FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Electrónica y Control Carrera de Ingeniería Eléctrica

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1 FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Electrónica y Control Carrera de Ingeniería Eléctrica LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA 1. TEMA PRÁCTICA N 10 RECTIFICADOR MONOFÁSICO TIPO PUENTE SEMICONTROLADO Y TOTALMENTE CONTROLADO 2. OBJETIVOS 2.1. Diseñar e implementar un rectificador monofásico tipo puente semicontrolado y totalmente controlado 3. MARCO TEÓRICO En la presente práctica se implementará el circuito de control y potencia para un rectificador monofásico tipo puente controlado y semicontrolado al cual se conectarán varios tipos de carga. El circuito de control será implementado por el estudiante en base a los circuitos de control ya estudiados. Se debe tomar en cuenta que el circuito de disparo debe estar correctamente aislado para poder activar cada uno de los elementos de potencia (tiristores). 4. TRABAJO PREPARATORIO 4.1. Indicar las aplicaciones de los rectificadores semicontrolados y totalmente controlados Dimensionar los elementos que forman parte de un rectificador totalmente controlado tipo puente, para un ángulo de disparo entre 10 y 170 grados y un voltaje de entrada de 127 [V RMS]. Considerando una carga de 100W a 127VRMS. Justificar los elementos de acuerdo a las características de sus respectivas hojas de datos Diseñar el mecanismo de acoplamiento de los pulsos que entrega el circuito de control a los tiristores. Se puede utilizar el esquema de la Figura 1.

2 Figura 1. Rectificador de onda completa y acoplamiento de señal de control NOTA: Tomar en cuenta que las tierras del circuito de control son diferentes a la referencia del circuito de potencia Diseñar el circuito de control sincronizado con la red para un rectificador controlado tipo puente, con un ángulo de disparo entre 10 y 170 grados aproximadamente Simular los circuitos de potencia y control de un rectificador tipo puente totalmente controlado para un ángulo de disparo entre 10 y 170 grados de acuerdo a la tabla que se muestra a continuación. Presentar las formas de onda de voltaje y corriente en la carga, en la línea y en los semiconductores para carga R, RL, RLE y RL(-E), RL+DC, RLE+DC. Adicional, completar la Tabla 2 de acuerdo al ángulo asignado (Tabla 1) considerando: Día Ángulo de disparo Lunes α = 90º Miércoles α = 30º Jueves α = 60 º Viernes α = 120º Tabla 1. Ángulo de disparo rectificador totalmente controlado.

3 CARGA LÍNEA I RMS P (W) Q (VAR) S (VA) I RMS R RL RLE RL(-E) RL+DC RLE + DC f p THD Corriente % Tabla 2. Valores en la carga y línea rectificador monofásico controlado NOTA: Para la simulación de carga R y RL se debe considerar Vpico=120 2 (V), R=160 (Ω), L= 20 (mh). Mientras que para carga RLE (motor DC) R=5 (Ω), L= 11 (mh), y E= Fuerza contra electromotriz Modificar el circuito anterior para simular un rectificador tipo puente semicontrolado y de acuerdo a la Tabla 3 y presentar las formas de onda de voltaje y corriente en la carga, en la línea y en los semiconductores. Adicional, completar la Tabla 4. Día Ángulo de disparo Lunes α = 15º Miércoles α = 30º Jueves α = 60º Viernes α = 90º Tabla 3. Ángulo de disparo rectificador monofásico semicontrolado.

4 5. EQUIPO Y MATERIALES Fuente de poder DC. Puente de Diodos Transformador de Aislamiento Osciloscopio. Analizador de armónicos Fluke 41B. Foco de 100 W, 120 V. Inductor. Multímetro. Motor de DC. Puntas de prueba de voltaje. CARGA LÍNEA I RMS P (W) Q (VAR) S (VA) I RMS R RL RLE RL+DC RLE + DC f p THD Corriente % Tabla 4. Valores en la carga y línea rectificador monofásico semicontrolado

5 6. PROCEDIMIENTO RECTIFICADOR MONOFÁSICO TOTALMENTE CONTROLADO 6.1. Tomar formas de onda de voltaje y corriente en la carga, en la línea y en los semiconductores con carga resistiva (R) de acuerdo al ángulo de disparo asignado en la Tabla 1. Tomar las medidas de P, Q, S, fp, fpd, THD% de corriente en la línea Para carga RL determinar el ángulo de extinción β, posteriormente modificando el ángulo de disparo, determinar el alfa crítico Para carga RLE tomar formas de onda voltaje y corriente en la carga, en la línea y en los semiconductores. RECTIFICADOR MONOFÁSICO SEMICONTROLADO 6.4. Para el rectificador tipo puente semicontrolado con carga WL>>R, medir el voltaje, corriente RMS en la línea y en la carga para los ángulos asignados en la Tabla 3, así como el voltaje medio en la carga. Tomar formas de onda de: Voltaje y corriente en la línea y en la carga. Voltaje y corriente sobre uno de los diodos. 7. INFORME 7.1. Presentar los circuitos de potencia y control implementados y las diferentes formas de onda obtenidas para los distintos casos Realizar una tabla con los valores obtenidos en el literal 6.1 durante la práctica, los resultados de la simulación y los valores teóricos. Presente los errores obtenidos y la posible causa de los mismos Para el numeral 6.2 del trabajo práctico, determinar de forma teórica y por simulación el ángulo de extinción β y el ángulo alfa crítico. Presente el error obtenido y comente respecto a dichos valores.

6 7.4. Para el caso con carga RL (ωl>>r), determinar por forma teórica y por simulación los parámetros obtenidos en el numeral 6.4. Presente los errores obtenidos en la práctica respecto a la simulación y los comentarios respecto a los mismos Conclusiones y recomendaciones Bibliografía. 8. REFERENCIAS [1] José Rodríguez, Pablo Lezana, Samir Kouro, and Alejandro Weinstein. 11 single phase controlled rectifiers. In Muhammad H. Rashid, editor, Power Electronics Handbook (Third Edition), pages Butterworth-Heinemann, Boston, third edition, [2] Tirtharaj Sen, Pijush Kanti Bhattacharjee and Manjima Bhattacharya, Design And Implementation Of Firing Circuit For Single-Phase Converter, International Journal of Computer and Electrical Engineering, vol. 3, pp , June 2011 [3] Mukesh Gupt Sachin Kumar, Vagicharla Karthik DESIGN, FABRICATION AND TESTING OF COSINE CONTROL FIRING SCHEME FOR SINGLE PHASE HALF CONTROLLED BRIDGE RECTIFIER International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering (ISO 3297: 2007 Certified Organization) Vol. 2, Issue 8, August 2013 Elaborado por: Revisado por: Ing. Nataly Pozo Viera, M.Sc. Dr. Alberto Sánchez / Dr.-Ing. Marcelo Pozo