Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica GUÍAS DE LABORATORIOS DEL CURSO ELECTRÓNICA INDUSTRIAL

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1 Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE 050 Proyecto Eléctrico GUÍAS DE LABORATORIOS DEL CURSO ELECTRÓNICA INDUSTRIAL Por: MANUEL CERDAS VARGAS MARCO VARELA LATOUCHE A1318 A04354 Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Julio del 007

2 GUÍAS DE LABORATORIOS DEL CURSO ELECTRÓNICA INDUSTRIAL (a) Por: MANUEL CERDAS VARGAS MARCO VARELA LATOUCHE Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: Ing. Luis A. Gólcher Profesor Guía Ing. Max Ruíz Profesor lector Ing. José Luis Castro Aguilar Profesor lector ii

3 DEDICATORIA Manuel Cerdas Vargas: Dedico este trabajo a toda mi familia, que siempre ha estado a mi lado para apoyarme incondicionalmente. A mi madre Lorena Vargas Vargas por toda la paciencia que me ha tenido en estos años, pero en especial por el amor y cariño que me brinda día con día. A mi padre Manuel Cerdas Araya que me a servido de ejemplo en mi vida. A mis hermanos por darme buenos momentos, a mis compañeros y amigos Sergio Aguilar y Oscar Fallas por haber hecho que el camino fuera más fácil. Y a mis amigos en general que de una manera u otra manera han influenciado mi vida y mi forma de pensar. En especial a aquel que por una u otra razón la vida no le ha dado la oportunidad de poder estudiar, pero que tal situación no le impide su propia superación. El talento se educa en la calma y el carácter en la tempestad. Johann Wolfgang von Goethe. iii

4 RECONOCIMIENTOS Quisiéramos hacer un reconocimiento general a todas aquellas personas que de una u otra manera nos brindaron parte de su tiempo. Al Ing. Luis Golcher, por brindarnos la oportunidad de desarrollar este proyecto y facilitarnos el material de apoyo que sustenta las bases del mismo. iv

5 ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE FIGURAS...vii ÍNDICE DE TABLAS...ix NOMENCLATURA...x RESUMEN...xi CAPÍTULO 1: Introducción...xii 1.1 Objetivos... xiv Objetivo general...xiv 1.1. Objetivos específicos...xiv 1. Metodología...xv CAPÍTULO : Convertidor DC-DC en configuración Buck Introducción...1. Convertidores DC DC Convertidor DC DC en configuración Buck Convertidor DC-DC Buck en Modo Continuo (MCC) Convertidor DC-DC Buck en modo discontinuo (MCD)...9 CAPÍTULO 3: Rectificador controlado de onda completa Introducción Rectificador controlado Rectificador controlado de onda completa monofásico Análisis del rectificador controlado de onda completa monofásico...18 CAPÍTULO 4: Guía de laboratorio para el convertidor DC-DC Buck del curso de electrónica industrial Convertidor Buck en Modo conducción continuo Diseño del circuito de potencia Convertidor Buck en Modo conducción discontinuo Diseño del circuito de potencia Implementación del convertidor Buck en el multiconvertidor del curso de electrónica Industrial Implementación del convertidor Buck en M.C.C Implementación del convertidor Buck en M.C.D Resultados del laboratorio del convertidor DC-DC Buck...35 v

6 CAPÍTULO 5: Guía de laboratorio para el rectificador controlado de onda completa monofásico del curso de electrónica potencia Diseño del rectificador controlado monofásico de onda completa Implementación del rectificador controlado de onda completa monofásico Resultados del laboratorio del rectificador controlado monofásico de onda completa. 44 CAPÍTULO 6: Simulaciones realizadas del Convertidor Buck...46 CAPÍTULO 7: Simulaciones realizadas al rectificador controlado de onda completa monofásico...51 CAPÍTULO 8: Conclusiones y Recomendaciones...60 BIBLIOGRAFÍA...6 APENDICE...63 ANEXOS...7 vi

7 ÍNDICE DE FIGURAS Figura.1. Estructura de un Convertidor DC-DC... Figura.. Topología Básica de Convertidor Buck...3 Figura.3. Circuitos para análisis en modo continuo...4 Figura.4. Señales de voltaje y corriente en el inductor...5 Figura.5. Corriente y voltaje en el capacitor...8 Figura.6. Circuitos para análisis en modo discontinuo...10 Figura.7. Forma de Onda del Voltaje del Inductor en Modo Discontinuo...11 Figura.8. Forma de Onda de la corriente del inductor en Modo Discontinuo...1 Figura.9. Relación M(D, K) Para distintos valores de D y K...13 Figura 3.1.Topología de un SCR...15 Figura 3.. Rectificador controlado monofásico de onda completa...17 Figura 3.3. Forma de onda del voltaje de salida del rectificador controlado...17 Figura 3.4. Circuito equivalente al rectificador controlado con interruptores ideales...18 Figura 3.5. Formas de onda del voltaje de entrada, voltaje de salida y corriente de entrada18 Figura 3.6. Voltaje de entrada, corriente de entrada y componente fundamental de ig...0 Figura 3 7. Variación de la magnitud de la componente fundamental de ig(t) respecto a α Figura 3 8. Variación del ángulo de fase ϕ de la componente fundamental respecto a α...3 Figura 4.1. Conexión de alimentación al Multiconvertidor...30 Figura 4.. Alimentación del Multiconvertidor...30 Figura 4.3. Configuración del Convertidor Buck...31 Figura 4.4. Unidad de disparo de transistores S1 y S...3 Figura 4.5. Interconexión interna del Convertidor Back...3 Figura 4.6. Puntos de conexión de amperímetro...33 Figura 4.7. Puntos de conexión de voltímetro...34 Figura 5.1. Módulo Rectificador del Laboratorio....4 Figura 5.. Unidad de Control del Angulo de Retardo...43 Figura 5.3. Puntos de medición de Voltaje de Salida...44 Figura 6.1. Circuito de Potencia del Convertidor en MCC Figura 6.. Voltaje de Salida vs. Voltaje de Entrada...47 Figura 6.3. Operación del Convertidor de MCC a MCD...48 Figura 6.4.Convertidor Buck en MCD con D = 0.4 y D = Figura 7.1. Rectificador controlado de onda completa monofásico Figura 7.. Señal del voltaje de entrada del rectificador....5 Figura 7.3. Voltaje de salida del rectificador con ángulo de disparo α de cero grados...53 Figura 7.4. Voltaje de salida del rectificador con ángulo de disparo α de 90 grados...53 Figura 7.5. Voltaje de salida Vo y voltaje de entrada V Figura 7 6 Voltaje de salida dc y voltaje de salida rms para α igual a 0 grados vii

8 Figura 7.7. Corriente de salida dc y corriente de salida rms para α igual a 0 grados...55 Figura 7 8 Corriente de salida dc y corriente de salida rms para α igual a 90 grados...56 Figura 7 9 Voltaje de salida dc y voltaje de salida rms para α igual a 90 grados...56 Figura 7 10 Corriente de salida del rectificador con un ángulo de disparo α de 90 grados.57 Figura 7.1. Corriente de salida del rectificador con un ángulo de disparo α = 0 grados...58 viii

9 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3-1 Valores ac, dc, rms de la señal rectificada controlada...19 Tabla 4-1 Valores de diseño del convertidor DC-DC Buck en MCC...6 Tabla 4- Valores de diseño del convertidor DC-DC Buck en MCD...9 Tabla 4-3 Valores medidos del Convertidor DC-DC Buck en MCC...36 Tabla 4-4 Valores del Convertidor en el limite de ambos modos de conducción Tabla 4-5 Valores medidos del Convertidor DC-DC Buck en MCD Tabla 5-1 Valores medidos del rectificador controlado para α=90 grados Tabla 5- Valores medidos del rectificador controlado para α=0 grados ix

10 NOMENCLATURA DC AC MOSFET BJT T D V I Vo I L I L peak Io MCC MCD RMS Corriente Directa (del inglés Direct Current) Corriente Alterna (del inglés Alternating Current) Transistor de efecto de campo Transistor bipolar Periodo de la señal pulsante Fracción del periodo, llamado ciclo de trabajo Voltaje de entrada Voltaje de salida Corriente de entrada Corriente pico del inductor Corriente de salida Modo de conducción Continuo Modo de conducción Discontinuo Raíz cuadrática media (del inglés Root Mean Square) x

11 RESUMEN En el presente trabajo se desarrollaron las guías de laboratorio del curso de electrónica industrial correspondientes al convertidor dc-dc buck y al rectificador controlado de onda completa monofásico, cuyos circuitos ya se encuentran implementados. Primero se recopiló la información de libros, proyectos de graduación anteriores y del material del curso de electrónica industrial necesaria para entender el funcionamiento general de los circuitos. Se realizó el diseño teórico de ambos circuitos y posteriormente se simularon para corroborar la veracidad del mismo. Posteriormente se realizó una guía de explicación dirigida hacia los estudiantes de cómo manipular correctamente los módulos ya construidos, tomando en cuenta las consideraciones establecidas en proyectos anteriores donde se realizaron pruebas experimentales, así mismo se le indica al estudiante que parámetros tomar en cuenta en cada laboratorio para su posterior análisis. También se hacen algunas recomendaciones para lograr un buen desempeño en cada uno de los laboratorios. El tener un laboratorio de electrónica industrial aumenta la calidad de enseñanza del curso, por lo que una guía que facilite el desarrollo de los laboratorios ordena y orienta el aprendizaje del estudiante. xi

12 CAPÍTULO 1: Introducción En la electrónica de potencia uno de los aspectos importantes resulta ser la transformación de la potencia eléctrica, donde los convertidores DC-DC y los rectificadores de onda completa ocupan un papel importante, por lo que serán desarrollados en diferentes guías de laboratorio con el fin de orientar sobre su adecuada implementación. Los convertidores DC-DC son un elemento clave, cuyo fin es el procesado de la potencia eléctrica por medio de la implementación de circuitos electrónicos simples. Existen distintas topologías de convertidores DC-DC, de las cuales cabe mencionar tres topologías básicas de fuentes conmutadas: la configuración Buck, Boost y Buck-Boost. Presentan propiedades únicas, como lo son las conversiones de voltaje en estado estacionario, las características del rizado de salida, la respuesta en frecuencia de la función de transferencia y la naturaleza de las corrientes de entrada y de salida, entre otras. De estás topologías la que se desarrollará en el presente trabajo y que formará parte de la Guía de Laboratorio del Curso de Electrónica Industrial será la tipo Buck, muchas veces llamada Step-down. Esta configuración resulta ser de las más implementadas, debido a que regularmente se requiere: un voltaje de salida menor que el de entrada; que el voltaje de salida tenga la misma polaridad que el voltaje de entrada y además que la entrada no esté aislada de la salida. Los rectificadores son elementos o circuitos que permiten convertir la corriente alterna en corriente continua, en lo que respecta al rectificador controlado de onda completa, este xii

13 permite variar el voltaje de salida DC mediante el disparo controlado de tiristores en la etapa de rectificación. xiii

14 1.1 Objetivos Objetivo general Crear las guías de laboratorios que se realizarán en el curso IE-1013 Electrónica Industrial Objetivos específicos Realizar la Guía de Laboratorio 1: Convertidor DC-DC Buck en Modo de Conducción Continuo (MCC). Realizar la Guía de Laboratorio : Convertidor DC-DC Buck en Modo de Conducción Discontinuo (MCD). Realizar la Guía de Laboratorio 3: Rectificador Controlado de Onda Completa Monofásico. Realizar las simulaciones del Convertidor Buck en MCC y MCD. Realizar las simulaciones del Rectificador Controlado de Onda Completa. xiv

15 1. Metodología La elaboración del presente proyecto se dividirá en varias etapas, las cuales son: Recopilación de información de los convertidores DC-DC y del Rectificador Controlado de Onda Completa Monofásico. Para ello se analizarán algunos proyectos de graduación anteriores que están relacionados con está temática y material adicional que resulte de interés. Respaldar el Convertidor Buck en MCC y MCD así como el rectificador controlado de onda completa monofásico bajo el fundamento matemático correspondiente. Crear una guía de cómo implementar cada laboratorio dentro del multiconvertidor ya creado. Establecer una guía de comprobación de resultados para cada laboratorio según las condiciones de operación que se establezcan. Realizar conclusiones y recomendaciones apropiadas para llevar a cabo un buen desarrollo de las prácticas del Laboratorio de Electrónica de potencia. xv

16 CAPÍTULO : Convertidor DC-DC en configuración Buck.1 Introducción En este capítulo se desarrolla un análisis bibliográfico de los convertidores DC-DC haciendo énfasis en la topología conocida como Buck. Se realiza un análisis matemático para comprender la operación del convertidor y el diseño en ambos modos de conducción: continuo y discontinuo.. Convertidores DC DC Un convertidor DC DC es un dispositivo que acepta en su entrada un nivel de voltaje en corriente directa y aporta en su salida un voltaje también en corriente directa. El convertidor posee un circuito de disparo que permite controlar la transferencia de potencia, en este circuito de disparo se tiende a utilizar frecuencias de conmutación elevadas, ya que permiten reducir la capacidad de los capacitores utilizados en el circuito del convertidor. El objetivo de un convertidor DC-DC es que la conversión de corriente y voltaje sea bastante eficiente y densa. Los convertidores DC-DC posen un amplio uso, como en computadoras, fuentes de poder, variadores de velocidad, inversores y muchos campos más. La figura.1 muestra la estructura básica de un convertidor DC-DC. 1

17 Figura. 1Estructura de un Convertidor DC-DC [4].3 Convertidor DC DC en configuración Buck El convertidor tipo Buck o también llamado reductor es un Convertidor DC-DC que obtiene en su salida un voltaje menor que el de la entrada. Usualmente se utiliza un interruptor dentro del circuito, entre ellos los más comunes son el MOSFET, el IGBT o el BJT. Un convertidor tipo Buck logra eficiencias mayores al 90%. En la figura. que se muestra a continuación se muestra la topología básica de un convertidor tipo Buck.

18 3 Figura. Topología Básica de Convertidor Buck [3] Los convertidores presentan dos modos de funcionamiento: modo continuo y modo discontinuo. En modo continuo una corriente fluye a través del inductor durante todo el ciclo de operación, lo que no ocurre en modo discontinuo donde en un intervalo del ciclo la corriente del inductor cae a cero..3.1 Convertidor DC-DC Buck en Modo Continuo (MCC) El análisis se realiza mediante un circuito con interruptores ideales, cambiando entre una posición 1 y una posición. El tiempo que permanece en la posición 1 es t on = DT. Y en la posición durante un tiempo t off = ( 1 D) T. Donde D es el ciclo de trabajo y T el periodo de oscilación del convertidor. El circuito para el análisis se muestra a continuación en la figura.3.

19 4 Figura.3. Circuitos para análisis en modo continuo [4] Primeramente se realiza el análisis del circuito en la posición 1. El voltaje del inductor mediante aproximación de pequeño rizado es: V L = Vg Vo (.3.1-1) Con el voltaje del inductor se procede a encontrar la corriente del inductor mediante la relación: di L VL = L (.3.1-) dt Despejando la corriente del inductor, se observa que la misma cambia con una pendiente constante: di dt L Vd VO = (.3.1-3) L

20 5 Ahora se realiza el mismo análisis con el circuito en la posición, hallando el voltaje del inductor y la pendiente de la corriente del inductor durante el tiempo t off = (1 D) = D'. VL = Vo (.3.1-4) di dt L V O = (.3.1-5) L Las formas de onda del voltaje y la corriente en el inductor quedan como se muestra en la figura.4. Figura. 4. Señales de voltaje y corriente en el inductor [4] En estado estacionario el voltaje promedio del inductor es cero, por lo que el balance voltssegundos da la siguiente igualdad:

21 T () t dt = ( V V )( DT ) + ( V )( D' T ) 0 = v (.3.1-6) 0 L Que resolviendo se obtiene la relación entre el voltaje de entrada y salida: g V = DVg (.3.1-7) De la figura.4 se puede hallar el rizado de la corriente en el inductor, como el producto de la pendiente de la corriente y la longitud del intervalo: Vg V I L (.3.1-8) L ( Δ ) = ( DT ) La ecuación se puede resolver para el valor del inductor o para el valor de corriente de rizado en el inductor, según cual sea el criterio de diseño, se muestra a continuación: Vg V Δ I L = ( DT ) (.3.1-9) L 6 Vg V L = I Δ L ( DT ) ( ) Si se considera que el convertidor opera en forma ideal, se asume que toda la potencia es entregada a la carga, por lo que se puede deducir que: Vg I = V ( ) L I O Con ello se encuentra una expresión que relaciona la corriente de entrada con la corriente de salida, la cual se muestra a continuación: I L I O = (.3.1-1) D

22 Si la resistencia de carga se incrementa, el voltaje de salida debe mantenerse constante, por lo que la corriente de salida tiende a disminuir. 7 Si llega a cumplirse que Io < i L,peak /, las ecuaciones (.3.1-7) y (.3.1-1) no son válidas, ya que durante el intervalo toff la corriente en la bobina llegaría a anularse. Se define la corriente I OB como la mínima corriente de salida en funcionamiento continuo. Esta corriente se obtiene imponiendo la condición: I OB ( V V ) il, peak I O DT VOT = = = 1 L L ( D) ( ) El valor máximo de I OB, para una tensión V O fija se obtendría para D = 0, a saber: I OB VOT, MAX = ( ) L Para estimar el rizado del voltaje de salida en varios convertidores DC-DC se realiza un balance de carga con la corriente del capacitor, sin embargo el convertidor buck presenta un filtro de dos polos en su salida, por lo que para estimar el rizado se realiza otro análisis, que establece que si el voltaje de rizado del capacitor es pequeño entonces toda la componente ac de la corriente del inductor fluye a través del capacitor. La corriente ic(t) es positiva durante la mitad del periodo de conmutación, causando que el voltaje del capacitor se incremente entre su mínimo y máximo valor, durante este tiempo la carga total se encuentra en las placas del capacitor, donde la ecuación que relaciona el cambio de voltaje entre las placas y la carga almacenada es la siguiente: q = C ( Δv) ( )

23 La carga total q corresponde al área del triangulo que se muestra en la figura.5. Tal relación establece que: 8 1 T q = ΔI L ( ) Figura. 5. Corriente y voltaje en el capacitor [4] Si se usa q de ( ) y se sustituye en ( ) se obtiene la expresión matemática del rizado del voltaje de salida que se muestra a continuación: ΔI LT Δ v = ( ) 8C Se escoge el valor del capacitor de manera que se obtenga la magnitud deseada del rizado del voltaje de salida. En la práctica la resistencia en serie equivalente del capacitor (ESR) incrementa más el valor del rizado de voltaje de salida.

24 9.3. Convertidor DC-DC Buck en modo discontinuo (MCD) El rizado en la señal del inductor o el voltaje del capacitor C puede hacer que el interruptor invierta su polaridad o dirección, debido a que la característica unidireccional de la corriente o voltaje es violada. En este modo de conducción la corriente de salida se vuelve dependiente de la carga, al incrementar la resistencia se reducirá la corriente de salida del convertidor. Existe un límite donde I = Δ I L, el cual es precisamente el límite de operación entre ambos modos de conducción. El límite de operación en un convertidor Buck quedaría de la forma: Simplificando esta expresión se obtiene: DV g DD' TVg = (.3.-1) R L L = D' (.3.-) RT Sustituyendo K = L/RT y K crit = D' se obtiene la siguiente expresión para cada modo de conducción. Para MCD: K K ( D) Para MCC: K K ( D) < (.3.-3) crit > (.3.-4) crit El límite de operación depende no solo de D, sino también de R (afecta la corriente promedio del inductor); de L (afecta la corriente de rizado) y de T (que también afecta el rizado).

25 10 Para el análisis del circuito se procede de igual manera que en el caso continuo, a diferencia que el análisis del circuito se establece en tres subintervalos, como se muestra a continuación en la figura.6: Figura 6. Circuitos para análisis en modo discontinuo [4] Donde D 1 T corresponde al tiempo en la posición 1, D T al tiempo en la posición y D 3 T al tiempo en la posición 3. Los primeros dos subintervalos son los mismos que en el caso continuo. Del subintervalo 3 se obtiene que VL = I L = 0 por lo que la corriente a través del capacitor aplicando aproximación de pequeño rizado es: I C () t V = (.3.-5) R La forma de onda del voltaje en el inductor se muestra a continuación en la figura.7

26 11 Figura. 7. Forma de Onda del Voltaje del Inductor en Modo Discontinuo [4] Realizando el balance volts-segundos se obtiene: v ( V V ) + D ( V ) + *( 0) 0 L = D1 g D3 = (.3.-6) Resolviendo para V se obtiene la relación necesaria entre voltaje de entrada y salida el cual dependerá de D 1 y D. V D D + D 1 = Vg (.3.-7) 1 Luego se realiza el balance de carga del capacitor. De la figura.6 se puede ver que: V il ( t) = ic ( t) + (.3.-8) R Como el componente DC de la corriente del capacitor es cero, entonces el valor DC de la corriente del inductor es: V i L = (.3.-9) R Por lo que se procede a calcular el valor DC de la señal de la corriente del inductor, que se muestra en la figura.8 y se iguala a la corriente de carga.

27 1 Figura 8. Forma de Onda de la corriente del inductor en Modo Discontinuo [4] i T 1 1 = il () t dt = ipk ( D1 + D )T T (.3.-10) L 0 Donde i PK corresponde al valor pico de la corriente del inductor, y se obtiene como el producto de la pendiente de la corriente del inductor por la longitud del intervalo, lo que da: i Vg V = D T (.3.-11) L PK 1 Sustituyendo este valor de i PK en (.3.-10) se obtiene el valor DC de la corriente del inductor: i D1T ( V V ) ( D D ) = (.3.-1) L L g 1 + E igualando la componente DC de la señal de corriente del inductor al valor DC de la corriente de carga se obtiene:

28 13 V R D1T L ( D + D )( V V ) = 1 g (.3.-13) Con.3.-7 y se tiene un sistema de dos ecuaciones y dos incógnitas, que eliminando D y resolviendo para V se obtiene: V V = (.3.-14) K D g + 1 Por lo que la relación de conversión M(D, K) entre al voltaje de entrada y el voltaje de salida depende de D y de K. Donde K se define como: K = L RT = L I T V o o (.3.-15) A continuación en la figura.9 se muestra como cambia esta relación para distintos valores de D y K. Figura.9. Relación M(D, K) Para distintos valores de D y K [4]

29 14 Si la carga del convertidor aumenta y baja la corriente de salida, para un valor de D constante, el valor del voltaje de salida se vería incrementado, por lo tanto se puede encontrar una expresión para D 1 en que el voltaje de salida se pueda mantener en el modo discontinuo: 1/ V I O / I O OB, MAX D 1 = 1 / (.3.-16) VI VO VI El valor de D1 que se encuentra con (.3.-16) se utiliza en (.3.-14) para obtener la relación de conversión entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida para el modo de conducción discontinuo.

30 15 CAPÍTULO 3: Rectificador controlado de onda completa. 3.1 Introducción A continuación se realiza un análisis bibliográfico sobre rectificadores controlados monofásicos; en lo que respecta al circuito, usos y ventajas sobre un rectificador no controlado. Se verán las señales generadas durante el proceso de rectificación y posteriormente el diseño de un rectificador controlado de onda completa monofásico. 3. Rectificador controlado A diferencia de los rectificadores no controlados que solo suministran un voltaje de salida fijo, los rectificadores controlados emplean tiristores como el SCR (rectificador controlado de silicio) como dispositivo de control en lugar de diodos para obtener voltajes de salida controlados. La siguiente figura muestra la estructura básica de un SCR. Figura 3.1.Topología de un SCR

31 16 El SCR es un semiconductor formado por cuatro capas de material PNPN O NPNP. Posee tres conexiones: ánodo, cátodo y puerta. La puerta es la que regula el paso de corriente entre ánodo y cátodo. El objetivo del SCR es retardar la entrada en conducción, el cual entra en conducción bajo dos condiciones: cuando la tensión entre ánodo y cátodo es positiva y cuando por su puerta se le aplica un impulso. A diferencia de los diodos que requieren solamente la primera condición para conducir. El SCR deja de conducir cuando entre ánodo y cátodo se le aplica un voltaje negativo, una vez que deja de conducir el dispositivo se desengancha y la puerta no tiene ningún efecto en el estatus de conducción. La señal de salida del rectificador depende de la carga, si es resistiva la corriente se comporta similar al voltaje, cuando la carga es resistiva e inductiva la corriente se atrasa respecto al voltaje. El poder variar los niveles de voltaje a la salida de los rectificadores controlados a hecho que el control de velocidad de motores dejara de ser exclusivo para motores de corriente directa aplicándose a motores de corriente alterna Rectificador controlado de onda completa monofásico En la figura 3. se presenta el circuito de un rectificador controlado de onda completa, el cual emplea dos diodos y dos tiristores. La carga que presenta es completamente resistiva. En el medio ciclo positivo, el tiristor T1 está en polarización directa y se dispara cuando se le aplica un impulso a la puerta del tiristor en ωt=α, la carga queda conectada a la entrada a través de T1 y D durante el periodo α ω t π. Posteriormente en el ciclo negativo la

32 17 señal de salida se mantiene en cero hasta que a T se le aplique un pulso en la puerta en ωt=α+π, quedando la carga conectada a la entrada a través de T y D1 durante el periodo π+α ω t π. Figura 3.. Rectificador controlado monofásico de onda completa Cuando se tiene una carga resistiva, como en este caso, el voltaje y la corriente tienen un comportamiento similar, como se puede apreciar en la figura 3.3. Figura 3.3. Forma de onda del voltaje de salida del rectificador controlado [4]

33 Análisis del rectificador controlado de onda completa monofásico Se analiza el circuito de la figura 3. con interruptores ideales, cerrando el circuito en la posición 1 y luego en la posición. Como se muestra a continuación en la figura 3.4. Figura 3 4. Circuito equivalente al rectificador controlado con interruptores ideales [4] A continuación en la figura 3.5 se muestran las señales de voltaje de salida, voltaje de entrada y corriente de entrada. Para cada una de las dos posiciones. Figura 3 5. Formas de onda del voltaje de entrada, voltaje de salida y corriente de entrada []

34 19 La componente DC del voltaje de salida es: v T 1 = v T = T 0 T ( τ ) dτ V sen( ϖτ ) dτ 0 m (3..3-1) Que resolviendo la integral se obtiene: V v = m ( 1+ cosα ) (3..3-) π Donde α= ωt es el ángulo de retardo y V m corresponde al voltaje pico de la señal del voltaje de entrada. De igual manera se realiza un análisis matemático para obtener las expresiones del voltaje rms y el voltaje a.c. En la Error! Reference source not found. se muestran los valores teóricos de Vdc, Vrms, Vac de la señal de salida. Tabla 1-1 Valores ac, dc, rms de la señal rectificada controlada Vdc Vrms Vac V m π [ 1+ cos( α) ] 1 α sen(α ) V m + π 4π 1 α π sen(α ) V 4π π m V + [ 1+ cos( α) ] m Para efectos prácticos si se cuenta con el Vrms y el Vdc se puede hacer uso del teorema de Parseval para encontrar el voltaje ac, que los relaciona según la siguiente ecuación: V ac rms dc = V V (3..3-3)

35 0 Como se observa en la figura 3.6 la corriente de línea esta un poco distorsionada, también se puede observar como la componente fundamental de la corriente línea retrasa al voltaje de línea por una cantidad que depende del ángulo de retraso α. Figura 3 6 Voltaje de entrada (Vg), corriente de entrada (ig) y componente fundamental de ig [4] Se puede ver que la corriente de línea ig(t) es de la forma: 0 Para 0 < t < t 0 y T / < t < T/ +t 0 V m ig(t) = sen( ϖ t) Para t0 < t < T / y T/ + t 0 < t < T (3..3-4) R Esta corriente ig(t) contiene armónicas, por lo que se tiene que expresar ig(t) en la forma de una serie de Fourier: i ( t) = g n= 1 Entonces la potencia promedio se torna en: [ an cos( n t) + bn sen( nϖ t) ] ϖ (3..3-5) P prom = V o I o + n= 1 V n I n cos( ϕ ϑ ) (3..3-6) n n

36 1 Así la energía neta transmitida a la carga se da cuando la serie de Fourier de de vg(t) e ig(t) contienen términos de la misma frecuencia. Por lo que se observa las armónicas no necesariamente incrementan la potencia promedio, pero siempre incrementan el valor rms lo cual significa incrementar las pérdidas. Para que se de una transmisión de energía eficiente desde la fuente hasta la carga, se busca maximizar la potencia promedio, mientras que se minimiza el rms de corriente y voltaje para así disminuir las pérdidas. El factor de potencia indica que tan eficiente la energía es transmitida; se define como: Ppom F. P = (3..3-7) V I rms Donde el Vrms e Irms a partir de la serie de fourier están dados como: + Vn V rms = V0 (3..3-8) n= 1 rms + I n I rms = I 0 (3..3-9) = n 1 Se puede analizar la magnitud de cada armónico de ig(t) dependiendo del ángulo de disparo α que se use. Así para analizar la magnitud de la componte fundamental de ig(t), se toman los terminemos de la expansión de Fourier correspondientes a la componente fundamental, a saber a 1 y b 1 y se normalizan respecto a V m /R. Vm a1 = sen α ( ) πr

37 Vm 1 b1 = π α + senα πr ( ) Magnitud normalizada: 1 + a V m R b 1 (3..3-1) Para reducir la componente fundamental de la corriente ig(t) y con ello la potencia entregada a la carga, se varia el ángulo de disparo α que provoca que la componente fundamental cambie, como se muestra en la figura 3.7. Figura 3 7. Variación de la magnitud de la componente fundamental de ig(t) respecto a α [4] Si se quiere obtener la magnitud de cualquier armónico de ig(t) se procede de la misma manera que se a hecho con la fundamental. El ángulo de fase ϕ de cada armónico respecto a la señal de entrada se calcula de la siguiente manera: a n ϕ = tan 1 ( ) b n

38 3 Para el caso de la componente fundamental se tiene: ϕ = tan 1 a b 1 = tan 1 sen α 1 π α + senα ( ) En la figura 3.8 se puede observar como varía el ángulo de fase ϕ de la componente fundamental conforme varía α. Figura 3 8. Variación del ángulo de fase ϕ de la componente fundamental respecto a α [4]

39 CAPÍTULO 4: Guía de laboratorio para el convertidor DC-DC Buck del curso de electrónica industrial. Se desea obtener un voltaje de salida de 5 Vdc. con una entrada de voltaje de 10 Vdc, para ello se cuenta con el multiconvertidor dc-dc del curso de electrónica de potencia de la Universidad De Costa Rica. Entre las consideraciones a tomar en cuenta están: Limitar la potencia a 1 Watts para evitar cualquier situación de peligro que pueda dañar el equipo, recomendación dada con anterioridad. [] La inductancia a utilizar tiene un valor de 60 μh. Para observar la corriente en la bobina y en el diodo se utiliza un transformador de corriente con una relación de vueltas de 1500 en el primario a 300 en el secundario. Y en el secundario tiene en paralelo una resistencia que es la que da un voltaje proporcional a la corriente que se desea medir. Además por la relación de vueltas del transformador, al reflejar la resistencia al primario esta se ve como una resistencia muy pequeña que no interfiere de manera significativa con el circuito a medir. [3] La relación de conversión D del diseño tiene que estar entre el rango 0.3 < D < 0.9 ya que corresponde a los valores máximo y mínimo de pruebas de laboratorio. [3] La frecuencia del tren de pulsos del PWM según pruebas realizadas con anterioridad tiene que estar entre el rango 10 Khz. < F < 60 Khz. [3] 4

40 5 4.1 Convertidor Buck en Modo conducción continuo. A continuación se realiza el diseño parta implementar el circuito de potencia del multiconvertidor DC-DC en configuración Buck operando en modo de conducción continuo Diseño del circuito de potencia Con la ecuación (.3.1-7) se obtiene la relación de conversión entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida dado por: El ciclo de trabajo D se encuentra entre el rango requerido. V 5 D = = = 0.5 ( ) Vg 10 Para limitar la potencia a un máximo de 1 watts y asumiendo que no hay pérdidas de potencia en el circuito, se tiene que cumplir: 1 I o V < 1 I o < I o <.4 (4.1.1-) 5 Por cuestión de diseño se establece un límite inferior y se toma que la máxima corriente de salida del convertidor sea 1 amperio, por lo que se define: I o 1A max = ( ) Para que el multiconvertidor se mantenga operando en modo de conducción continuo, la corriente de salida tiene que cumplir I o > i L,peak /. De la ecuación ( ) se obtiene la corriente mínima requerida en la salida para que el multiconvertidor no cambie el modo de

41 conducción. Se escoge una frecuencia del tren de pulsos del PWM que se ajuste al intervalo requerido, como lo es una frecuencia 0Khz. Por lo que sustituyendo en ( ) se tiene: 6 5 I o min = ( 1 0.5) ( ) 6 3 (60*10 )(0*10 ) I o min = A ( ) Para no operar en el límite de ambos modos de conducción, se establece que la corriente mínima en la carga sea de 50 ma. Por lo que para operar en el modo de conducción continuo la corriente en la carga I o puede variar según el siguiente intervalo: 0.5 I < 1 A ( ) < o Se escoge una corriente en la carga que se encuentre entre el intervalo, la cual se toma de 0.35A. Asumiendo que no hay pérdidas de potencia en el multiconvertidor, se averigua la corriente de entrada con el uso de la ecuación (.3.1-1), a saber: I Io D I = A ( ) g = g A continuación se da una tabla con los valores a tomar en cuenta en la implementación del convertidor DC-DC buck en modo de conducción continuo: Tabla 4-1 Valores de diseño del convertidor DC-DC Buck en MCC. Vg Vo Ig Io Iomax Iomin D L 10 v 5v 175 ma 350 ma 1A 50mA μH

42 7 4. Convertidor Buck en Modo conducción discontinuo. Se realiza el diseño parta implementar el circuito de potencia del multiconvertidor DC-DC en configuración Buck operando en modo de conducción discontinuo. Basándose en el hecho de que cuando la corriente de carga es considerablemente baja el convertidor entra en este modo de operación Diseño del circuito de potencia Con la ecuación ( ) se obtiene que la máxima corriente que puede haber en la carga para que el multiconvertidor opere en modo de conducción discontinuo y es de 40 ma, por lo que se escoge una corriente de 100 ma a la salida. Para poder hallar el valor de D 1 en la ecuación (.3.-16) primero se calcula el máximo valor que puede tomar la corriente de carga para operar en modo discontinuo, dado por la ecuación ( ), el cual es: VOT 5 I OB, MAX = = 6 3 L * * 0 10 = A (4..1-1) Sustituyendo en (.3.-16) se tiene: 1/ *10 / D 1 = = /10 (4..1-) Para poder encontrar la razón de conversión entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida en modo de conducción discontinuo dado por la ecuación (.3.-14), primero se encuentra

43 8 el valor de K correspondiente a la ecuación (.3.-15), sustituyendo R como el voltaje de salida entre la corriente de salida se tiene: L L I o 60*10 100*10 0*10 K = = = (4..1-3) RT T V 5 o K = 0.08 Por lo que resolviendo (.3.-14) se obtiene la relación de conversión M (D,K) que da: V Vg = K D 1 = (0.08) (0.349) = 0.5 (4..1-4) Asumiendo que no hay pérdidas de potencia en el multiconvertidor, se averigua la corriente de entrada con el uso de la razón de conversión M (D,K) que se obtiene en la ecuación (4..1-4), a saber: I = (, ) = 100 *10 3 g Io M D K 0.5 (4..1-5) I = 50 ma g Para operar en modo de conducción discontinuo no hay un límite inferior en la corriente de salida, sin embargo se puede establecer una corriente mínima, para no llegar a cero, por lo que se establece que la mínima corriente de salida operando en modo de conducción discontinuo es de 0 ma. A continuación se da una tabla con los valores a tomar en cuenta en la implementación del convertidor DC-DC buck en modo de conducción discontinuo:

44 9 Tabla 4- Valores de diseño del convertidor DC-DC Buck en MCD. Vg Vo Ig Io Iomax Iomin M(D,K) L 10 v 5v 50 ma 100 ma 40mA 0mA μH 4.3 Implementación del convertidor Buck en el multiconvertidor del curso de electrónica Industrial. A continuación se muestra la manera en que se arma la circuitería del multiconvertidor Buck que se utilizará en el laboratorio de electrónica de potencia. Se debe tomar las medidas de seguridad necesarias para no causar ningún daño al multiconvertidor. Para esto se debe trabajar sin accesorios que puedan caer sobre la superficie del equipo y causar algún corto circuito. La conexión del voltaje de entrada al multiconvertidor se localiza donde se muestra en la figura 4.1. Este voltaje de entrada de 10 VAC es reducido a través de un transformador reductor de voltaje tipo B & K 169B000. Un rectificador interno convierte corriente alterna en corriente directa [3]. El voltaje DC mencionado anteriormente se utiliza en el multiconvertidor como el Vg del diseño del convertidor Buck.

45 30 Figura 4.1. Conexión de alimentación al Multiconvertidor Implementación del convertidor Buck en M.C.C. El voltaje de entrada Vg se regula utilizando la perrilla de la Figura 4.. Para este diseño se requiere que Vg sea 10V por lo que se debe confirmar en los puntos de medición P1 (positivo) y P (negativo) de la entrada del circuito con un voltímetro. Figura 4.. Alimentación del Multiconvertidor

46 31 El switch se debe mantener encendido (ON) con el fin de alimentar el resto del circuito Buck a conectar. Es importante saber que se puede armar el circuito siguiendo la descripción del Buck mostrada en el multiconvertidor. La Figura 4.3 muestra la forma de conexión del Buck. Antes de realizar las conexiones del Buck se debe manipular la unidad encargada de proveer los pulsos necesarios a los dispositivos de conmutación del Convertidor Buck, el cual en nuestro caso es a los transistores de efecto de campo o MOSFET. Con esta unidad es con la que controlamos el ciclo de trabajo D y la frecuencia del convertidor. Figura 4.3. Configuración del Convertidor Buck Para manipular este circuito de disparo se debe mover el Switch de la figura 4.4 hacia S 1 ya que estos son los pulsos que se envían al transistor de nuestro circuito. El ciclo de trabajo D que se utiliza es de 0.5. Para obtener dicho valor se debe ajustar la perrilla D (Ciclo de trabajo) de la figura 4.4 hasta mantenerlo en 0.5. Dicho valor debe ser comprobado en un osciloscopio utilizando los puntos P3 y P.como referencia.

47 3 Figura 4.4. Unidad de disparo de transistores S1 y S La frecuencia de operación de la señal de disparo es de 0 Khz. Dicha frecuencia es regulada a través de la perilla de frecuencia de la figura anterior y es medida con un osciloscopio en los mismos puntos P3 y P. Una vez ajustados los valores de Vg, D y fs correspondientes para un obtener un voltaje de salida de 5V, se procede a armar el circuito del Convertidor Buck de la figura 4.3. La terminal de drenaje del transistor S1 (punto P3) se debe conectar al cátodo del diodo del convertidor Buck (punto P4). El punto P4 a su vez se conecta con el punto P6, como se muestra en la figura 4.5. Figura 4.5. Interconexión interna del Convertidor Buck

48 33 La bobina del circuito Buck para este circuito tendrá un valor de 60μH. La figura anterior muestra como se debe realizar esta conexión desde el punto P6 hasta P7. Se puede decir que esta la conexión final del circuito. Con las conexiones anteriores realizadas como se mostró se puede proceder a encender el convertidor. Los valores de salida (voltaje V o y corriente I o ) deben establecerse igual a los valores de la tabla 4.1, 5V y 350mA respectivamente. El voltaje de salida de 5V es el esperado por el diseño que se mostró en la sección anterior. Para obtener la corriente de salida de 350mA se necesita variar la perilla correspondiente a la resistencia de salida o carga del convertidor hasta obtener este valor con un amperímetro. La corriente de salida se mide con el amperímetro a través de los puntos que se muestran a continuación. Figura 4.6. Puntos de conexión de amperímetro

49 Por otro lado, el voltaje de salida se medirá a través de los puntos que se muestran en la figura 4.7, conectando el voltímetro en P11 (positivo) y P1 (negativo). 34 Figura 4.7. Puntos de conexión de voltímetro Esta sección muestra los procedimientos a seguir para realizar la conexión del circuito del convertidor Buck. Se sabe que la corriente mínima para operar en modo continuo no debe bajar de 40 ma. Si se decide variar la resistencia de salida del convertidor e incrementar su valor, disminuirá la corriente. Al mantenerla en 350 ma, se mantiene al convertidor en Modo Continuo Implementación del convertidor Buck en M.C.D. El montaje del circuito es exactamente igual al descrito para el caso cuando el convertidor se encuentra en modo de conducción continuo. A partir del cual se continúa variando la

50 35 corriente de salida al variar la resistencia de carga. Se debe conectar el amperímetro como se hizo anteriormente hasta obtener una corriente de salida de 40 ma. A partir de este valor se opera en Modo de Conducción Discontinuo. En este modo de conducción la relación entre el voltaje de entrada y de salida cambia, ya no es lineal ni depende solamente de D como en el caso continuo. En este momento se requiere que se mida el voltaje de salida del convertidor con el voltímetro de la manera que ya ha sido explicada para comprobar el cambio a Modo Discontinuo. Con el fin de obtener la relación de 0.5 entre el voltaje de entrada y salida M(D,K) se procede a variar el ciclo de trabajo del convertidor con la perilla de la figura 4.4 correspondiente a D. Se desea obtener un D de 0.3 el cual fue calculado en la etapa de diseño de la sección anterior para MCD. Se Utiliza el osciloscopio nuevamente para verificar el D. Se desea obtener la misma relación entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida, por lo que se ajusta la resistencia de salida hasta obtener una corriente en la carga de 100 ma. Con ello el convertidor se encuentra operando en MCD y la relación M(D,K) debe ser de 0.5 para mantener el voltaje de entrada en 10v y el voltaje de salida en 5v. 4.4 Resultados del laboratorio del convertidor DC-DC Buck En operación en Modo Continuo, una vez obtenida esta corriente de 350mA, se comienza a incrementar la resistencia de salida para con ello disminuir la corriente en la carga, no se debe de disminuir la corriente de salida por debajo de los 50 ma para no cambiar el modo

51 36 de conducción. Se medirá cada corriente obtenida con el amperímetro y se debe anotar en la siguiente tabla. En estas mediciones se comprueba como se mantiene el voltaje de salida constante en 5V para un Vg, D y fs fijos. Se realizan varias mediciones para comprobar que el voltaje de salida se mantiene invariable. Tabla 4-3 Valores medidos del Convertidor DC-DC Buck en MCC. Vg Voltaje de entrada (Vdc) Vo Voltaje de salida (Vdc) Io m Corriente de salida medido (A) R (Vo/Io) Resistencia de salida (Ω) Relación de conversión Vo/Vg A continuación varíe la corriente de carga desde 50 ma hasta 30 ma con la mayor cantidad de muestras posibles, proceda a anotar los datos medidos en la tabla 4.4, con el fin de obtener experimentalmente la corriente crítica en la carga que cambia al convertidor de modo de conducción, cuyo valor teórico es de 40 ma. Si fuese necesario incremente el intervalo de muestras hasta que se cambie de modo de conducción. Calcule el porcentaje de error entre ambos valores de corriente.

52 37 Tabla 4-4 Valores del Convertidor en el limite de ambos modos de conducción. Vg Voltaje de entrada (Vdc) Vo Voltaje de salida (Vdc) Io m Corriente de salida medido (A) R (Vo/Io) Resistencia de salida (Ω) Relación de conversión Vo/Vg Una vez trabajando en Modo Discontinuo, con valores de corriente de salida por debajo de los 40 ma, se procede a ajustar D en el circuito de disparo del multiconvertidor, el cual va desde 0.5 a 0.3, el cual es el ciclo de trabajo del diseño para lograr devolver la razón de Ventrada/Vsalida igual a 0.5. Complete la tabla 4.5 que corresponde a las principales mediciones en modo de conducción discontinuo, en la cual el ciclo de trabajo se encuentra dado para cada caso. Con un D de 0.3 se procederá a variar la resistencia de salida hasta obtener la relación 0.5 deseada, la cual se alcanza con una corriente de 100 ma de acuerdo al diseño realizado. Para esta ultima medición, establezca que efectivamente la razón de conversión M(D,K) sea de 0.5.

53 38 Tabla 4-5 Valores medidos del Convertidor DC-DC Buck en MCD. Vg Voltaje de entrada (Vdc) Vo Voltaje de salida (Vdc) Io m Corriente de salida medido (A) R (Vo/Io) Resistencia de salida (Ω) Relación de conversión Vo/Vg Ciclo de trabajo (D) Si los valores de corriente de carga y ciclo de trabajo D varían respecto a los del diseño explique a que se pueden deber dichas variaciones y calcule el porcentaje de error entre los datos de diseño y los obtenidos experimentalmente. Con los datos de las tablas 4.3 y 4.5 proceda a calcular K para cada caso, el cual se calcula con la ecuación (.3.-15). Compare cada K determinado respecto a K crítico = 0.08, dado por (4..1-3), y compruebe que se está cumpliendo que para MCC K >K crítico y para MCD K< K crítico.

54 CAPÍTULO 5: Guía de laboratorio para el rectificador controlado de onda completa monofásico del curso de electrónica potencia. Primeramente se realiza el diseño del rectificador controlado monofásico de onda completa, operando con un voltaje de entrada de 10 Vac y un ángulo de disparo para los tiristores de 90 grados. Seguido se establecen los pasos a seguir para su adecuada implementación en el equipo de laboratorio del curso de electrónica industrial Diseño del rectificador controlado monofásico de onda completa. Se desea implementar el rectificador controlado de onda completa operando con un ángulo de disparo α de 90 grados, para el cual el valor de Vac, Vdc, Vrms que se produce a la salida del rectificador están dados por las ecuaciones de la tabla 3-1. vdc V = m π ( 1+ cosα ) 10 = [ 1+ cos(90) ] π vdc = V (5.1.-1) vrms = Vm 1 α sen(α ) + π 4π = 10 π π sen( ) 1 + π 4π vrms = V (5.1.-)

55 40 Vac = V m α π 1 sen(α ) Vm + 4π π [ 1+ cos( α) ] = (10* π π sen( ) 1 (10* ) + π 4π π ) π 1 + cos( ) Vac = V (5.1-3) La potencia promedio que se entrega a la carga dado está dada por la ecuación (3..3-6). La máxima potencia que se puede entregar a la carga se da cuando la corriente de entrada es senoidal, igual que el voltaje de entrada y esto ocurre si el ángulo de disparo α = 0 grados. Para este caso la potencia promedio está dada por: P V = m I m Vm = R = ( 10 ) = 100 prom Watts (5.1-4) 144 Para el caso en que se usa un ángulo de disparo α = 90 grados, la potencia solo toma valores con las componentes fundamentales de la corriente y el voltaje, puesto que para el resto de armónicos de corriente no existe un correspondiente de igual frecuencia en voltaje. Por lo que la ecuación (3..3-6) se reduce a: V 1 corresponde al voltaje de alimentación, definido como: V1 I1 P prom = cos( ϕ1 ϑ1 ) (5.1-5) V = Vm sen( ω ) (5.1-6) 1 t

56 El término cos( ϕ1 ϑ1 ) corresponde al factor de desplazamiento de la componente fundamental de corriente respecto a la señal de voltaje de entrada, y está dado por la ecuación ( ). Para α = 90 grados se tiene: ϕ = tan 1 π sen π 1 π π + sen * 41 ϕ = radianes (5.1-7) La componente fundamental I 1 se halla mediante las ecuaciones (3..3-5), ( ) y ( ), obteniéndose: Vm Vm I1 = cos( ϖ t) + sen( ϖ t) (5.1-8) π R R Donde solo el termino asociado la componente senoidal de la fundamental se considera para el cálculo de potencia, puesto que el coseno del ángulo de desfase entre la señal de seno y coseno es igual a cero. De esta forma la potencia promedio entregada a la carga según la ecuación (5.1-5) da como resultado: P prom V m = (5.1-9) 4R Para el caso en que la carga consiste en una bombilla de 100 Watts, la resistencia asociada a la misma correspondería a: Vrms Potecncia = R

57 4 R = 144Ω (5.1-10) Por lo que despejando R en (5.1-9) se obtiene la potencia promedio entregada por la fuente hacia la carga, que corresponde a: ( 10 ) = 50 Pprom = watts (5.1-11) Implementación del rectificador controlado de onda completa monofásico A continuación se muestra la manera de utilizar el Rectificador que será utilizado en el laboratorio de Electrónica de Potencia. Los parámetros principales de este circuito son el voltaje AC de entrada monofásico y el ángulo de disparo α que controla el retardo de activación de los tiristores. La figura 5.1 muestra el Módulo Rectificador. Figura 5.1. Módulo Rectificador del Laboratorio

58 43 La alimentación al módulo rectificador se realiza a un costado de la unidad. El módulo contiene en su entrada un switch ON/OFF, el cual se encarga de permitir la alimentación al circuito (10 Vac). Como se puede observar el módulo consta de distintos circuitos: el Rectificador de Media Onda, Rectificador de Onda Completa y el Rectificador de Onda Completa Controlado. La presente guía desarrolla este último caso. En la siguiente figura se muestra la unidad encargada de controlar los pulsos de disparo de los tiristores. Pulsando estos botones se varia el ángulo de disparo α y con ello se logra aumentar o disminuir el voltaje de salida del rectificador. Figura 5.. Unidad de Control del Angulo de Retardo Para hacer las mediciones del voltaje Vdc obtenido a la salida, se conecta el voltímetro a los puntos de la figura 5.3.

59 44 Figura 5.3. Puntos de medición de Voltaje de Salida Igualmente el módulo mismo contiene un medidor analógico de voltaje el cual debe corresponder al obtenido con el multímetro. Para ajustar el ángulo de disparo α a 90 grados, se hace uso de un osciloscopio digital, donde el canal 1 medirá la señal del voltaje de entrada y el canal la señal del voltaje de salida, ambas señales se tienen que superponer hasta que se vean como en la figura 7.5, con ello se esta garantizando que los tiristores se disparan en α = 90 grados. 5.3 Resultados del laboratorio del rectificador controlado monofásico de onda completa. Una vez ajustado el ángulo de disparo α en 90 grados mediante la observación de señal del voltaje de salida, mida el voltaje Vrms, Vac y Vdc a la salida haciendo uso del osciloscopio, tabule los resultados en la tabla 5-1.