lab electronica

RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA

INGENIERIA ELECTRICA 1

Universidad LaicaUniversidad LaicaUniversidad LaicaUniversidad Laica

ELOY ALFARO DE MANABIELOY ALFARO DE MANABIELOY ALFARO DE MANABIELOY ALFARO DE MANABI

Facultad de IngenieríaFacultad de IngenieríaFacultad de IngenieríaFacultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería EléctricaEscuela de Ingeniería EléctricaEscuela de Ingeniería EléctricaEscuela de Ingeniería Eléctrica

Tesis de GradoTesis de GradoTesis de GradoTesis de Grado

Previo a la obtención del Previo a la obtención del Previo a la obtención del Previo a la obtención del TTTTíííítulo de:tulo de:tulo de:tulo de: INGENIERO ELECTRICOINGENIERO ELECTRICOINGENIERO ELECTRICOINGENIERO ELECTRICO

TEMA:TEMA:TEMA:TEMA: Diseño De Un Rectificador Trifásico Totalmente Diseño De Un Rectificador Trifásico Totalmente Diseño De Un Rectificador Trifásico Totalmente Diseño De Un Rectificador Trifásico Totalmente

Controlado De Onda Controlado De Onda Controlado De Onda Controlado De Onda Completa Con Tiristores De Completa Con Tiristores De Completa Con Tiristores De Completa Con Tiristores De

PotenciaPotenciaPotenciaPotencia

AUTORES:AUTORES:AUTORES:AUTORES:

OOOOchoa Soledispa Byron Humbertochoa Soledispa Byron Humbertochoa Soledispa Byron Humbertochoa Soledispa Byron Humberto

Palma Mero Edgar ManuelPalma Mero Edgar ManuelPalma Mero Edgar ManuelPalma Mero Edgar Manuel

Vásquez Pisco Marcelo AgustínVásquez Pisco Marcelo AgustínVásquez Pisco Marcelo AgustínVásquez Pisco Marcelo Agustín

Director De Tesis:Director De Tesis:Director De Tesis:Director De Tesis:

Ing. Enrique FigueroaIng. Enrique FigueroaIng. Enrique FigueroaIng. Enrique Figueroa SoledispaSoledispaSoledispaSoledispa

Manta Manta Manta Manta –––– EcuadorEcuadorEcuadorEcuador

2002002002009999



Agradecemos a Dios quien con su inmenso poder y amor nos ha ayudado

a vencer los distintos retos que se nos presentan y que junto a el día a día

luchando seguiremos cumpliendo nuestras metas.

Agradecemos a nuestros padres que siempre nos han estado apoyando a

través de nuestras vidas y nos han formado como personas de bien.

Agradecemos a la universidad y a todo su equipo de trabajo, y en especial

a la facultad de Ingeniería que nos ha dado la oportunidad convertimos en

profesionales, con orgullo y a satisfacción nuestra.



Dedico este trabajo de tesis:

A Dios, porque es gracias a la fuerza que le da a mi espíritu lo que me

ayuda a alcanzar mis metas.

A Diógenes y Aida, mis padres, por ser mi guía y mi razón de ser; a mis

hermanos, por ser mi apoyo incondicional en todos los instantes de mi

vida, y a todas las personas que día a día se detienen a mirar al cielo con

ganas de alcanzar el infinito.

Byron Ochoa Soledispa



Dedico esta tesis con el amor más infinito a Dios y a quienes con su

apoyo hicieron posible que alcance esta meta. A quienes día a día me

dieron aliento para seguir adelante en esta linda experiencia… Mis

Padres

Edgar Palma Mero



Dedico este trabajo al Todo Poderoso que me ha dado la vida y la

oportunidad de vivir dejando huellas en este mundo para un mejor

porvenir, a mis padres que siempre han estado conmigo

incondicionalmente, a mis hermanos por su apoyo y carisma, a mi

familia, a los que de alguna u otra manera me han apoyado, a las

personas que he conocido y se han ganado mi respeto, a mi país que

lucha de sol a sol, a quienes durante el transcurso de mi vida han estado

conmigo, algunos siguen hasta hoy, a los que partieron y no pudieron

estar aquí confiando en que seguiré adelante con sus legados. A todos los

que han creído en mí.

Marcelo Vásquez Pisco



El suscrito, Ing. Enrique Figueroa Soledispa, certifica que el proyecto de

tesis “Diseño De Un Rectificador Trifásico Totalmente Controlado

De Onda Completa Con Tiristores De Potencia”, elaborada por los

egresados Byron Ochoa Soledispa, Marcelo Vásquez Pisco y Edgar

Palma Mero, ha sido debidamente revisada en conformidad con los

reglamentos internos de graduación.

Ing. Enrique Figueroa Soledispa

Director de Tesis



La responsabilidad por los hechos, ideas y doctrinas expuestas en esta

tesis, corresponden exclusivamente al autor, y el patrimonio intelectual

de la Tesis de Grado corresponderá a la Universidad Laica Eloy Alfaro

de Manabí

Marcelo Vásquez Pisco Byron Ochoa Soledispa

Edgar Palma Mero



RESUMEN

Con el siguiente proyecto de tesis se podrá entrar más a fondo en un

estudio de Electrónica de potencia, ya que en la actualidad la facultad no

cuenta con equipos didácticos para dicho estudio.

Damos a conocer un funcionamiento de un equipo básico en este campo,

junto a un análisis y demostraciones prácticas.

Con este proyecto ayudaremos a futuros estudiantes a poder llevar la

electrónica de potencia a un estudio más completo, tanto teórico como

práctico.

El modulo de rectificación fue diseñado para un uso práctico de fácil

manejo y entendimiento, tomando las debidas protecciones y parámetros

para su uso en el laboratorio.



INDICE

1. Teoría General de la Electrónica 12

1.1. Simbología y Elementos Electrónicos 12

1.2. Dispositivos de Potencia 14

1.3. Importancia y Aplicaciones de la Electrónica

en la Ingeniería Eléctrica 15

1.3.1. Convertidores de la Energía Eléctrica 17

2. Circuíos Rectificadores 20

2.1. Teoría de los Circuitos Rectificadores 20

2.2. Circuitos Rectificadores Generalmente Usados 24

2.2.1. Rectificadores Monofásicos 24

2.2.1.1. Rectificadores Monofásicos de Media Onda 24

2.2.1.2. Rectificadores Monofásicos de Onda Completa 26

2.2.1.2.1. Rectificador con Toma Central en el Secundario 27

2.2.1.2.2. Rectificador Tipo Puente 29

3. Rectificador Trifásico de Onda Completa con Tiristores 31

3.1. Rectificador Trifásico de Onda Completa No Controlado 31



3.2. Rectificador Trifásico de Onda Completa Semi-Controlado 40

3.3. Rectificador Trifásico de Onda Completa Totalmente

Controlado 45

4. Diseño y Construcción del Rectificador Trifásico de Onda

Completa 50

4.1. Construcción del Módulo del Rectificador Trifásico 50

4.1.1. Fuente de Potencia Trifásica 50

4.1.2. Fuente del Circuito de Disparo 51

4.1.3. Tiristores 51

4.1.4. Grupo de Resistencias 53

4.1.5. Diodo de Paso Libre 54

4.1.6. Salida DC 54

4.1.7. Disparo de las Compuertas (Gates) 55

4.1.8. Equipos de Medidas 56

4.1.9. Circuito de Disparo 57

Conclusiones y Recomendaciones 62

Bibliografía 64



INTRODUCCION

En el siguiente trabajo como objetivo principal es aportar a la facultad

con un modulo de rectificación por tiristores para poder ampliar el

estudio la electrónica de potencia,

La metodología a utilizar será de tipo práctica investigativa, en la cual se

desarrollara a través del estudio aptitudes y fundamentos para ser

implementadas en el proyecto de tesis.

Como hipótesis general se piensa demostrar al final del estudio que un

rectificador trifásico construido con tiristores sirve para llevar a cabo las

distintas aplicaciones para el estudio de la Electrónica de Potencia.

Empezaremos con un estudio sobre rectificadores para luego ir

avanzando a la parte práctica.



1. TEORÍA GENERAL DE LA ELECTRÓNICA

La electrónica es la rama de la física, y fundamentalmente una

especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo

funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo de los

electrones u otras partículas cargadas eléctricamente. Utiliza una gran

variedad de dispositivos, desde las válvulas termoiónicas hasta los

semiconductores.

1.1 Simbología y Elementos Electrónicos

Diodo Rectificador Diodo Zener Foto Diodo Diodo Emisor de Luz

Transistor npn Transistor pnp Trans. JFET Trans. PUT

Diac Triac Tiristor scr Tiristor scs



Amperimetro Voltimetro Bobina Capacitor

Cap. Polarizado C.A. C.C. Cruce con conexión Cruce sin conexión

Resistencia R. Variable Potenciómetro Tierra

Fusible Tranf. N. Aire Tranf. N. Fe Tranf. (general)

Vatímetro Motor Tacómetro Relé de Bobina



Onda Senoidal R. Media Onda R. Onda Completa Onda Cuadrada

Diente De Sierra Pulso Oscilante Onda Exponencial Pulso Rectangular

Onda Senoidal Trifásica

1.2 Dispositivos De Potencia

Para estas aplicaciones se han desarrollado una serie de dispositivos

semiconductores de potencia, todos los cuales derivan del diodo o el

transistor. Entre estos se encuentran los siguientes:



• Diodos

• Rectificador controlado de Silicio (SCR en inglés)

• Triac

• IGBT

• IGCT

1.3 Importancia y Aplicaciones De La Electrónica En La

Ingeniería Eléctrica

La electrónica desarrolla en la actualidad una gran variedad de tareas.

Los principales usos de los circuitos electrónicos son: el control, el

procesado, la distribución de información; la conversión y la distribución

de la energía eléctrica. Estos dos usos implican la creación o la detección

de campos electromagnéticos y corrientes eléctricas. Entonces se puede

decir que la electrónica abarca en general las siguientes áreas de

aplicación:

• Electrónica de control

• Telecomunicaciones

• Electrónica de potencia



Se denomina electrónica de potencia a la rama de la ingeniería eléctrica

que consigue adaptar y transformar la electricidad, con la finalidad de

alimentar otros equipos, transportar energía, controlar el funcionamiento

de maquinas eléctricas, etc.

Se refiere a la aplicación de dispositivos electrónicos, principalmente

semiconductores, al control y transformación de potencia eléctrica. Esto

incluye tanto aplicaciones en sistemas de control como de suministro

eléctrico a consumos industriales o incluso la interconexión sistemas

eléctricos de potencia.

El principal objetivo de esta disciplina es el procesamiento de energía

con la máxima eficiencia posible, por lo que se evitan utilizar elementos

resistivos, potenciales generadores de pérdidas por efecto Joule. Los

principales dispositivos utilizados por tanto son bobinas y condensadores,

así como semiconductores trabajando en modo corte/saturación (on/off).



1.3.1 Convertidores de la Energía Eléctrica

Conversión de potencia es el proceso de convertir una forma de energía

en otra, esto puede incluir procesos electromecánicos o electroquímicos.

Dichos dispositivos son empleados en equipos que se denominan

convertidores estáticos de potencia, clasificados en:

Rectificadores: convierten corriente alterna en corriente continua

Inversores: convierten corriente continua en corriente alterna

Cicloconversores: convierten corriente alterna en corriente alterna,

utilizado para variar la frecuencia. En electrónica de Potencia se puede

ver en los variadores de velocidad.

Choppers: convierten corriente continua en corriente continua. Se

pueden observar en generadores de pulso.



Las principales aplicaciones de los convertidores electrónicos de

potencia son las siguientes:

Fuentes de alimentación: En la actualidad han cobrado gran importancia

un subtipo de fuentes de alimentación electrónicas, denominadas fuentes

de alimentación conmutadas. Estas fuentes se caracterizan por su elevado

rendimiento y reducción de volumen necesario. El ejemplo más claro de

aplicación se encuentra en la fuente de alimentación de los ordenadores.

Control de motores eléctricos: La utilización de convertidores

electrónicos permite controlar parámetros tales como la posición,

velocidad o par suministrado por un motor. Este tipo de control se utiliza

en la actualidad en los sistemas de aire acondicionado.

Esta técnica, denominada comercialmente como "inverter" sustituye el

antiguo control encendido/apagado por una regulación de velocidad que

permite ahorrar energía.

Calentamiento por inducción: Consiste en el calentamiento de un

material conductor a través del campo generado por un inductor. La



alimentación del inductor se realiza a alta frecuencia, generalmente en el

rango de los kHz, de manera que se hacen necesarios convertidores

electrónicos de frecuencia. La aplicación más vistosa se encuentra en las

cocinas de inducción actuales.

Otras: Como se ha comentado anteriormente son innumerables las

aplicaciones de la electrónica de potencia. Además de las ya comentadas

destacan: sistemas de alimentación ininterrumpida, sistemas de control

del factor de potencia, balastos electrónicos para iluminación a alta

frecuencia, interfase entre fuentes de energía renovables y la red

eléctrica, etc.

Las líneas de investigación actuales buscan la integración de dispositivos

de potencia y control en un único chip, reduciendo costos y multiplicando

sus potenciales aplicaciones. No obstante existen dificultades a salvar

como el aislamiento entre zonas trabajando a altas tensiones y circuitería

de control, así como la disipación de la potencia perdida.



2. CIRCUITOS RECTIFICADORES

2.1 Teoría De Los Circuitos Rectificadores

Se llama rectificador a todo dispositivo eléctrico que sólo permite el paso

de la corriente en un sentido.

En el grafico muestra los símbolos utilizados para representar un diodo

PN. La zona P, donde va la flecha, se llama ánodo, y la zona N, cátodo.

Sabemos que un diodo posee elevada conductividad cuando el polo

negativo de la fuente de tensión se conecta a su cátodo y el polo positivo

de la misma a su ánodo

Entonces se cierra el circuito desde el polo negativo al positivo a través

del cátodo, del ánodo y de la carga. Obsérvese que el flujo de electrones



se desplaza por el circuito exterior desde el polo negativo al positivo de

la fuente de energía, o sea contrariamente al sentido convencional

atribuido a la circulación de la corriente. Por otra parte, sabemos que si se

aplica al diodo una polarización inversa, no conduce prácticamente

corriente.

La polarización directa mínima que debe aplicarse a un diodo PN para

que empiece a conducir corriente es del orden de 0,7 V. Este valor se

llama umbral de tensión. Por consiguiente, la tensión de la batería de

polarización debe ser superior al valor de umbral para que el diodo pueda

conducir la corriente de régimen. Sin embargo, es evidente que si la

tensión de polarización se aumenta arbitrariamente hasta el punto de

provocar una circulación de corriente superior al límite máximo prescrito,

el diodo corre el riesgo de destruirse irreparablemente a causa del

excesivo calor generado en su interior. En la mayoría de los diodos

rectificadores, la corriente nominal está fijada por el máximo aumento

admisible de temperatura en su interior, debido a la potencia perdida y



transformada en calor. Por este motivo los rectificadores de alta

intensidad de corriente van montados sobre un espárrago roscado, donde

se hallan sometidos a la acción de un "disipador de calor".

Los rectificadores de baja intensidad no necesitan ningún extractor de

calor y se refrigeran simplemente por ventilación natural.

El siguiente gráfico muestra la curva característica representativa de las

variaciones de la corriente de un diodo PN en función de la tensión de

polarización aplicada, tanto directa como inversa.



Obsérvese que en el primer caso la corriente que circula es del orden de

miliamperios (milésimás de amperio), y en el segundo, del orden de

microamperios (millonésimás de amperio).

La curva muestra que, mientras la polarización inversa aplicada al diodo

no excede de cierto límite, la corriente que circula es de sólo unos

escasos microamperios, pero que en cuanto dicha polarización rebasa un

valor crítico (punto X), la corriente aumenta súbita y rápidamente. Ello

acarrea consigo la destrucción del diodo, a menos que sus características

especiales le permitan resistir esta corriente inversa.



2.2 Circuitos Rectificadores Generalmente Usados

2.2.1 Rectificadores Monofásicos

Podemos mencionar dos tipos en general, rectificador monofásico de

media onda, y rectificadores de onda completa.

2.2.1.1 Rectificadores Monofásico De Media Onda

El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la

parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de entrada,

convirtiéndola en corriente directa de salida.

El diodo PN tiene la facultad de convertir la corriente alterna en corriente

continua pulsatoria. Si se aplica corriente alterna al cátodo de un diodo,

su polaridad irá variando con cada semionda de la corriente. Cuando el

cátodo sea negativo con respecto al ánodo circulará corriente por el diodo

y por el circuito de carga, pero cuando el cátodo sea positivo con respecto

al ánodo no habrá paso de corriente.



En consecuencia, la carga sólo será recorrida por una semionda de la

corriente alterna.

Lo dicho anteriormente puede verse con claridad considerando el circuito

de la figura, el diodo PN representado funciona como rectificador, es

decir, transforma la onda original de corriente alterna en semiondas de

corriente unidireccional pulsatoria, que constituyen la primera

aproximación de una corriente continua.

En efecto, durante la semionda positiva de la corriente alterna el ánodo

del diodo es positivo con respecto al cátodo, y circula una corriente del

borne negativo al borne positivo del secundario del transformador, a

través de cátodo, ánodo y carga. Durante la semionda negativa, por el

contrario, el ánodo del diodo es negativo con respecto al cátodo, y no

puede circular corriente a través de la carga.



Esta clase de rectificación se llama de media onda, pues sólo permite el

paso de las porciones de onda situadas por encima del eje horizontal, o

sea de las semiondas positivas.

2.2.1.2 Rectificadores Monofásicos de Onda completa

La rectificación de media onda, si bien útil y satisfactoria para muchas

aplicaciones, puede mejorarse substancialmente utilizando varios diodos

rectificadores en vez de uno solo. Estos diodos se disponen de manera

que permitan la rectificación de la onda completa de corriente alterna.

A continuación se describirán dos de los sistemas más empleados:



1) a base de transformador con toma central en el secundario (tap), que

requiere dos diodos rectificadores.

2) a base de transformador normal (sin toma central en el secundario) y

puente rectificador constituido por cuatro diodos.

2.2.1.2.1 Rectificador Con Toma Central En El Secundario

El rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la señal

senoidal de entrada, para obtener una salida unipolar, invierte los

semiciclos negativos de la onda senoidal.

En el grafico se muestra una posible estructuración en la que el devanado

secundario es con derivación central para obtener dos voltajes Vs, en

paralelo con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades

indicadas.



Cuando el voltaje de línea de entrada (que alimenta al primario) es

positivo, las señales del secundario positivas el D1 conduce y D2 esta

polarizado inversamente, la corriente que pasa por D1 circulara por R y

regresara a la derivación central del secundario. El circuito se comporta

entonces como rectificador de media onda, y la salida durante los

semiciclos positivos positivos será idéntica a la producida por el

rectificador de media onda.

Durante el semiciclo negativo del voltaje de CA de la línea, los dos

voltajes marcados como Vs serán negativos; el diodo D1 estara en corte y

D2 conduce, la corriente conducida por D2 circulara por R y regresa a la

derivación central. Por lo tanto durante los semiciclos negativos tambien

el circuito se comporta como rectificador de media onda, excepto que

ahora D2 es el que conduce. Es importante decir que la corriente que

circula por R siempre circulara en la misma dirección y por lo tanto Vu

será unipolar.



2.2.1.2.2 Rectificador Tipo Puente

El circuito conocido como rectificador en puente no requiere de

transformador con derivación central, ventajosa sobre el circuito

rectificador de onda completa con toma 7central, aqui se muestra una

estructuración alternativa del rectificador de onda completa.

En el rectificador en puente se hacen necesarios cuatro diodos en

comparación con el circuito anterior. La operación del rectificador en

puente consiste que durante los semiciclos positivos del voltaje de

entrada Vs es positivo y la corriente es conducida a través del diodo D1,

la carga R y el diodo D2. Entre tanto los diodos D3 y D4 estarán

polarizados inversamente; hay dos diodos en serie en la trayectoria de

conducción y por lo tanto Vo será menor que Vs por dos caídas del

diodo, esta es una desventaja del rectificador en puente.



Otra ventaja de este circuito es que solo se hace necesaria

aproximadamente la mitad del número de vueltas para el devanado

secundario del transformador. Se puede visualizar que cada mitad del

devanado secundario del transformador con derivación central se utiliza

solo la mitad del tiempo.



3 RECTIFICADOR TRIFASICO

DE ONDA COMPLETA CON TIRISTORES

3.1 Rectificador Trifásico De Onda Completa No

Controlado

Los rectificadores trifásicos se utilizan normalmente en la industria para

producir tensión y corriente continuas para grandes cargas. En el

siguiente grafico se muestra el rectificador trifásico en puente completo.

El generador trifásico de tensión está equilibrado y la secuencia de fases

es a-b-c. En el análisis inicial del circuito se supondrá que el generador y

los diodos son ideales.

RECTIFICADOR TRIFÁSICO. Puente Trifásico



He aquí algunas observaciones básicas sobre el circuito:

1. La ley de Kirchhoff para las tensiones aplicada al circuito muestra que

sólo puede conducir un diodo a la vez en la mitad superior del puente

(D1, D2 o D3). El diodo en estado de conducción tendrá su ánodo

conectado a la tensión de fase de mayor valor en ese instante.

2. La ley de Kirchhoff para las tensiones también muestra que sólo puede

conducir un diodo a la vez en la mitad inferior del puente (D4, D5 o D6).

El diodo en estado de conducción tendrá su cátodo conectado a la tensión

de fase de menor valor en ese instante.

3. D1 y D4 no podrán conducir al mismo tiempo como consecuencia de

las observaciones 1 y 2. De la misma manera, tampoco podrán conducir

simultáneamente D2 y D5, ni D3 y D6.

4. La tensión de salida en la carga es una de las tensiones de línea del

generador. Por ejemplo, cuando D1 y D5 conducen, la tensión de salida

es vab (van - vbn). Además la tensión de línea de mayor valor



instantáneo determinará los diodos que estarán en conducción. Por

ejemplo, cuando el valor instantáneo mayor de la tensión de línea sea

vCA, la salida será vCA.

5. Existen seis combinaciones de tensiones de línea (tres fases

combinadas de dos en dos).

Si consideramos que un período del generador son 360º, la transición de

la tensión de línea de mayor valor deberá producirse cada 360º/6 = 60º.

El circuito se denomina rectificador de seis pulsos debido a las seis

transiciones que se producen en cada período de la tensión del generador.

6. La pulsación fundamental de la tensión de salida es 6ω, donde ω es

la pulsación del generador trifásico.

Otra manera de estudiar o analizar el rectificador trifásico es dividiéndolo

en dos partes:



• Rectificador tipo P: Sería la parte de circuito compuesta por los diodos

D1, D2 y D3, funcionando como un detector de máximo. En cualquier

instante permitirá conectar a la carga la mayor de las tensiones trifásicas.

• Rectificador tipo N: Estaría compuesto por los diodos D4, D5 y D6,

funcionando como un detector de mínimo. En cualquier instante

permitirá conectar a la carga la menor de las tensiones trifásicas.

Con la unión de ambas partes conseguimos que durante todo el tiempo se

conecte el mayor de las tres tensiones a uno de los terminales de la carga

y al otro terminal el menor de dichas tensiones.

En la figura anterior podemos observar como la parte superior de la

forma de onda es la del grupo tipo P, y la inferior la del tipo N. Así, la



tensión en la carga puede considerarse como la suma de las tensiones de

dos rectificadores de media onda trifásicos, con relación al neutro “n”.



En la figura anterior, para la tensión en la carga vemos seis pulsos con

una duración de π/3, provocando en cada período una secuencia de

conducción de los diodos tal que:

La secuencia de conducción se corresponde con las seis tensiones

senoidales por ciclo, y cuya diferencia de tensión es:

La máxima tensión será √3 Vmax.

Tensión Media En La Carga

Se puede calcular obteniendo la tensión media que entrega cada

rectificador de media onda (tipo P y tipo N) que compone el puente:



Otra posible manera de calcularlo sería:

Tensión Eficaz En La Carga

Corriente Media En La Carga

La corriente de pico en los diodos es



que se corresponde con la corriente máxima de línea. Además cabe

destacar que en los diodos circula la intensidad que atraviesa la carga,

durante T/3.

Corriente Eficaz En Los Diodos

Con el rectificador trifásico se obtiene un rizado de tensión menor a la

salida y se puede transferir más energía, si lo comparamos con el

rectificador monofásico.



3.2 Rectificador Trifásico De Onda Completa Semi-

Controlado

Los rectificadores semi controlados trifásicos se utilizan en aplicaciones

industriales hasta el nivel de 120 kW., en los que se requiere una

operación en un cuadrante. Conforme aumenta el ángulo de retraso se

reduce el factor de potencia de este convertidor, aunque es mejor que el

de los convertidores trifásicos de media onda.

En la figura 1 se muestra un semi-convertidor trifásico . Colocamos una

carga altamente inductiva; la corriente de carga se supone continua y

libre de componentes ondulatorias.

La frecuencia del voltaje de salida para este montaje es 3·fs. El ángulo

de retraso a se puede variar desde 0 hasta p.

Durante el periodo ( p / 6 ) [ vt [( 7p / 6 ), el tiristor T1 tiene polarización

directa o positiva. Cuando éste se dispara en vt =( p / 6 + a ), hasta vt =(

7p / 6 ), T1 y D1 conducen y el voltaje de línea vca aparecerá a través de



la carga. En vt =( p / 6 ), el voltaje vca es negativo y el diodo de marcha

libre Dm tiene polarización directa, entrando en conducción. La corriente

de carga circula ahora a través de Dm, pasando T1 y D1 al estado de

desactivación. Si no existe un diodo de marcha libre, T1 continua

conduciendo hasta que el tiristor T2 se dispara en vt =( 5p / 6 + a ), hasta

vt =( 11p / 6 ), circulando entonces la corriente de carga por T2 - D2. Si

a[p/3, cada tiristor conducirá durante un periodo de 2p / 3, no

conduciendo Dm.



3.3 Rectificadores Trifásicos De Onda Completa Totalmente

Controlados



4 DISEÑO Y CONSTRUCCION

DEL RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA

COMPLETA

4.1 Construcción Del Modulo De Rectificación Trifásica

Para un estudio práctico del modulo del rectificador, se ha construido con

los siguientes elementos que detallamos a continuación:

4.1.1 Fuente de Potencia Trifásica

En nuestro modulo la fuente es alimentada directamente de la toma

trifásica (208VAC) del laboratorio, que es la principal fuente de

alimentación de nuestro sistema. Además tendrá un grupo de brakers

siemens de 20 amperios.



4.1.2 Fuente del Circuito de Disparo

Se instalo una fuente de energía que es la que se encarga de alimentar la

tarjeta de control; el voltaje de la fuente es a 12V en DC, la cual toma 2

de las tres fases para la conversión.

4.1.3 Tiristores

Estos son los que tienen la tarea principal en el modulo, ya que ellos son

los que rectificaran la entrada trifásica, que mediante el control del

ángulo (alfa) dará la onda resultante. En este modelo de tiristor, van

conectados directamente a las fase, uno por cada fase.



En nuestro modulo la corriente máxima será de 20 amperios, por

protección tanto por fallas o corrientes picos los tiristores instalados

pueden soportar hasta 80 Amperios.

Las salidas DC de los tiristores van conectadas a través de dos barras

pequeñas de cobre, una para el positivo, y otra para el negativo. La

compuerta va conectada al circuito de disparo, este es el que se encarga

de dar a cada tiristor el ángulo para su cierre. La placa en que van

montados los tiristores sirve también como disipador de calor.

Se instalo Tiristores de modelo: MCC44-08IOb de marca IXYS. Su

voltaje máximo de trabajo es a 800V, y con rango de de corriente de

hasta 80 Amperios.



Montaje de los Tiristores

4.1.4 Grupo de Resistencia

Con la finalidad que el circuito siempre este cerrado y no hallan

fluctuaciones en las ondas debido a su corriente mínima de trabajo se

instaló un grupo de resistencias que van en paralelo a las salidas DC de

los tiristores.



4.1.5 Diodo de Paso Libre

La función principal de este diodo es evitar que regrese corriente que se

almacena tanto en una capacitancia como en una inductancia.

4.1.6 Salida DC

Es la salida del sistema rectificador hacia las borneras en las cuales se

conectan las cargas, además por seguridad tiene un braker de dos polos

de 20 amperios.



4.1.7 Disparo de las Compuertas (Gates)

En esta parte podemos visualizar junto al osciloscopio el pulso que se le

da al gate para darle el ángulo de cierre al tiristor, (ángulo alfa). Son 6

uno por cada tiristor.



4.1.8 Equipos de Medida

Son los que nos darán los parámetros básicos de la prueba, mide Voltaje

DC y Corriente en DC. El voltímetro esta dado en escala de 1:3

Voltímetro DC y Amperímetro DC

Montaje de los instrumentos de medición



4.1.9 Circuito de Disparo

La tarjeta del circuito de disparo se encara de dar el pulso a los gates de

los tiristores para variar el ángulo (alfa) que oscila desde 0 a 180 grados.

La tarjeta tiene un display LCD en el que se puede visualizar el ángulo

alfa, el ángulo que puede ser controlado manualmente o

automáticamente.

El circuito toma como referencia el punto de partida del ángulo referente

a cada fase.

La tarjeta cuenta con un procesador programable que sincroniza el

disparo en cada tiristor, en nuestro sistema se uso opto acopladores que

remplazan a los transformadores de pulso, debido a su versatilidad, fácil

mantenimiento y su alta precisión que requieren equipos de alta

tecnología.



Diagrama del Circuito de Disparo

12

34

56

78

ABCD

87

65

43

21

D C B A

RA0

/AN0

17

RA1

/AN1

18

RA2

/AN2

/VRE

F1

RA3

/AN3

2

RA4

/T0C

KI

3

RB0

/INT

6

RB1

7

RB2

8

RB3

9

RB4

10

RB5

11

RB6

12

RB7

13

MCL

R/V

PP

4O

SC1/

CLK

IN16

OSC

2/C

LKO

UT15

U9

PIC

16C

620-

20/J

W(1

8)

C2

22PF

C4

22PF

Y2

20M

HZ

Vin

1

GND 2

Vou

t3

U18

7805

C17

0.1U

F

C18

0.1U

F

C15

1000

UF

C16

1000

UF

R20

180K

U1

4N33

R11

1K

VCC

R21

180K

U2

4N33

R12

1K

VCC

R22

180K

U3

4N33

R13

1K

VCC

R28

560

R44

220

123

J7 SCR

R50

100

C12

0.1U

F/63

0V

R26

560

R43

220

123

J6 SCR

R49

100

C11

0.1U

F/63

0V

R27

560

S T

R

RA0

/AN0

17

RA1

/AN1

18

RA2

/AN2

/VRE

F1

RA3

/AN3

2

RA4

/T0C

KI

3

RB0

/INT

6

RB1

7

RB2

8

RB3

9

RB4

10

RB5

11

RB6

12

RB7

13

MCL

R/V

PP

4O

SC1/

CLK

IN16

OSC

2/C

LKO

UT15

U8

PIC

16C

620-

20/J

W(1

8)

R25

560

R42

220

123

J5 SCR

R48

100

C10

0.1U

F/63

0V

R23

560

R41

220

123

J4 SCR

R47

100

C9

0.1U

F/63

0V

R24

560

S T

R

RA0

/AN0

17

RA1

/AN1

18

RA2

/AN2

/VRE

F1

RA3

/AN3

2

RA4

/T0C

KI

3

RB0

/INT

6

RB1

7

RB2

8

RB3

9

RB4

10

RB5

11

RB6

12

RB7

13

MCL

R/V

PP

4O

SC1/

CLK

IN16

OSC

2/C

LKO

UT15

U10

PIC

16C

620-

20/J

W(1

8)

R33

560

R46

220

123

J9 SCR

R52

100

C14

0.1U

F/63

0V

R32

560

R45

220

123

J8 SCR

R51

100

C13

0.1U

F/63

0V

R34

560

S T

R

R54

10KR

5510

KR56

10KR

5710

K

123

J1 FASE

S

AC1

V+

AC2

V-

D1

P1A

AC1

V+

AC2

V-

D2

P1A

AC1

V+

AC2

V-

D3

P1A

R S T

U11

4N39

U12

4N39

U13

4N39

U14

4N39

U15

4N39

U16

4N39

R35

22K

R36

22K

R37

22K

R38

22K

R39

22K

R40

22K

VCC

12

J11

CO

N2

VCC

VDD

C1

22PF

C3

22PF

Y1

20M

HZ

C5

22PF

C6

22PF

Y3

20M

HZ

C7

22PF

C8

22PF

Y4

20M

HZ

VCC

VCC

VCC

D6

LED

D7

LED

D11

LED

D12

1N40

07D

13TV

S

S5 EN

TER

R19

1K

S4 SELE

C

R18

1K

S3 <

R17

1K

S2 >

R16

1K

S1 ESC

R15

1K

VCC

RA0

2

RA1

3

RA2

4

RA3

5

RA4

/T0C

KI

6

RA5

/SS

7

RB0

/INT

33

RB1

34

RB2

35

RB3

36

RB4

37

RB5

38

RB6

39

RB7

40

RC1

/T1O

SI/C

CP2

16R

C0/T

1OSO

/T1C

KI

15

RC2

/CC

P117

RC3

/SC

K/SC

L18

RC4

/SD

I/SD

A23

RC5

/SD

O24

RC6

/TX

/CK

25

RC7

/RX

/DT

26

RD

0/P

SP0

19

RD

1/P

SP1

20

RD

2/P

SP2

21

RD

3/P

SP3

22

RD

4/P

SP4

27

RD

5/P

SP5

28

RD

6/P

SP6

29

RD

7/P

SP7

30R

E0/R

D//A

N5

8

RE1

/WR/

AN

69

RE2

/CS/

AN7

10

MCL

R/V

PP

1O

SC1/

CLK

IN13

OSC

2/C

LKO

UT14

U17

PIC

16C

74-2

0I/J

W(4

0)

R29

560

D8

LED

R30

560

D9

LED

R31

560

D10

LED

B0

B1

B2

B3

R ST

B0 B1 B2 B3

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

A0

A1

A2

A3

A4

A5

A4

A2A3A5

C0

C1

C2

C3

C4

C0

C1

C2

C3

C4

C0

C1

C2

C3

C4

C0

C1

C2

C3

C4

123456789

10111213141516

J10

CO

N16

1

3

2

R59

PO

T1 VCC

R58

18

VCC

1

23

Q2

2N39

04

BKL

A0

A1

R14

1K

D0D1D2D3D4D5D6D7

C0C1C2C3C4

R53

10K

U4

4N33

R5

1K I1R

1

1K

GND

2

U5

4N33

R6

1K I2R

2

1K

GND

2

U6

4N33

R7

1K I3R

3

1K

GND

2

VCC

123456J2 IN

DIG

GND

2

V2

I1 I2 I3 I4

BKL

REL

E

U7

4N33

R8

1K I4R

4

1K

GND

2

123

J3 SALI

DA

K1

REL

AY

-SP

DT

Q1

2N39

04

+12

V

R10

1K

REL

E

+12

V

R9

1KD

5LE

DD

41N

4007

1

J12

TEST 1

J13

TEST 1

J14

TEST

1

J15

TES

T

1

J16

TES

T

1

J17

TEST

1

J25

TEST1

J24

TEST

1

J21

TEST1

J20

TEST

1

J19

TEST1

J18

TEST

1

J22

TEST

1

J23

TES

T

12

J28

CAR

GA

1

J26

TES

T

1

J27

TEST

R60

560

D14

LED

VCC

R61

560

D15

LED

VCC

R62

560

D16

LED

VCC



Diagrama del Circuito Impreso



Diseño Básico del Circuito con Disparo



CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES:

1. Al finalizar nuestra tesis hemos comprobado que la electrónica de

potencia es una rama muy importante dentro de la ingeniería

eléctrica.

2. Concluido el proyecto, dejamos en constancia que el modulo

servirá para estudios de la electrónica de potencia y además queda

la opción para que posteriormente se pueda complementar el

modulo.

3. Este proyecto será de gran ayuda para mejorar el estudio de la

electrónica de potencia en nuestra facultad.

RECOMENDACIONES:

1. Durante el desarrollo de nuestro tema nos encontramos con muchas

limitaciones por lo cual recomendamos se de más apertura a esta

materia que es de mucha utilidad para quienes salimos

profesionales en ingeniería eléctrica.



2. Es importante recalcar que nuestro trabajo es pionero en lo

respecta a tesis en electrónica de potencia por lo que sugerimos se

siga considerando más en temás relacionados a esta materia.

3. Al momento del manejo del equipo se recomienda hacerlo

tomando las precauciones debidas y bajo supervisión de los

docentes, para evitar daños al equipo y lesiones a los usuarios.



BIBLIOGRAFIA

ROSENBERG, Robert, Reparación de Motores Eléctricos, Editorial,

Ediciones G. Gili, México, 1970, Páginas 337-361.

GILIBILISCO, Stan, Manual Portátil de Electrónica, Editorial, Mc

Graw - Hill, México, 2001, Páginas 124 - 130.

FINK, Donald, Manual Práctico de Electricidad papa Ingenieros,

Editorial, Reverté, España, 1984, Capítulo 12.

Paginas Web:

Universidad Nacional del Rosario (Argentina) Fac. Ing. Electrónica

URL:http://www.eie.fceia.unr.edu.ar/~potencia/electronica%20IV/Trab

ajos%20prácticos/Trabajos%20prácticos%20electronica%20IV%20y%

20II.pdf

Universidad Politécnica de Catalunya (España)

URL: http://tec.upc.es/el/TEMA-3%20EP%20(v1).pdf

lab electronica

Documents

onda controlado

rectificador trifsico

trabajo de tesis

enrique figueroaing

gradotesis de gradotesis

equipo de trabajo

amor ms infinito

apoyo incondicional