Práctica 3 Rectificador tipo puente trifásico (onda completa)
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CD.
CUAUHTÉMOC
ELECTRÓNICA II
Práctica 3
Rectificador tipo puente trifásico de onda
completa
ALUMNOS
Holguín Moctezuma Luis E. 09610390
Leyva Zúñiga Jorge R. 08610371
Núñez Cruz Marylé 09610452
Dr. David Sáenz Zamarrón
Cd. Cuauhtémoc, Chih., Junio de 2012
CONTENIDO
Índice de figuras iii
Índice de tablas iv
I. Introducción………………………………………………………………
………..
1
II. Marco
teórico………………………………………………………………………
2
2.1 Rectificador de onda completa tipo puente doble....………..
………..
2
2.2 Rectificador trifásico en puente………………………….
………………..
3
III. Objetivo…..
…………………………………………………………………………
7
IV. Material y
equipo………………………………………………………………...
8
V. Metodologí
a………………………………………………………………………..
10
VI. Desarrollo………………………………………………………………………..
…
11
VII. Resultado
s………………………………………………………………………….
12
VIII. Conclusiones…………………………………………………………………...
….
14
Bibliografía……………………………………………………………………….
…………
15
Anexo A Datasheet del diodo rectificador………………..
………………………
16
ii
Índice de figuras
Figura 2.1 Rectificador de onda completa.
…………………………………………
2
Figura 2.2 Rectificador trifásico en
puente………………………………………..
3
Figura 2.3 Formas de onda…………………………………………………………… 4
Figura 6.1 Circuito rectificador simulado en Multisim……………………..
……
11
Figura 6.2 Gráfica mostrada por osciloscopio en Multisim……………....
……
11
Figura 7.1 Probador de voltaje.……….……………………………….
……………..
13
iii
Índice de tablas
Tabla 4.1 Componentes
electrónicos………………………………………………...
8
Tabla 4.2 Equipos y
software…………………………………………………………..
9
Tabla 7.1 Resultados de la
simulación………………………………………………
13
iv
I. Introducción
Una de las tantas aplicaciones más importantes de los diodos, radica en el
diseño de los circuitos rectificadores. Un diodo rectificador es esencial en las
fuentes de alimentación de CD necesarias para alimentar equipos electrónicos.
En electrónica, un rectificador es el elemento o circuito que permite convertir
una señal eléctrica alterna en una continua. Esto se realiza utilizando estos
diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al
vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.
Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que
emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una
fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.
Durante esta práctica se laborará con estos diodos rectificadores en el modo
de tipo puente trifásico (onda completa) de tal manera que permita obtener la
gráfica correspondiente. Se observará la forma de conexión de dicho
dispositivo, las ecuaciones y sus voltajes tales como VDC, Vrms y Vm.
1
II. Marco Teórico
A continuación se dará a conocer una breve información acerca del dispositivo
electrónico denominado diodo rectificador, que es con el que se trabajará
durante esta práctica.
2.1 Rectificador de onda completa tipo puente doble
Se trata de un rectificador de onda completa en el que sólo es necesario
utilizar transformador si la tensión de salida debe tener un valor distinto de la
tensión de entrada.
Figura 2.1 Recificador de onda completa
En la figura 2.1 se muestra el rectificador de onda completa con puente de
Gratz, a fin de facilitar la explicación del funcionamiento de este circuito se
denominará D-1 al diodo situado más arriba y D-2, D-3 y D-4 a los siguientes
en orden descendente.
Durante el semiciclo en que el punto superior del secundario del transformador
es positivo con respecto al inferior de dicho secundario, la corriente circula a
través del camino siguiente:
Punto superior del secundario → Diodo D-1 → (+) Resistencia de carga R (-) →
Diodo D-4 → punto inferior del secundario.
En el semiciclo siguiente, cuando el punto superior del secundario es negativo
y el inferior positivo lo hará por:
2
Punto inferior del secundario → Diodo D-2 → (+) Resistencia de carga R (-) →
Diodo D-3 → punto superior del secundario.
En este caso, se observa como la corriente circula por la carga, en el mismo
sentido, en los dos semiciclos, con lo que se aprovechan ambos y se obtiene
una corriente rectificada más uniforme que en el caso del rectificador de media
onda, donde durante un semiciclo se interrumpe la circulación de corriente por
la carga.
En ambos tipos de rectificadores de onda completa la forma de onda de la
corriente rectificada de salida será la de una corriente continua pulsatoria, pero
con una frecuencia de pulso doble de la corriente alterna de alimentación
(Malvino, 2000).
2.2 Rectificadores trifásicos en puente
En la figura 2.2 se muestra un rectificador trifásico en puente el cual es de uso
común en aplicaciones de alta energía. Este es un rectificador de onda
completa. Puede operar sin o con transformador y genera componentes
ondulatorias de seis pulsos en el voltaje de salida.
Figura 2.2 Rectificador trifásico en puente
3
El par de diodos conectados entre el par de líneas de alimentación que tengan
la diferencia de potencial instantáneo más alto de línea a línea serán las que
conduzcan. En una fuente conectada en estrella trifásica el voltaje de línea a
línea es √3 veces el voltaje de fase. Las formas de onda y los tiempos de
conducción de los diodos aparecen en la figura 2.3.
Figura 2.3 Formas de onda
Para determinar Vrms se tiene la ecuación 2.1
Vrms=√ 2π6
∫0
π6
Vm2 cos2wt dwt (2.1)
4
Simplificando la ecuación 2.1 se tiene que
Vrms=Vm √ 6π∫
0
π6
[ 12+ 1
2(cos2wt )]dwt (2.2)
Resolviendo la ecuación 2.2 obtenemos
Vrms=Vm √ 3π⌈∫
0
π6
dw+ 12∫
0
π6
cos2wt+d2wt ⌉ (2.3)
Resolviendo la integral de la ecuación 2.3
Vrms=√ 3π [|wt|0π6 +|1
2sen2wt|
0
π6 ]
(2.4)
Y solucionando los límites de la integral de la ecuación 2.4 se obtiene
V rms=√ 3π⌈ π
6+ 1
2Sen( 2π
6 )⌉ (2.5)
Entonces se concluye que
V rms=0.955Vm (2.6)
Dónde Vm es el voltaje de fase pico
Vm=V máx(√2) (2.7)
Y para obtener V DC se tiene la ecuación 2.8
V DC=2π3
∫0
π6
Vmcoswt dwt (2.8)
Integrando la ecuación 2. 8 se obtiene
5
V DC=|6πVmSen wt|
0
π6
(2.9)
y resolviendo los límites de la ecuación 2.9 se tiene que
V DC=6πVm|Sen π6 −Sen0|
(2.10)
concluyendo para obtener V DC se tiene la ecuación 2.10
V DC=0.9549Vm(2.11)
Dónde Vm está dado en la ecuación 2.7.
Si la carga es puramente resistiva, la corriente pico a través de un diodo es:
Im=√3VmR (2.12)
Y el valor rms de la corriente del diodo es:
I r=[ 42 π
∫0
π6
I 2m cos2wtd (wt )]12
(2.13)
I r=Im[ 1π ( π6 + 1
2sin
2π6 )]
12=0.5518 Im (2.14)
El valor de la corriente secundaria del transformador, es:
I s=[ 82 π
∫0
π6
I 2mcos2wtd (wt )]
12
(2.15)
Im[ 2π ( π6 + 1
2sin
2π6 )]
12 =0.7804 Im (2.16)
Donde Im es la corriente de línea pico en el secundario (Rashid, 2004).
6
III. Objetivo
El objetivo de esta práctica será conocer el rectificador operacional a fondo,
tanto sus aplicaciones como su funcionamiento así como explicar sus distintas
configuraciones ya que como se ha mencionado con anterioridad los diodos
rectificadores tienen muchas aplicaciones. Realizar la simulación
correspondiente para así conocer las gráficas que arroja y su comportamiento
cuando se varía alguno de sus componentes, además de comprobar los
resultados con los realizados matemáticamente.
7
IV. Material y Equipo
En la tabla 4.1 se describen los componentes electrónicos que se necesitan
para armar el rectificador tipo puente trifásico (onda completa); y en la Tabla
4.2 se enlistan los equipos y software que se necesitarán para revisar los
parámetros del circuito.
Tabla 4.1 Componentes electrónicos
Componente Descripción Figura
6 Diodos
Rectificadores
Componente de dos terminales que
permite la circulación de la corriente
eléctrica a través de él en un solo sentido,
es decir, separa los ciclos positivos de una
señal de corriente alterna. Una de las
aplicaciones clásicas de los diodos
rectificadores, es en las fuentes de
alimentación; aquí, convierten una señal
de corriente alterna en otra de corriente
directa.
1 Resistencia
de 1KΩ
Oposición que encuentra la corriente a su
paso por un circuito eléctrico, atenuando
el libre flujo de circulación de las cargas
eléctricas o electrones. En está ocasión
se utilizaran resistencias de ¼ w de
8
potencia, la tolerancia es del 5%.
9
Tabla 4.2 Equipos y software
Elemento Descripción Imagen
Simulador
NI Multisim
Es una herramienta que integra
una potente simulación SPICE y
entrada de esquemáticos
integrándolo en un laboratorio de
electrónica sumamente intuitivo
sobre un PC. Cuenta con las
características de puntas de
prueba industriales, intercambio
de datos con instrumentos
virtuales y reales, corrector de
errores y sugerencias de cambios
sobre el circuito.
Osciloscopio
Instrumento de medición
electrónico para la
representación gráfica de
señales eléctricas que pueden
variar en el tiempo.
Fuente de
voltaje alterna
Es una fuente de voltaje alterna
con 3 fases y un neutro, que
arroja un voltaje aproximado de
440V.
V. Metodología
A continuación se presenta la enumeración de los pasos a seguir para realizar
la práctica del rectificador tipo puente trifásico (onda completa) correctamente,
esto se realizó en el simulador Multisim 11.0:
a) Primero se asignó la práctica por el profesor.
b) Identificar los materiales que se utilizarán para realizar la simulación del
rectificador tipo puente trifásico.
c) Ubicar los componentes necesarios requeridos para esta práctica en el
software Multisim 11.0.
d) Comenzar a conectar dichos componentes según el diagrama del
rectificador tipo puente trifásico.
e) Realizar la simulación en software (Multisim 11.0) para observar cómo
funciona y si es lo que realmente se desea obtener.
f) Para comprobar si la simulación es realizada correctamente se le
conecta al circuito simulado un osciloscopio que lo podemos encontrar
en las herramientas del Multisim.
g) Realizar los cálculos adecuados, pruebas y comparaciones para
comprobar que los resultados en las gráficas obtenidas en el simulador
son iguales (similares) que las teóricas, y si es así, se concluye que la
práctica fue realizada satisfactoriamente.
h) Acudir a que el profesor revise y verifique los resultados de la práctica
elaborada.
i) Capturar fotografías que serán requeridas en la elaboración del reporte.
j) Guardar el material y equipo utilizados.
k) Elaborar el reporte de práctica correspondiente.
10
VI. Desarrollo
La práctica del diodo rectificador tipo puente trifásico se llevó a cabo sólo en el
proceso de simulación. Es importante realizar tanto la simulación como el
armado en físico, pero en este caso en especial solamente se desarrollará
simulada ya que se trabaja con unos voltajes muy altos y puede ser peligroso
para los alumnos.
A continuación se muestra el proceso de simulación, que es el circuito del
diodo rectificador en modo puente trifásico, donde se utilizaron 6 diodos
1N4004, una fuente de voltaje, una resistencia de 1k y un osciloscopio, todo
esto desarrollado en el software Multisim 11.0 (figura 6.1).
Figura 6.1 Circuito rectificador en Multisim
El gráfico arrojado de este circuito fue el que se muestra en la figura 6.2 que se
observa a continuación
11
Figura 6.2 Gráfica mostrada por el osciloscopio en Multisim
VII. Resultados
Para verificar que los resultados son los correctos se utiliza la ecuación
requerida para este tipo de circuitos y se hace una sustitución de valores para
obtener el valor de Vrms y así compararlos con los resultados que se
obtuvieron en la simulación. Para ello se tomó una muestra de dicha
simulación y de esta manera se observó que los valores son similares a los
teóricos como se puede ver en la figura 7.1.
Para obtener el voltaje Vrms se tiene la ecuación 2.6
Vrms=0.955Vm (2.6)
sustituyendo Vm (dado en la ecuación 2.7) en la ecuación 2.6 se obtiene que
Vrms=(0.955)(V máx√2)
Cuando V máx=220V , encontramos que
Vrms=(0.955)220V √2¿
Entonces
Vrms=297.1262V
Para obtener V DC se tiene la ecuación 2.11
V DC=0.9549Vm (2.11)
12
Sustituyendo Vm (dado en la ecuación 2.7) en la ecuación 2.11 se obtiene que
V DC=0.9549(V máx√2)
Cuando V máx=220V , encontramos que
V DC=0.9549(220V √2)
EntoncesV DC=297.09V
En la figura 7.1 se muestran los resultados obtenidos por un probador de voltaje en el simulador Multisim 11.0
Figura 7.1 Probador de voltaje
Para la comprobación de resultados debe analizarse la tabla 7.1, donde se
demuestra que los valores obtenidos son correctos y altamente aproximados a
los calculados.
Tabla 7.1 Resultados de la simulación
Resultados Vrms V DC
Mutisim 11.0 296 V 296 V
Ecuaciones 297.1262 V 297.07 V
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VIII. Conclusiones
Como se puede observar, utilizando el software Multisim 11.0 se logró obtener
gráficos de formas de ondas en distintas partes de los circuitos rectificadores,
además se realizaron cálculos de todos los valores de interés para el caso de
análisis y/o cálculos, como lo son los valores medios, valores rms, valores
máximos y mínimos, entre otros, tanto de corriente como de tensión.
Se analizaron gráficos y compararon valores obtenidos en Multisim con los
calculados a través de ecuaciones, los cuales presentaron una aproximación
bastante precisa y aceptable. Se aprecia que el simulador Multisim es una
herramienta de gran utilidad debido a su gran cantidad de componentes
eléctrico/electrónicos con los cuales se puede interactuar y desarrollar
aplicaciones.
14
Bibliografía
Malvino, A. P. (2000). Principios de Electrónica. Madrid. McGraw Hill.
Rashid, M. H. (2004). Electrónica de potenica. México. Pearson Educación.
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Anexo A Datasheet del diodo rectificador
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17