Rectif_Trifas_No_controlada_y_Controlada.pdf
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Tema II. Lecciones 4 y 5 4.1 4.2 4.3 4.4 5.1 Convertidores alterna continua Rectificadores trifásicos Introducción Rectificadores no controlados de media y doble onda Asociación de rectificadores no controlados en serie Asociación de rectificadores en paralelo 4.4.1Circuitos de media onda 4.4.2 Convertidor trifásico de cuatro cuadrantes Rectificadores controlados 5.1.1Circuitos de media onda 5.1.2Circuito de onda completa semicontrolado 5.1.3Circuito de onda completa totalmente controlado Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 1 4.1 Introducción Rectificación Motores de CC Hornos de Inducción Fundiciones Procesos Electrolíticos Red trifásica CC CC CA CA Inversor no autónomo Universidad de Oviedo Paneles Solares Baterías Generadores Eólicos Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 2 4.1 Introducción Ventajas del rectificador trifásico respecto al monofásico Mayor potencia de salida Mayor tensión de salida Menor rizado de la tensión de salida Menores exigencias para el filtro de la tensión de salida Aplicaciones como corrector del factor de potencia Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 3 4.1 Introducción Sistema trifásico de tensiones UT (t ) = U max sen (ω t + 120 o ) UO US UR UT UT Umax π 2π 3 3 120 o -120o Umax 2 US UR U R (t ) = U max sen ω t US (t ) = Umax sen (ω t − 120 o ) Tensiones de fase Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 4 4.1 Introducción Sistema trifásico de tensiones UO URS UST US UR U TR (t ) = 3 U max sen (ω t + 150 o ) UTR U RS (t ) = 3 U max sen (ω t + 30 o ) UT UT Umax π 2π 3 3 120o o 30 - 90o Umax UR US 2 U ST (t ) = 3 U max sen (ω t − 90 o ) Tensiones de línea Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 5 4.2 Rectificador trifásico de media onda Carga resistiva iR D1 US US iS D2 UT UT iT D3 UR - Tres diodos - Necesita neutro UR IO RL UO UR URL UT US π 6 5π 6 3π 2 30O 150O 270O Universidad de Oviedo 13π 6 390O t Tensión de salida Máxima en cada instante Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 6 4.2 Rectificador trifásico de media onda Tensión de salida Máxima tensión en ánodo iR Diodo en conducción D1 UR UR US US D2 UT UT D3 Conduce D1 IO RL U RL UR U0 US UT D1 Intervalo π 6 5π 6 Universidad de Oviedo π 6 30o 5π 6 150o 3π 2 270o 13π 6 390o t Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 7 4.2 Rectificador trifásico de media onda Tensión de salida Máxima tensión en ánodo UR UR US US UT UT Diodo en conducción Bloquean D1 y D3 D1 iS D2 Conduce D2 IO D3 RL U RL UR U0 US UT D2 Intervalo 5π 3 π 6 2 Universidad de Oviedo π 6 30o 5π 6 150o 3π 2 270o 13π 6 390o t Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 8 4.2 Rectificador trifásico de media onda Tensión de salida Diodo en conducción Máxima tensión en ánodo UR UR US US UT UT Bloquean D1 y D2 D1 D2 iT Conduce D3 IO D3 RL U RL UR U0 US UT D3 Intervalo 3π 13 π 6 2 Universidad de Oviedo π 6 30o 5π 6 150o 3π 2 270o 13π 6 390o t Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 9 4.2 Rectificador trifásico de media onda Valores de la tensión de salida U0 UR US UT UM π 6 5π 6 3π 2 13π 6 t 0.827 UM U 0 CC = 3 2π 5π 6 ∫π 6 Universidad de Oviedo Valor medio 3 π 3 3 U M sen (ω t ) d ω t = U M sen = UM π 3 2π Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 10 4.2 Rectificador trifásico de media onda Valores de la tensión de salida U0 UR US UT UM π 6 5π 6 3π 2 13π 6 t 0.8406 UM Valor eficaz U 0 eff = 3 2π 5π 6 π 6 ∫ (U M Universidad de Oviedo 2π ⎞⎤ ⎡ 3 ⎛π 1 2 sen( ω t ) ) d ω t = U M ⎢ ⎜ + sen ⎟ 3 ⎠ ⎥⎦ ⎣ 2π ⎝ 3 2 1 2 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 11 4.2 Rectificador trifásico de media onda Corrientes más significativas Carga Resistiva U0 UR US UT UM i D1 i D2 i D3 π 6 3π 2 5π 6 13π 6 Valor medio de corriente I 0CC U = 0CC RL I DCC t Valor eficaz de corriente U = 0 CC 3 RL I Deff = U 0 eff 3RL I 0 eff = U 0 eff RL Por diodo o fase Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 12 4.2 Rectificador trifásico de media onda Corrientes más significativas U0 UR US UT UM i D1 i D2 i D3 π 6 5π 6 Carga Inductiva 13π 6 3π 2 Valor medio de corriente I 0CC U = 0CC RL I DCC t Valor eficaz de corriente U = 0 CC 3 RL I Deff U = 0 CC 3RL I 0 eff = U 0 CC RL Por diodo o fase Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 13 4.2 Rectificador trifásico de media onda UR Tensión soportada por el diodo D1 URS D1 IO US IS D2 RL UO UR UO D2 D1 D1 π 6 US 5π 6 UT D3 3π 2 13π 6 3 UM URS Universidad de Oviedo URT Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 14 4.2 Rectificador trifásico de media onda UR UT IT Tensión soportada por el diodo D1 URT D1 IO D3 RL UO UR UO D2 D1 D1 π 6 US 5π 6 UT D3 3π 2 13π 6 3 UM URS Universidad de Oviedo URT Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 15 4.2 Rectificador trifásico de media onda Otros resultados interesantes UO UR US UT UM UM 2 π 6 Factor de forma U FF = 0eff = U 0CC UM 3 ⎛π 1 2π ⎞ ⎜ + sen ⎟ 2π ⎝ 3 2 3 ⎠ 3 3 UM 2π FF=1.0165 Universidad de Oviedo 5π 6 3π 2 13π 6 t Factor de rizado r = FF 2 − 1 r = 18.24% Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 16 4.2 Rectificador trifásico de media onda Caídas de tensión Tensión de codo - Componentes no ideales: - Caídas de tensión en los diodos - Resistencia de los devanados - Inductancia de dispersión La más significativa Universidad de Oviedo Transformador Depende de LD e I Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 17 4.2 Rectificador trifásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersión Corriente constante por la carga. Proceso de conmutación no instantáneo debido a LD. UR UR Ld US Ld D2 IS UT Ld D3 I T US D1 IR I UT L Transformador Ideal UO Inductancia de dispersión en serie Universidad de Oviedo RL Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 18 4.2 Rectificador trifásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersión En la conmutación: di (t) Ld UR Conmutación D1 y D2 conducen simultáneamente D1 dt iD1 (t) D1 iD2 (t) D2 Ld US Ld diD2(t) dt Ld UT i D 1(t ) + i D 2 (t ) = I D3 UO I Ld Se aplica la ley de mallas a las dos ramas. Sumando: d (i D 1(t ) + i D 2(t )) U R (t ) + US (t ) = 2UO + Ld dt 0 Universidad de Oviedo U O (t ) = 1 (UR (t ) + US (t ) ) 2 Evolución de la tensión de salida durante la conmutación Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 19 4.2 Rectificador trifásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersión UO US UR UT δ 1 UO (t ) = (U R (t ) + US (t ) ) 2 π 6 5π 6 3π 2 13 π 6 t iD1(t) Intervalo de conmutación I t i D2(t) I Evolución de las corrientes Universidad de Oviedo t tδ Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 20 4.2 Rectificador trifásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersión UR La evolución de la corriente iD2(t) se obtiene de: US di (t ) 1 LD D 2 = U S ( t ) − U 0 (t ) = (U S (t ) − U R (t ) ) dt 2 U O (t ) = UT Universidad de Oviedo diD1(t) dt LD LD i D1(t) D1 iD2 (t) D2 diD2(t) dt LD UO I 1 (U R ( t ) + U S ( t ) ) 2 di D 2 (t ) (U S (t ) − U R (t )) 3 U M sen(ω t − 150º ) = = dt 2LD 2LD Integrando LD iD 2 ( t ) = 3U M 2 LD ωt ∫ π sen (ω t − 5 6 5π ) dωt 6 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 21 4.2 Rectificador trifásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersión La conmutación finaliza cuando iD2(t) = I Llamando δ al intervalo de conmutación i D 2 (t δ ) = I = 3U max 2ω Ld ⎛ 5π 2 ω LD I ⎞ ⎛ 5π ⎞ ⎞ ⎛ ⎟ δ= + arccos ⎜⎜ 1 − ⎜⎜ 1 − cos ⎜ δ − ⎟ ⎟⎟ ⎟ 6 3 U 6 ⎝ ⎠⎠ M ⎠ ⎝ ⎝ Despejando δ El valor medio de la caída de tensión es: ∆ V0 = 3 2π 5π +δ 6 ∫π 5 6 US UR UO δ 3 U (t ) + U S (t ) ⎞ ⎛ ω LD I ⎜ U S (t ) − R ⎟ ⋅d ω t = 2 2π ⎝ ⎠ Universidad de Oviedo π 6 5π 6 3π 2 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 22 4.2 Rectificador trifásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersión Valor instantáneo de la tensión de salida (en δ): U 0(t) = UO 1 (U R (t) + U S (t) ) 2 3 π U M sen π 3 − UT δ π 6 Valor medio de la tensión de salida: U0 = US UR 3 ω LD I 2π 5π 6 3π 2 13π 6 t iD1(t) I U0 t iD2(t) 3 π U sen π M 3 I ∆ V O (t ) tδ I Universidad de Oviedo t I Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 23 4.2 Rectificador trifásico de doble onda I0 D2 Conexión estrella D1 UR D3 RL URS US UST UT U0(t) UTR L D5 D4 D6 Seis diodos. Mayor tensión media en la salida. Menor rizado de tensión en la salida. Frecuencia seis veces superior a la de red. Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 24 4.2 Rectificador trifásico de doble onda Intervalos de conducción de los diodos UO URS URT U ST U SR D1-D5 D1-D6 D2-D6 D2-D4 UR UTR D3-D4 US D1 U TS D3-D5 UT D2 D3 t D6 D5 π 6 Universidad de Oviedo π 2 5π 6 D4 7π 6 9π 6 D5 11π 6 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 25 4.2 Rectificador trifásico de doble onda Conducción de los diodos entre: π 6 y π 2 I U U R D1 D3 D2 I S U 0(t) U T D4 D5 Universidad de Oviedo D6 US UT Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 26 4.2 Rectificador trifásico de doble onda Conducción de los diodos entre: π 2 y 5π 6 I U U R D1 D3 D2 I S U0(t) U T D4 D5 D6 US Universidad de Oviedo UT Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 27 4.2 Rectificador trifásico de doble onda Conducción de los diodos entre: 5π 6 y 7π 6 I U U R D1 D3 D2 I S U0(t) U T D4 D5 D6 UT Universidad de Oviedo UR Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 28 4.2 Rectificador trifásico de doble onda Valores más significativos: UO 1.-UValorU medio de tensión. U U U U RS RT D1-D5 ST D1-D6 SR D2-D6 TR D2-D4 US UR D1 TS D3-D4 D3-D5 UT D2 D3 t D6 D5 π 6 π 2 U 0 CC = D4 5π 6π 3 7π 6 2 U π π∫ 6 RS 9π 6 (ωt )dωt = 3 1.653 UM D5 π 2 π π∫ 11π 6 3U M sen(ωt + 30o )dωt = 3 3 π UM 6 UM es la amplitud de la tensión de fase. Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 29 4.2 Rectificador trifásico de doble onda Valores más significativos: U O 2.- Valor eficaz de tensión URS URT UST USR D1-D5 D1-D6 D2-D6 D2-D4 U TR D3-D4 US UR D1 U TS D3-D5 UT D2 D3 t D6 D5 π 6 π 2 5π 6 D4 7π 6 9π 6 D5 11π 6 π U 0 eff = 3 π 2 ∫ U RS (ωt )d ω t = U M 2 π 3 9 3 + 2 4π 1.655 UM 6 Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 30 4.2 Rectificador trifásico de doble onda Valores más significativos: U 0 UTS U RS U RT UST USR UTR UTS Factor de forma U FF = U 0 eff U 0CC ⎡3 9 3 ⎤ UM ⎢ + ⎥ 2 4π ⎦ ⎣ = 3 3 UM π 1 2 U R D1 π 6 D2 π 2 T D3 7π 6 3π 2 D4 11π 6 13 π 2 t D5 Factor de rizado r = Universidad de Oviedo 5π 6 D6 D5 FF=1.0008 U S FF 2 − 1 r = 0,04 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 31 4.2 Rectificador trifásico de doble onda Valores más significativos de corriente: U0 UTS URS U RT UST USR U TR UR US UT D1 D2 D3 π 6 D5 π 2 5π 6 7π 6 D6 3π 2 D4 1 π 1 6 Io 1 π 3 2 I 0CC I DCC t D5 Valor medio de corriente U = 0CC RL Carga resistiva UTS Valor eficaz de corriente U = 0 CC 3 RL I Deff = U 0 eff 3 RL I 0 eff = U 0 eff RL Por diodo o fase Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 32 4.2 Rectificador trifásico de doble onda Valores más significativos de corriente: U0 UTS URS U RT UST USR U TR UR US UT D1 D2 D3 π 6 D5 π 2 5π 6 7π 6 D6 3π 2 Carga inductiva UTS 1 π 1 6 D4 1 π 3 2 D5 Valor medio de corriente I 0CC U = 0CC RL I DCC t Valor eficaz de corriente U = 0 CC 3 RL I Deff U = 0 CC 3 RL I 0 eff = U 0 CC RL Por diodo o fase Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 33 4.2 Rectificador trifásico de doble onda Valores más significativos de corriente: U0 I UR D1 D2 UTS URS D3 I US U RT Carga inductiva UST USR U TR UR US UT D1 D2 D3 UTS U0(t) UT π 6 D6 D4 D5 D5 π 2 5π 6 D6 7π 6 3π 2 D4 1π 16 1 π 3 2 t D5 iR Corriente en la fase R Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 34 4.2 Rectificador trifásico de doble onda IO UD1 + UR D2 D3 D1 RL URS + US UO(t) + UT Tensión en uno de los diodos del puente: D1 Uo L UR US UT D1 D1 URS Universidad de Oviedo URT Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 35 4.2 Rectificador trifásico de doble onda IO UD1 + UR D2 D3 D1 RL + US UO(t) + UT URT Tensión en uno de los diodos del puente: D1 Uo L UR US UT D1 D1 URS Universidad de Oviedo URT Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 36 4.2 Rectificador trifásico de doble onda I0 Conexión triángulo D1 Siempre conducen los dos diodos con mayor tensión en valor absoluto UO -US -UT UR D1-D5 D1-D6 US D2-D6 D1 D2 + +U UR -UR D2-D4 D2 I S U0(t) U + UT D3-D4 D3 T D4 D6 D3-D5 D5 D3 t D6 D5 π 6 π 2 Universidad de Oviedo 5π 6 D4 7π 6 9π 6 D5 11π 6 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 37 4.2 Rectificador trifásico de doble onda Corrientes por los devanados. Carga inductiva Cuando conducen D1 y D5: IS + IR = I0 IS = 2 ⋅ IR Universidad de Oviedo IR = I0 3 Cuando conducen D1 y D6: IS + I R = I0 IR = 2 ⋅ IS IR = 2 ⋅ I0 3 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 38 4.2 Rectificador trifásico de doble onda UO Carga inductiva UR -US D1-D5 Cuando conducen D2 y D6: -UT D1-D6 US D2-D6 D1 -UR D2-D4 UT D3-D4 D2 D3-D5 D3 t D6 D5 π π 6 iR IT + I R = I 0 IT = 2 ⋅ I R IR = I0 3 2 5π 6 D4 7π 6 2 ⋅ I0 3 9π 6 D5 11π 6 I0 3 − I0 3 − 2 ⋅ I0 3 Corriente en la fase R es más senoidal Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 39 4.3 Asociación serie Objetivo: Aumentar la tensión de salida Disminuir el rizado Ejemplo El nivel medio de U1 y U2 debe ser el mismo 3 3 (n ⋅ U R ) π = 3( N ⋅ U R ) Universidad de Oviedo π ⇒N = 3⋅n Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 40 4.3 Asociación serie U0 nURS nURT nUST nUSR nUTR nUTS -NU S UR NU R -NUT NU S US D1 π 6 D5 -NU R NU T -NUS U T D2 π 2 5π 6 D6 D3 7π 6 3π 2 D4 1 π 16 1 π 3 2 t D5 La tensión de salida es la suma de U1 (color negro) y U2 (color rojo). El nivel de rizado en la salida es realmente muy pequeño. Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 41 4.4 Asociación paralelo Objetivo: Repartir la corriente de salida. Disminuir el rizado. Ejemplo Se pretende que no haya desequilibrios en la conducción de los diodos, por lo que ambos secundarios están conectados en oposición de fase. Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 42 4.4 Asociación paralelo Equivalencia con un sistema hexafásico UO D3 -US UR -UT US -UR UT D5 D1 D6 D2 D4 D3 D5 t π 6 π 2 5π 6 7π 6 9π 6 11π 6 Cada diodo conduce toda la corriente de salida durante un sexto del periodo: I0 I DPICO = I 0 Universidad de Oviedo I DCC = 6 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 43 4.4 Asociación paralelo Para igualar la corriente instantánea de los dos rectificadores se emplea una bobina ecualizadora. La bobina: • Presenta alta inductancia. • Soporta la tensión diferencia entre rectificadores. UL=U1-U2 Efecto de la bobina sobre la tensión: U 0 = U1 − Universidad de Oviedo UL U − U 2 U1 + U 2 = U1 − 1 = 2 2 2 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 44 4.4 Asociación paralelo UO -US U US 0 -UR -UT UR UT U2 D5 D4 D6 D5 U1 UL t D1 D3 π 6 π 2 D3 D2 5π 6 7π 6 9π 6 11π 6 La tensión de salida de los rectificadores es la suya característica. La tensión de salida es la media de ambas. La tensión de la bobina es la diferencia entre U1 y U2, y se puede considerar lineal. Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 45 4.4 Asociación paralelo Ejemplo Habrá conducción simultánea de ambos rectificadores. Aplicando el desarrollo de Fourier: - En continua la inductancia ecualizadora no tiene efecto. - Para las componentes alternas, la inductancia ecualizadora es mucho menor que la inductancia de la carga. Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 46 4.4 Asociación paralelo Circuito equivalente en continua: U1CC I /2 o Rectificador 1 U 0CC = U1CC = U2CC Io I0 = R UoCC Rectificador 2 U2CC I o/2 Circuito equivalente en alterna: U1AC iL UL U 0CC R R 0 UoAC Universidad de Oviedo L 1 t 1 t U dt = (U 1AC − U 2 AC )dt L L ∫0 L ∫0 Y para que los diodos conduzcan siempre: I ioAC =0 U2AC iL i L (t ) = 2 > iL pico condición para dimensionado de la bobina ecualizadora. Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 47 4.4 Asociación paralelo UO UR U0 D4 D6 D5 D5 UL t T/6 iL D3 Universidad de Oviedo D1 D2 D3 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 48 5.1.1 Rectificador trifásico de media onda controlado UR T1 Entrada en conducción UR US T2 US Tensión positiva entre ánodo – cátodo Impulso de corriente en puerta UT T3 UT UO RL L Carga Inductiva Tres tiristores Tensión de salida variable. Depende de α (ángulo de disparo) Tensión positiva y negativa Potencia variable Funcionamiento en dos cuadrantes Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 49 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado UR UR T1 IG1 US US RL T2 UT UT T3 Referencia de disparos IG2 IG3 U0 L UO 0 α ángulo de disparo Universidad de Oviedo π α 6 UT US UR 5π α 6 3π 2 t IG1 IG2 t IG3 t t Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 50 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado Angulo de disparo de T1: UR UR π US 3 UT T1 US T2 R T3 U0 UR 5π 6 π 6 UT UT US 3π 2 U0 L L t IT1 IT2 α IT3 t t t Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 51 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado Angulo de disparo de T2: UR UR π US 3 UT T1 US T2 R T3 U0 5π 6 π 6 UT US UR UT 3π 2 U0 L L t IT1 IT2 α IT3 t α t t Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 52 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado Angulo de disparo de T3: UR UR π US 3 UT T1 US T2 R T3 U0 5π 6 π 6 UT US UR UT 3π 2 U0 L L t IT1 IT2 α IT3 t t α α Universidad de Oviedo t Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 53 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado UO + + - 0 π 6 UT US UR 5π 6 α + + - - t α Valor medio y eficaz U 0 CC U 0 eff = 3 = 2π ∫ 5π +α 6 π +α 6 U M sen ω t d ω t = 3 3 U M cos α 2π ⎛1 ⎞ 3 56π + α 2 3 2 ⎜ ⎟ ω ω = + α U sen t d t 3 U cos 2 M π M⎜ ∫ ⎟ + α 2π 6 ⎝ 6 8π ⎠ Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 54 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado Caso en que α=90º Caída de tensión en T1 URT U0 UR US T1 T2 UT T3 RL 0 UO T3 6 L I T1 Valor medio nulo T1 T2 + π α - UT US UR + UT URT 5π 6 + + - - URS IT2 t IT3 t Variación del ángulo de retraso α Universidad de Oviedo t t Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 55 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado Caso en que α=150º Caída de tensión en T1 URS UR US T2 UT U0 T1 T3 UT US UR T3 α RL UO URT 0 L π 6 T1 URS UT T2 5π 6 t IT1 Tensión de salida siempre negativa. Energía devuelta a la entrada. Universidad de Oviedo IT2 t IT3 t Variación del ángulo de retraso α t Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 56 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado Caso en que α=180º Caída de tensión en T1 UR URS US T1 T2 UT T3 URT U0 UT α UO L 0 π 6 Tensión de salida mínima (más negativa). Energía devuelta a la entrada máxima. Universidad de Oviedo US UR RL URS T3 T1 UT T2 5 6 t I T1 IT2 t I T3 t Variación del ángulo de retraso α t Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 57 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado Comportamiento con carga resistiva UO UR US T1 T2 α π π 3 6 T3 0<α< π 6 4π 3 2π 3 UT α 5π 6 α 3π 2 Tensión de salida siempre positiva Valor medio U 0CC Universidad de Oviedo 3 56π + α 3 3 = U M sen ω t d ω t = U M cos α π ∫ 2π 6 +α 2π Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 58 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado Comportamiento con carga resistiva UR UO α T2 T1 π 7π 6 6 π UT US 6 <α< 5π 6 T3 t αmax La tensión de salida se anula pero no se hace negativa Valor medio U 0CC = 3 2π Universidad de Oviedo ∫ π π +α 6 U M sen ω t d ω t = ⎛ 3 ⎛π ⎞⎞ U M ⎜⎜ 1 + cos ⎜ + α ⎟ ⎟⎟ 2π ⎝6 ⎠⎠ ⎝ Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 59 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado Variación de la tensión de salida UO Carga resistiva o con diodo de libre circulación 3 3 UM 2π π Zona de rectificador (se entrega energía a la carga) −3 3 UM 2π π π 6 2 5π 6 α Carga inductiva Zona como inversor (se devuelve energía a la entrada) α =0 U0 = Universidad de Oviedo 3 3 UM 2π α = 180 o U0 = − 3 3 UM 2π Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 60 5.5.1 Rectificador trifásico de media onda controlado Comportamiento con carga inductiva y diodo de libre circulación UR UR T1 US US T3 UT U0 T2 UT DL UR RL α U0 IT1 Universidad de Oviedo T2 UT T3 αmax L Cuando Cuando la la tensión tensión de de salida salida se tiende a ser negativa, se tiende a ser negativa, el el diodo de libre circulación se diodo de libre circulación se polariza polariza directamente directamente yy entra entraen enconducción. conducción. T1 US π 6 7π 6 IT2 IT3 IDL Diodo de libre circulación Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 61 5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado Tres diodos y tres tiristores Funcionamiento en un cuadrante Aplicaciones de alta potencia Tensión de salida viene expresada como diferencia de: T2 UR T1 T3 D5 Universidad de Oviedo L D6 4 U 0 = U AN − U BN RL UO US UT D Rectificador trifásico media onda controlado (UAN) Rectificador trifásico no controlado (UBN) A IO B Carga Inductiva UO = 3 3 (1 + cos α ) 2π Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 62 5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado UO UTS URS URT UST USR UTR UO UR 0<α< UT US π 3 UAN α π π 2 6 5π α 6 7π 6 UBN U 0CC 3 ⎛ π2 ⎜ π U RS d ω t + = 2 π ⎜⎝ ∫6 + α U 0 eff = π 3 2 2 U RS dω t + π ∫ + α 2π 6 Universidad de Oviedo ∫ 5π +α 6 π 2 ∫ 5π +α 6 π 2 La Latensión tensiónde de salida es siempre salida es siempre positiva positivayy continua. continua. ⎞ 3 3 U RT d ω t ⎟⎟ = U M (1 + cos α ) 2π ⎠ 2 U RT dω t = 3 UM 3 ⎛ 2π ⎞ + 3 cos 2 α ⎟ ⎜ 4π ⎝ 3 ⎠ Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 63 5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado π α = UAN UST UR 3 T2 UR URS IO A US UTR UT UAN α t T1 T3 RL T3 T1 T2 T3 UO US D5 UT D 4 L UBN URS UST UR D6 UTR US UT B t Éste Éstees eselelángulo ángulode dedisparo disparo límite para que no límite para que noexistan existan tramos tramosde detensión tensióncero. cero. Universidad de Oviedo UBN D3 D1 D2 D3 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 64 5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado UO U TS U RS U RT U ST UR U SR π π α = 3 UT US α U TR UAN 7π 6 UO t 6 UBN U 0CC 3 76π 3 3 = U d ω t = UM (1 + cos α ) π RT ∫ + α 2π 6 2π U 0 eff = 3 76π 2 U RS d ω t = π 2 π ∫6 + α Universidad de Oviedo 3UM 3 ⎛ 1 ⎞ ⎜ π − α + sen 2 α ⎟ 4π ⎝ 2 ⎠ Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 65 5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado α > π T2 3 UR T1 UAN URS UST UR US A T3 RL UO US UT D IO D5 L Ahora Ahoraaparecerán aparecerántramos tramoscon con y UBN tensión cero, porque U tensión cero, porque UAN AN y U BN coinciden en ellos. coinciden en ellos. D6 4 UTR UT B UBN URS UST UR UTR US UT UAN t T3 T1 T2 UBN t T3 D3 D1 D2 D3 α=120º Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 66 5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado UO U TS U RS U RT U ST UR U SR U TR UT US π 3 UO 7π 6 α α > π t 6 UAN UBN U 0CC 3 76π 3 3 = U d ω t = UM (1 + cos α ) π RT ∫ + α 2π 6 2π U 0 eff = 3 2π Universidad de Oviedo 7π 6 ∫π 6 +α 2 U RT dω t = 3U M 3 ⎛ 1 ⎞ ⎜ π − α + sen 2α ⎟ 4π ⎝ 2 ⎠ Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 67 5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado La tensión de salida depende del ángulo de disparo α Margen de variación del ángulo de disparo α UO Carga inductiva 3 3 UM π π π 0<α< α > π 3 π 3 Universidad de Oviedo 2 α Tensión de salida siempre positiva o continua Tensión de salida discontinua. Tramos de tensión cero Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 68 5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado Seis tiristores. Funcionamiento en dos cuadrantes. Tensión de salida positiva y negativa. Combinación de dos rectificadores de media onda controlados. Potencias elevadas. I O T1 A T2 T3 UR US RL U0 UT U 0 = U AN − U BN Universidad de Oviedo L T4 T5 T6 B Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 69 5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado UAN URS US UR T3 UTR UST T2 T1 UAN UT 0<α < π 2 T1 T3 α U RS U ST US UR A T2 T3 UR US U BN IO RL U0 UT U TR L T4 UT T5 T6 B UBN α T6 T4 T5 Universidad de Oviedo T4 Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 70 5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado 0<α < π U0 2 URS UST UTR UR US UT α π UAN π 2 6 UO= UAN-UBN α t UBN U 0CC = U0 eff = 3 π π +α 2 ∫ U RS dω t = π +α 6 3 3 U M cos α π 3 π2 +α 2 1 3 3 URS dω t = 3UM + cos 2α π ∫ π 6 +α 2 4π Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 71 5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado UO URS UST URS US α π π 6 2 UTR α UT UBN UO= UAN-UBN t UAN α = π/2 Universidad de Oviedo VALOR MEDIO NULO Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 72 5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado UAN URS URT UST USR UTR UTS URS UR US UT T3 T1 UAN T2 URS URT UST USR UTR UTS URS UR US 2 T5 T6 IO A T2 T3 UR US RL U0 UT L T4 UT UBN T4 π T1 α UBN α > T5 T6 B T4 α Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 73 5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado α > π U0 URS 2 UR α π 6 UTR UST US UT UBN α π 2 t UAN UO= UAN-UBN U 0CC = U0 eff = 3 π π +α 2 ∫ U RS dω t = π +α 6 3 3 U M cos α π VALOR MEDIO NEGATIVO 3 π2 +α 2 1 3 3 URS dω t = 3UM + cos 2α π ∫ π 6 +α 2 4π Universidad de Oviedo Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 74 5.5.3 Rectificador trifásico de doble onda controlado Variación de la tensión de salida Rectificador UO 3 3 UM π π π 2 α −3 3 UM π Carga inductiva Inversor α = 0º U0 = Universidad de Oviedo 3 3 UM π α = 180 o U0 = − 3 3 UM π Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 75 CONEXIÓN EN SERIE DE DOS RECTIFICADORES TRIFÁSICOS DE ONDA COMPLETA NO CONTROLADOS R’ “Secundario en triángulo” S’ T’ R “Secundario S en estrella” T DC(+60 V) DC(-60 V) Universidad de Oviedo COMUN Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 76 CONEXIÓN EN SERIE DE DOS RECTIFICADORES TRIFÁSICOS DE ONDA COMPLETA NO CONTROLADOS R R’ S S’ T’ T DC(-) Universidad de Oviedo COMÚN DC(+) Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos 77
