión común de las tres bobinas se saca la línea de neutro. Además, tal y como indica la imagen, cada bobina tendrá, con respecto a neutro, las tensiones V 1, V2 y V3respectivamente, que se producirán desfasadas 120º.
Imagen 20: Onda trifásica Fuente: Elaboración propia.
•
de
de
un
transformador
sin
rectificar.
Las tensiones V 1, V2 y V3 están representadas en la gráfica, por las ondas roja, verde y azul. Pero en realidad, al haber colocado un diodo a cada salida, el semiciclo negativo de cada onda quedará suprimido, es decir, que la tensión que le llegue a la carga será la línea ondulada de color gris.
Imagen 21: Onda trifásica de un Fuente: Elaboración Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
•
•
•
rectificada. propia.
Analizando la imagen 21 podemos observar que cada bobina alimentará la carga durante 1/3 del periodo y cada diodo estará conduciendo durante tanto tiempo como la corriente de su bobina sea superior que la de las demás. La línea de trazos de la imagen representa la duración de un ciclo, tal y como puede observarse. Como la corriente de alimentación de la carga la aportan tres bobinas en cada ciclo, esta será más continua. 4.3.2 Rectificador trifásico de onda completa Si ahora disponemos de un puente hexadiodo, de manera que podamos rectificar el semiperiodo negativo, que antes quedaba anulado, la tensión producida será aún más continua que en los casos anteriores.
Imagen 22: Rectificador trifásico Fuente: Elaboración Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
•
transformador
de
onda
completa. propia.
Podemos observar como ahora, nuestro transformador, tiene a la salida de cada bobina dos diodos, de manera que se rectificará la onda completa. Para aclarar más aún el funcionamiento, vamos a representar las bobinas R, S y T desfasadas en el espacio 120º, pues constructivamente es como se encuentran. Imaginemos que la producción de corriente comienza en la bobina R-S (onda roja), siendo el semiperiodo positivo el que se produce a la salida de R. La corriente por tanto circulará hasta D1 que, por ser positiva, lo atravesará hasta la carga R y retornará por D5 hasta la bobina S. 180º después, se producirá el semiperiodo negativo, por lo que al haber cambiado el sentido de la corriente, el positivo estará a la salida de la bobina S, atravesará el diodo D2 en dirección a la carga, retornando por D 4 hasta la bobina R.
Imagen 23: Conexionado Fuente: Elaboración propia.
•
•
trifásico
estrella.
Esta secuencia la repetimos para las bobinas S-T (onda verde), actuando D 2 y D6 para el semiperiodo positivo y D 3 y D5 para el semiperiodo negativo; y para las bobinas T-R (onda azul), en cuyo caso la secuencia será D 3 y D4 para la semionda positiva y D 1 y D6 para la semionda negativa. Ya sólo queda hacer un matiz, y es que el desfase entre el semiperiodo positivo y negativo es de 180º, mientras que el desfase entre arrollamientos es de 120º, por lo que antes de que el semiciclo de una de las bobinas haya finalizado, se estará produciendo la siguiente onda en otro arrollamiento. Esto queda de manifiesto si en la representación senoidal de un transformador trifásico, se solapan los semiciclos positivos y negativos.
Imagen 24: Rectificador trifásico Fuente: Elaboración Pulsa sobre la imagen para ampliarla.
•
en
de
onda
completa. propia.
Puede apreciarse como ahora el aporte de tensión es cada 1/6 del periodo, resultando una tensión aún más continua que en los casos anteriores. Si depuramos las partes de la onda que no afectan a la alimentación de la carga, resultará una señal como la que muestra la imagen inferior:
Imagen 25: Fuente: Elaboración propia.
Señal
resctificada.
