UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Mecatrónica “Funcionamiento de Rectificadores Monofásicos No Controlados” LABORATORIO N°1 ELECTRONICA DE POTENCIA ESTUDIANTE(S) : 1. Quevedo Paredes, Carlos Enrique 2. Quezada Juarez, Lenin Brandon 3. Salirrosas Castro, Anghelo Joseph 4. Urbina Esquen, Wilson Jesús DOCENTE : Mg. Ing. Edgar André Manzano Ramos CICLO : 2023 - I Trujillo, Perú 2023 INDICE 1. Resumen.................................................................................................................................. 1 2. Objetivos ................................................................................................................................. 1 2.1. Objetivo General ............................................................................................................. 1 2.2. Objetivos específicos ...................................................................................................... 1 3. Fundamento Teórico ............................................................................................................... 2 4. Experiencias Realizadas.......................................................................................................... 3 4.1. Primera Experiencia ........................................................................................................ 3 4.2. Segunda Experiencia ....................................................................................................... 5 5. Tests de Comprobación........................................................................................................... 6 5.1. Primera Experiencia ........................................................................................................ 7 5.2. Segunda Experiencia ....................................................................................................... 8 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................ Ошибка! Закладка не определена. 1. Resumen En el presente laboratorio se describe el funcionamiento de un rectificador monofásico no controlado de onda completa conectado a un resistor de 47 ohms donde la entrada son 220 V conectados a un trasformador que nos entrega un voltaje de 14.9 V, además se calculan y comparan las variables de voltaje y corriente rms y media de manera experimental usando un osciloscopio, de manera teórica usando cálculos y simulada usando el software PSIM, en dónde veremos que el osciloscopio no estuvo calibrado en su momento, es por eso que obtenemos valores incoherentes con los calculados y simulados. Luego al circuito de la primera experiencia se le agrega en serie un inductor de 20 mH, este inductor tendrá una caída de potencial que se calcula gracias a la corriente rms del circuito, como consecuencia el factor de potencia cambia y no obtendremos un factor de potencia del 100% como en la primera experiencia. 2. Objetivos 2.1. Objetivo General Conocer y comprender como son las curvas de carga para los voltajes de entrada, medio y para cada parte de un circuito resistivo y para un circuito resistivoinductivo 2.2. Objetivos específicos - Analizar las diferentes curvas para los circuitos dados con la implementación y el osciloscopio como con el programa Psim. - Simular en el programa PSim los circuitos pedidos de carga resistiva y carga resistiva-inductiva. - Calcular los voltajes medios, Rms y para cada componente para las distintas experiencias dadas. - Realizar una tabla de errores para cada experiencia para la comprobación de los valores obtenidos. 3. Fundamento Teórico 3.1. RECTIFICADOR MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA CON CARGA RL Los rectificadores monofásicos de onda completa con carga RL son circuitos que permiten convertir una señal de corriente alterna en una señal de corriente continua pulsante, mediante el uso de diodos y un transformador. La carga RL está compuesta por una resistencia y una inductancia conectadas en serie, lo que introduce un desfase entre la tensión y la corriente en la carga. Las fórmulas que se utilizan para analizar este tipo de rectificadores son las siguientes: Donde: Estas fórmulas se pueden aplicar para resolver ejercicios y problemas relacionados con los rectificadores monofásicos de onda completa con carga RL, teniendo en cuenta las condiciones y supuestos que se establezcan en cada caso. Ilustración 1 - Circuito Rectificador Monofasico de Onda Completa 4. Experiencias Realizadas 4.1. Primera Experiencia La experiencia se basa en el análisis del circuito Rectificador Monofásico de Onda Completa (R.M.O.C.) con Carga Resistiva. Ilustración 2 - Circuito Rectificador con resistencia En la experiencia especifica 47 𝛺 pero es semejante usar en la implementación una carga resistiva de 47 𝛺 Ilustración 3 - Circuito Elaborado en Clase Luego los valores de los voltajes y gráficas se muestran en el osciloscopio: Ilustración 4 - Osciloscopio conectado a la carga Además, los voltajes medidos por el multímetro en el primario y secundario del transformador son respectivamente: 4.2. Segunda Experiencia La experiencia se basa en el análisis del circuito Rectificador Monofásico de Onda Completa (R.M.O.C.) con Carga Resistiva - Inductiva (RL). Ilustración 5 - Circuito Rectificador con Resistencia e Inductancia Implementación realizada con carga resistiva de 47 𝛺 y dos inductancias en serie de 10m. Ilustración 6 - Implementación del Circuito en Físico Graficas recolectadas con el osciloscopio: Ilustración 7 - Valor de voltaje rms y medio en circuito RL Ilustración 8 - Valor de voltaje en resistencia y en circuito RL Ilustración 9 - Valor de voltaje en resistencia e invirtiendo RL a LR 5. Test de Comprobación 5.1. Primera Experiencia 5.1.1. Cálculos realizados Nuestros datos son los siguientes: 𝑉𝑃 = 220 , 𝑉𝑠 = 14.9 , 𝑅 = 47 𝛺 Sabemos que 𝑉𝑠 = 𝑉𝑚 Por lo tanto, el voltaje rms en la entrada y salida del transformado es: 𝑉𝑟𝑚𝑠𝐸 = 𝑉𝑟𝑚𝑠𝑆 𝑉𝑝 220 = 𝟏𝟓𝟓. 𝟓𝟔 𝑽 √2 14.9 = = = 𝟏𝟎. 𝟓𝟑 𝑽 √2 √2 √2 𝑉𝑠 = Luego podemos hallar el voltaje medio de la resistencia, para este circuito es: 𝑉𝑐𝑑 = 2𝑉𝑚 2(14.9) = = 𝟗. 𝟒𝟖 𝑽 𝜋 𝜋 Para el 𝑉𝑟𝑚𝑠𝑅 en la resistencia, se obtiene con las series de Fourier: 𝑉(𝑡) = 2𝑉𝑚 4𝑉𝑚 4𝑉𝑚 4𝑉𝑚 − 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 − 𝑐𝑜𝑠4𝜔𝑡 − 𝑐𝑜𝑠6𝜔𝑡 − … 𝜋 3𝜋 15𝜋 35𝜋 𝑉(𝑡) = 9.49 − 6.32 ∗ 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 − 1.26𝑐𝑜𝑠4𝜔𝑡 − 0.542 ∗ 𝑐𝑜𝑠6𝜔𝑡 − … 𝑉𝑟𝑚𝑠𝑅 = √9.492 0.542 2 +( ) +( ) +( ) √2 √2 √2 6.32 2 1.26 2 𝑉𝑟𝑚𝑠𝑅 = 𝟏𝟎. 𝟓𝟑 𝑽 Mismo valor que el 𝑉𝑟𝑚𝑠𝑆 ya que el voltaje sobre la Resistencia que cae es el mismo que sale del transformador Ahora el valor medio de la corriente de carga se calcula como: 𝐼𝑐𝑑 = 2𝑉𝑚 2(14.9 𝑉) = = 𝟎. 𝟐𝟎𝟏 𝑨 𝜋𝑅 𝜋(47 𝛺) Luego el valor rms de la corriente es: 𝐼𝑟𝑚𝑠 = 𝑉𝑚 𝑅 ∗ √2 = (14.9 𝑉) (47 𝛺) ∗ √2 = 𝟎. 𝟐𝟐𝟒 𝑨 Para la corriente media que pasa por el diodo es: 𝐼𝐷 = 𝐼𝑐𝑑 0.201 𝐴 = = 𝟎. 𝟏𝟎𝟎 𝑨 2 2 Y para su valor rms: 𝐼𝐷𝑟𝑚𝑠 = 𝐼𝑟𝑚𝑠 √2 = 0.224 𝐴 √2 = 𝟎. 𝟏𝟓𝟖 𝑨 Además, el factor de potencia es: 𝑃𝑎𝑏𝑠 2 𝑉𝑟𝑚𝑠 (10.53)2 = = = 𝟐. 𝟑𝟔 𝑾 𝑅 47 Es una potencia muy grande para una Resistencia, lo cual provoca que esta se caliente mucho y es por eso que trae un gran recubrimiento Y por último el factor de potencia es: 𝑓𝑝 = 𝑃𝑎𝑏𝑠 𝑃𝑎𝑏𝑠 = =𝟏 𝑆 𝑃𝑎𝑏𝑠 Ya que no hay una potencia aparente porque el circuito es puramente resistivo. 5.2. 5.1.2. Simulación de experiencia 5.1.3. Tabla comparativa entre valores calculados y simulación Segunda Experiencia 5.2.1. Cálculos realizados Nuestros datos son los siguientes: 𝑉𝑃 = 220 , 𝑉𝑠 = 14.9 , 𝑅 = 47 𝛺 , 𝐿 = 20 𝑚𝐻 Sabemos que 𝑉𝑠 = 𝑉𝑚 Luego el valor rms en el primario y secundario son iguales a la primera experiencia: 𝑉𝑟𝑚𝑠𝐸 = 𝑉𝑟𝑚𝑠𝑆 𝑉𝑝 220 = 𝟏𝟓𝟓. 𝟓𝟔 𝑽 √2 14.9 = = = 𝟏𝟎. 𝟓𝟑 𝑽 √2 √2 √2 𝑉𝑠 = Para el valor medio y rms de la carga RL usamos: 𝑉𝑐𝑑 = 2(14.9) = 9.48 𝑉 𝜋 Para el 𝑉𝑟𝑚𝑠𝑅 en la carga, se obtiene con las series de Fourier: 𝑉(𝑡) = 2𝑉𝑚 4𝑉𝑚 4𝑉𝑚 4𝑉𝑚 − 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 − 𝑐𝑜𝑠4𝜔𝑡 − 𝑐𝑜𝑠6𝜔𝑡 − … 𝜋 3𝜋 15𝜋 35𝜋 𝑉(𝑡) = 9.49 − 6.32 ∗ 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 − 1.26𝑐𝑜𝑠4𝜔𝑡 − 0.542 ∗ 𝑐𝑜𝑠6𝜔𝑡 − … 𝑉𝑟𝑚𝑠𝑅 = √9.492 + ( 6.32 √2 2 ) +( 2 0.542 2 ) +( ) √2 √2 1.26 𝑉𝑟𝑚𝑠𝑅 = 𝟏𝟎. 𝟓𝟑 𝑽 La corriente media y rms de la carga es parecido en su calculo, y se obtiene con series de Fourier: 𝐼(𝑡) = 2𝑉𝑚 4𝑉𝑚 4𝑉𝑚 4𝑉𝑚 − 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 − 𝑐𝑜𝑠4𝜔𝑡 − 𝑐𝑜𝑠6𝜔𝑡 − ⋯. 𝜋𝑅 3𝜋𝑍2 15𝜋𝑍4 35𝜋𝑍6 Sabiendo que: 𝑍22 = 𝑅 2 + (2𝜔𝐿)2 Para los 3 primeros valores: 𝑍2 = √472 + (2 ∗ 2𝜋 ∗ 60 ∗ (20 ∗ 10−3 ))2 = 49.360 𝑍4 = √472 + (4 ∗ 2𝜋 ∗ 60 ∗ (20 ∗ 10−3 ))2 = 55.844 𝑍6 = √472 + (6 ∗ 2𝜋 ∗ 60 ∗ (20 ∗ 10−3 ))2 = 65.234 Reemplazando lo anterior: 𝐼(𝑡) = 2𝑉𝑚 4𝑉𝑚 4𝑉𝑚 4𝑉𝑚 − 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 − 𝑐𝑜𝑠4𝜔𝑡 − 𝑐𝑜𝑠6𝜔𝑡 − ⋯. 𝜋𝑅 3𝜋𝑍2 15𝜋𝑍4 35𝜋𝑍6 𝐼(𝑡) = 0.202 − 0.128 ∗ 𝑐𝑜𝑠2𝜔𝑡 − 0.0223 ∗ 𝑐𝑜𝑠4𝜔𝑡 − 0.008 ∗ 𝑐𝑜𝑠6𝜔𝑡 − ⋯. 0.128 𝐼𝑟𝑚𝑠 = √(0.202)2 + ( √2 2 ) +( 0.0223 √2 2 0.008 ) +( √2 2 ) 𝑰𝒓𝒎𝒔 = 𝟎. 𝟐𝟐𝟐 𝑨 Entonces, los valores de la corriente media y rms que pasa por el diodo son: 𝐼𝐷 = 𝐼𝑐𝑑 0.202 = = 𝟎. 𝟏𝟎𝟏 𝑨 2 2 𝐼𝐷𝑟𝑚𝑠 = 𝐼𝑟𝑚𝑠 √2 = 0.222 √2 = 𝟎. 𝟏𝟓𝟕 𝑨 Con estos valores de corriente, es facil calcular el voltaje medio y rms que cae en una Resistencia: 𝑉𝐶𝑑𝑅 = 𝐼𝑐𝑑 ∗ 𝑅 = 0.202 ∗ 47 = 𝟗. 𝟒𝟗𝟒 𝑽 𝑉𝑟𝑚𝑠𝑅 = 𝐼𝑟𝑚𝑠 ∗ 𝑅 = 0.222 ∗ 47 = 𝟏𝟎. 𝟒𝟑𝟒 𝑽 Finalmente la potencia absorvida y aparente son: 2 𝑃𝑎𝑏𝑠 = 𝐼𝑟𝑚𝑠 𝑅 = 0.2222 ∗ 47 = 𝟐. 𝟑𝟏𝟔 𝑾 𝑆 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐼𝑟𝑚𝑠 = 10.53 ∗ 0.222 = 2.338 𝑊 Si los dividimos temenos el factor de potencia: 𝐹𝑝 = 𝑃𝑎𝑏𝑠 2.316 𝑊 = = 𝟎. 𝟗𝟗 𝑆 2.338 𝑊 5.2.2. Simulación de experiencia 5.2.3. Tabla comparativa entre valores calculados y simulación 6. Conclusiones: * El rectificador monofásico no controlado es un circuito que convierte la corriente alterna (AC) de entrada en corriente continua (DC) de salida, gracias a la propiedad de los diodos de permitir el paso de la corriente eléctrica en un solo sentido. *Al simular el R.M.O.C con otras cargas se demuestra que la salida del voltaje y corriente DC varía en función de todos los parámetros iniciales del sistema, además cambiar estos valores puede cambiar la eficiencia. *Los valores simulados y calculados son casi iguales, se observa que el único que no concuerda, son los valores del osciloscopio, esto demuestra que el osciloscopio no está en optimas condiciones de funcionar por lo que necesita mantenimiento o necesita ser calibrado. *Finalmente concluimos que rectificar una señal AC es un comportamiento relativamente sencillo, ya que no consideramos las fallas que puede ocasionar el usuario al conectar mal algunos conectores y por lo tanto no agregamos circuitos adicionales. 7. Recomendaciones: * Al manejar voltajes de entrada AC de 220 V, es necesario tomar precauciones, y debemos tener los equipos en correcto funcionamiento, como el transformador, este no debe estar con los cables sin aislar, sin enchufe o no tener el número correcto de vueltas. *Debemos asegurarnos de tener materiales extra en caso se quemen o malogren, ya que en el laboratorio pudimos observar como la resistencia se calentaba mucho y si lo dejábamos mucho más tiempo esta se podría haber malogrado. *Realizar un análisis correcto de los circuitos y tener en consideración las fórmulas a usar además de tener un correcto nombramiento, ya que al ser muy parecidas entre ellas pueden inducir a errores. 8. Referencias [Hart et al., 2001] Hart, D. W., Vuelapluma, and Bautista, A. B. (2001). Electrónica de potencia. Prentice Hall Madrid, España. [Rashid, 2010] Rashid, M. H. (2010). Power electronics handbook: devices, circuits and applications. Elsevier. Alexander, C. K., & Sadiku, M. N. O. (2013). Fundamentos de circuitos eléctricos. Dorf, R. C., & Svoboda, J. A. (2011). Circuitos eléctricos.
