Convertidores alterna continua
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- José Antonio Godoy Vera
- hace 7 años
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1 Tema. Converidores alerna coninua ecciones 4 y 5 Recificadores rifásicos 4.1 nroducción 4. Recificadores no conrolados de media y doble onda 4. Asociación de recificadores no conrolados en serie 4.4 Asociación de recificadores en paralelo 4.4.1Circuios de media onda 4.4. Converidor rifásico de cuaro cuadranes 5.1 Recificadores conrolados 5.1.1Circuios de media onda 5.1.Circuio de onda complea semiconrolado 5.1.Circuio de onda complea oalmene conrolado niversidad de Oviedo 1
2 4.1 nroducción Recificación Moores de CC Hornos de nducción Fundiciones Procesos Elecrolíicos Red rifásica CA CC nversor no auónomo Paneles Solares Baerías Generadores Eólicos niversidad de Oviedo
3 4.1 nroducción Venajas del recificador rifásico respeco al monofásico Mayor poencia de salida Mayor ensión de salida Menor rizado de la ensión de salida Menores exigencias para el filro de la ensión de salida Aplicaciones como correcor del facor de poencia niversidad de Oviedo
4 4.1 nroducción Sisema rifásico de ensiones ) sen ( ω + 10 T ( max o ) O R S T T max o 10 max R S ) -10 o ( ) R max sen ω S( max ) sen ( ω 10 o Tensiones de fase niversidad de Oviedo 4
5 4.1 nroducción Sisema rifásico de ensiones O RS ST o TR ( ) max sen ( ω ) TR R S T ) sen ( ω + 0 RS ( max T o ) max max S 10o 0-90 o o R ST ( max ) sen ( ω 90 o ) Tensiones de línea niversidad de Oviedo 5
6 4. Recificador rifásico de media onda Carga resisiva R R i R D1 - Tres diodos - Necesia neuro S S i S D O T T i T D R R O R S T 5 0 O 150 O 70 O 1 90 O Tensión de salida Máxima en cada insane niversidad de Oviedo
7 4. Recificador rifásico de media onda Tensión de salida Máxima ensión en ánodo Diodo en conducción R R i R D1 S S D O Conduce D1 T T D R R 0 R S T D1 nervalo o 150 o 70 o 90 o niversidad de Oviedo 7
8 4. Recificador rifásico de media onda Tensión de salida Máxima ensión en ánodo Diodo en conducción R R D1 Bloquean D1 y D S S i S D O Conduce D T T D R R 0 R S T D nervalo o 150 o 70 o 90 o niversidad de Oviedo 8
9 4. Recificador rifásico de media onda Tensión de salida Máxima ensión en ánodo Diodo en conducción R R D1 Bloquean D1 y D S S D O Conduce D T T i T D R R 0 R S T D nervalo o 150 o 70 o 90 o niversidad de Oviedo 9
10 4. Recificador rifásico de media onda Valores de la ensión de salida 0 R S T M M Valor medio 5 0 CC M sen( ω) dω M sen M niversidad de Oviedo 10
11 4. Recificador rifásico de media onda Valores de la ensión de salida 0 R S T M M Valor eficaz 0eff 5 ( sen( ω )) M dω M + 1 sen 1 niversidad de Oviedo 11
12 4. Recificador rifásico de media onda Corrienes más significaivas 0 R S T Carga Resisiva M i D1 i D i D 5 1 Valor medio de corriene Valor eficaz de corriene 0CC 0 CC R DCC R 0CC Deff 0eff R R 0 eff 0 eff niversidad de Oviedo Por diodo o fase 1
13 4. Recificador rifásico de media onda Corrienes más significaivas 0 M i R D1 S i D T i D Carga nduciva 5 1 Valor medio de corriene Valor eficaz de corriene 0CC 0 CC R DCC R 0CC Deff 0CC R 0CC 0 eff R niversidad de Oviedo Por diodo o fase 1
14 4. Recificador rifásico de media onda RS D1 Tensión soporada por el diodo D1 R O S S D R O O R S T D 1 D D D M RS RT niversidad de Oviedo 14
15 4. Recificador rifásico de media onda R RT D1 Tensión soporada por el diodo D1 O T D R O O R S T T D 1 D D D M RS RT niversidad de Oviedo 15
16 4. Recificador rifásico de media onda Oros resulados ineresanes O R S T M M 5 1 FF Facor de forma 0eff 0CC M 1 + sen M Facor de rizado r FF 1 FF1.015 r 18.4% niversidad de Oviedo 1
17 4. Recificador rifásico de media onda Caídas de ensión - Componenes no ideales: - Caídas de ensión en los diodos - Resisencia de los devanados - nducancia de dispersión Tensión de codo Transformador a más significaiva Depende de D e niversidad de Oviedo 17
18 4. Recificador rifásico de media onda Caída de ensión debido a la inducancia de dispersión Proceso de conmuación no insanáneo debido a D. Corriene consane por la carga. R R S d d D1 D R S S T d D T T Transformador deal O nducancia de dispersión en serie R niversidad de Oviedo 18
19 4. Recificador rifásico de media onda Caída de ensión debido a la inducancia de dispersión En la conmuación: Conmuación D1 y D conducen simuláneamene R S di D1 () d d di D () d d d i D1 () i D () D1 D T d D i ( D 1 ) + id ( ) d O Se aplica la ley de mallas a las dos ramas. Sumando: d( id1 + D R( ) + S( ) O + d niversidad de Oviedo ( ) i d 0 ( )) 1 ( ) R S ( ( ) ( )) O + Evolución de la ensión de salida durane la conmuación 19
20 4. Recificador rifásico de media onda Caída de ensión debido a la inducancia de dispersión O R S T δ 1 ( ) R S ( ( ) ( )) O i D1 () nervalo de conmuación i D () Evolución de las corrienes δ niversidad de Oviedo 0
21 4. Recificador rifásico de media onda Caída de ensión debido a la inducancia de dispersión a evolución de la corriene i D () se obiene de: R S D di D1 () d D di D () D d i D1 () i D () D1 D D di D ( ) d S ( ) 0 ( ) 1 ( ( ) ( )) S R T D O 1 ( ) R S ( ( ) ( ) ) O + ( ( ) ( ) ) D ( ) S R M sen( ω 150º ) di d D negrando D i D ω M 5 ( ) 5 sen ( ω ) dω D niversidad de Oviedo 1
22 niversidad de Oviedo lamando δ al inervalo de conmuación a conmuación finaliza cuando i D () 5 cos 1 ) ( max δ ω δ d i D Despejando δ ω + δ M D 1 5 arccos d V D S R S ω ω δ ) ( ) ( ) ( El valor medio de la caída de ensión es: 4. Recificador rifásico de media onda Caída de ensión debido a la inducancia de dispersión 5 R S δ O
23 4. Recificador rifásico de media onda Caída de ensión debido a la inducancia de dispersión Valor insanáneo de la ensión de salida (en δ): 0 () 1 ( () ()) R + S O R S T δ Valor medio de la ensión de salida: M sen ω 0 0 M sen V O () D i D1 () i D () 5 δ 1 niversidad de Oviedo
24 4. Recificador rifásico de doble onda Conexión esrella D 0 D1 D R RS R S T TR ST 0 () D4 D5 D Seis diodos. Mayor ensión media en la salida. Menor rizado de ensión en la salida. Frecuencia seis veces superior a la de red. niversidad de Oviedo 4
25 4. Recificador rifásico de doble onda nervalos de conducción de los diodos O RS RT ST SR TR TS D1-D5 D1-D D-D D-D4 D-D4 D-D5 R S T D1 D D D5 D D4 D5 niversidad de Oviedo
26 4. Recificador rifásico de doble onda Conducción de los diodos enre: y D1 R D D S 0 () T D4 D5 D S T niversidad de Oviedo
27 4. Recificador rifásico de doble onda Conducción de los diodos enre: y 5 D1 R D D S 0 () T D4 D5 D S T niversidad de Oviedo 7
28 4. Recificador rifásico de doble onda Conducción de los diodos enre: 5 y 7 D1 R D D S 0 () T D4 D5 D T R niversidad de Oviedo 8
29 4. Recificador rifásico de doble onda Valores más significaivos: O 1.- Valor medio de ensión. RS RT ST SR TR TS D1-D5 D1-D D-D D-D4 D-D4 D-D5 R S T D1 D D D5 D D4 D5 1.5 M niversidad de Oviedo o 0 CC RS ( ω) dω M sen( ω 0 ) dω + M es la ampliud de la ensión de fase. 11 M 9
30 4. Recificador rifásico de doble onda Valores más significaivos:.- Valor eficaz de ensión O RS RT ST SR TR TS D1-D5 D1-D D-D D-D4 D-D4 D-D5 R S T D1 D D D5 D D4 D eff ( ω ) ω RS d M M niversidad de Oviedo 0
31 4. Recificador rifásico de doble onda Valores más significaivos: Facor de forma 0 TS RS RT ST SR TR TS FF 0eff 0CC M 1 M R S T D1 D D D5 D D4 D5 FF Facor de rizado r FF 1 r 0,04 niversidad de Oviedo 1
32 4. Recificador rifásico de doble onda Valores más significaivos de corriene: 0 TS RS RT ST SR TR TS Carga resisiva R S T o D1 D D D5 D D4 D5 Valor medio de corriene Valor eficaz de corriene 0CC 0 CC R DCC R 0CC Deff 0 eff R R 0 eff 0 eff Por diodo o fase niversidad de Oviedo
33 4. Recificador rifásico de doble onda Valores más significaivos de corriene: 0 TS RS RT ST SR TR TS Carga induciva R S T D1 D D D5 D D4 D5 Valor medio de corriene Valor eficaz de corriene 0CC 0 CC R DCC R 0CC Deff 0CC R 0CC 0 eff R Por diodo o fase niversidad de Oviedo
34 4. Recificador rifásico de doble onda Valores más significaivos de corriene: Carga induciva 0 TS RS RT ST SR TR TS D1 R S D D 0 () R S T D1 D D T D4 D5 D D5 5 D 7 D D5 i R Corriene en la fase R niversidad de Oviedo 4
35 4. Recificador rifásico de doble onda O + R D1 D D1 RS D R Tensión en uno de los diodos del puene: D1 + + S T O () o R S T D1 D1 RS RT niversidad de Oviedo 5
36 4. Recificador rifásico de doble onda O + R D1 D1 D D R Tensión en uno de los diodos del puene: D1 + + S T RT O () o R S T D1 D1 RS RT niversidad de Oviedo
37 4. Recificador rifásico de doble onda 0 O Conexión riángulo Siempre conducen los dos diodos con mayor ensión en valor absoluo - S R - T S - R R T D1 S T D4 D D D 0 () D1-D5 D1-D D-D D-D4 D-D4 D-D5 D5 D1 D D D5 D D4 D niversidad de Oviedo 7
38 4. Recificador rifásico de doble onda Corrienes por los devanados. Carga induciva Cuando conducen D1 y D5: Cuando conducen D1 y D: S S + R R 0 R 0 S R + R S 0 R 0 niversidad de Oviedo 8
39 4. Recificador rifásico de doble onda Carga induciva O - S R - T S - R T Cuando conducen D y D: D1-D5 D1-D D-D D-D4 D-D4 D-D5 D1 D D D5 D D4 D i R 0 T T + R R 0 R 0 0 Corriene en la fase R es más senoidal 0 niversidad de Oviedo 9
40 4. Asociación serie Objeivo: Aumenar la ensión de salida Disminuir el rizado Ejemplo El nivel medio de 1 y debe ser el mismo ( n ) R ( N niversidad de Oviedo R ) N n 40
41 4. Asociación serie 0 n RS n RT n ST n SR n TR n TS -N S N R -N T N S -N R N T -N S R S T D1 D D D5 D D4 D5 a ensión de salida es la suma de 1 (color negro) y (color rojo). El nivel de rizado en la salida es realmene muy pequeño. niversidad de Oviedo 41
42 4.4 Asociación paralelo Objeivo: Reparir la corriene de salida. Disminuir el rizado. Ejemplo Se preende que no haya desequilibrios en la conducción de los diodos, por lo que ambos secundarios esán conecados en oposición de fase. niversidad de Oviedo 4
43 4.4 Asociación paralelo Equivalencia con un sisema hexafásico O - S R - T S - R T D D5 D1 D D D4 D D5 niversidad de Oviedo Cada diodo conduce oda la corriene de salida durane un sexo del periodo: DPCO 0 DCC 0 4
44 4.4 Asociación paralelo Para igualar la corriene insanánea de los dos recificadores se emplea una bobina ecualizadora. a bobina: Presena ala inducancia. Sopora la ensión diferencia enre recificadores. 1 - Efeco de la bobina sobre la ensión: niversidad de Oviedo 44
45 4.4 Asociación paralelo O - S R - T 1 0 S - R T D5 D D4 D5 D 7 9 a ensión de salida de los recificadores es la suya caracerísica. a ensión de salida es la media de ambas. a ensión de la bobina es la diferencia enre 1 y, y se puede considerar lineal. niversidad de Oviedo D1 D D
46 4.4 Asociación paralelo Ejemplo Habrá conducción simulánea de ambos recificadores. Aplicando el desarrollo de Fourier: - En coninua la inducancia ecualizadora no iene efeco. - Para las componenes alernas, la inducancia ecualizadora es mucho menor que la inducancia de la carga. niversidad de Oviedo 4
47 4.4 Asociación paralelo Circuio equivalene en coninua: Recificador 1 Recificador 1CC o / CC o / o R occ 0 CC 1CC CC 0 0 R CC Circuio equivalene en alerna: 1AC i i AC niversidad de Oviedo i oac 0 R oac i 1 () d ( ) > 0 i pico 1AC AC Y para que los diodos conduzcan siempre: condición para dimensionado de la bobina ecualizadora. d 47
48 4.4 Asociación paralelo O R 0 D5 D D4 D5 T/ i D D1 D D niversidad de Oviedo 48
49 5.1.1 Recificador rifásico de media onda conrolado R R S T1 T Enrada en conducción S T Carga nduciva T T O R Tensión posiiva enre ánodo cáodo mpulso de corriene en puera Tres irisores Tensión de salida variable. Depende de α (ángulo de disparo) Tensión posiiva y negaiva Poencia variable Funcionamieno en dos cuadranes niversidad de Oviedo 49
50 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado R R S T1 G1 G Referencia de disparos S T T T T G 0 R O R S T α ángulo de disparo G1 0 α 5 α G G niversidad de Oviedo 50
51 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado Angulo de disparo de T1: R R T1 S T S T T R 0 R S T T 0 5 T1 T T α niversidad de Oviedo 51
52 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado Angulo de disparo de T: R R T1 S T S T T R 0 R S T T 0 5 T1 T α T niversidad de Oviedo α 5
53 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado Angulo de disparo de T: R R T1 S T S T T R 0 R S T T 0 5 T1 T α T niversidad de Oviedo α α 5
54 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado O R S T 0 + α α Valor medio y eficaz 0CC 5 + α + α M sen ω dω M cos α 5 +α 1 ω ω 0eff + M sen d M cos +α 8 niversidad de Oviedo α 54
55 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado Caso en que α90º R 0 RT Caída de ensión en T1 R S T RT S T T1 T T T O R 0 + T α T1 - + T - + RS T1 T Valor medio nulo T Variación del ángulo de reraso α niversidad de Oviedo 55
56 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado Caso en que α150º Caída de ensión en T1 R S T1 0 RS RT RS R S T T T T T O R 0 T α 5 T1 T Tensión de salida siempre negaiva. T1 T T Energía devuela a la enrada. Variación del ángulo de reraso α niversidad de Oviedo 5
57 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado Caso en que α180º Caída de ensión en T1 R RS RT RS S T T1 T T T O R 0 0 α R S T T 5 T1 T Tensión de salida mínima (más negaiva). Energía devuela a la enrada máxima. niversidad de Oviedo T1 T T Variación del ángulo de reraso α 57
58 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado Comporamieno con carga resisiva O α R S T T1 T T α 5 4 α 0 < α < Valor medio 0CC 5 +α +α Tensión de salida siempre posiiva M sen ω dω M cos α niversidad de Oviedo 58
59 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado Comporamieno con carga resisiva O R S T < α < 5 α T1 T T 7 α max Valor medio a ensión de salida se anula pero no se hace negaiva ω ω + 0CC M sen d M 1 cos + α niversidad de Oviedo + α 59
60 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado Variación de la ensión de salida Zona de recificador (se enrega energía a la carga) O M M Carga resisiva o con diodo de libre circulación Carga induciva 5 α Zona como inversor (se devuelve energía a la enrada) α 0 0 M o α M niversidad de Oviedo 0
61 5.5.1 Recificador rifásico de media onda conrolado Comporamieno con carga induciva y diodo de libre circulación R S T R S T T1 T T D R 0 0 T1 α R S T T1 T T α max 7 Cuando la la ensión de de salida se se iende a ser ser negaiva, el el diodo de de libre circulación se se polariza direcamene y enra en en conducción. T T D Diodo de libre circulación niversidad de Oviedo 1
62 5.5. Recificador rifásico de doble onda semiconrolado Tres diodos y res irisores Funcionamieno en un cuadrane Aplicaciones de ala poencia T O A Tensión de salida viene expresada como diferencia de: R S T 1 T O R Recificador rifásico media onda conrolado ( AN ) - Recificador rifásico no conrolado ( BN ) 0 AN BN T D 4 D 5 D O B Carga nduciva ( 1+ cos α ) niversidad de Oviedo
63 5.5. Recificador rifásico de doble onda semiconrolado O TS ST TR RS RT SR R S T O 0 < α < AN α 5 α 7 BN a a ensión de de salida es es siempre posiiva y coninua. ω + RS d + α eff ω + RS d + α niversidad de Oviedo dω 5 +α 0CC RT M ( 1 + cos α) 5 + α 0 RT dω M + 4 cos α
64 5.5. Recificador rifásico de doble onda semiconrolado α R S T 1 T O T A R AN RS ST TR R S T α T T1 T T AN O BN RS ST TR T D 4 D 5 D R S T Ése Ése es es el el ángulo de de disparo límie límie para para que que no no exisan ramos de de ensión cero. cero. B D D1 D D BN niversidad de Oviedo 4
65 5.5. Recificador rifásico de doble onda semiconrolado O TS RS RT ST SR TR α R S T AN 7 O α BN 7 0CC RT dω M niversidad de Oviedo + α ( 1+ cosα) 7 ω α + 1 0eff RS d M sen + α 4 α 5
66 5.5. Recificador rifásico de doble onda semiconrolado α > T T 1 R S O T O A R Ahora aparecerán ramos con con ensión cero, cero, porque AN y AN BN BN coinciden en en ellos. ellos. T D 4 D 5 D AN RS ST TR B BN RS ST TR R S T AN R S T BN T T1 T T D D1 D D α10º niversidad de Oviedo
67 5.5. Recificador rifásico de doble onda semiconrolado O TS RS RT ST SR TR R S T α > α 7 O AN BN 7 0CC RT dω M niversidad de Oviedo + α ( 1+ cosα) 7 1 0eff RT dω M α + sen α + α 4 7
68 5.5. Recificador rifásico de doble onda semiconrolado a ensión de salida depende del ángulo de disparo α 0 < α < Margen de variación del ángulo de disparo α O M Carga induciva Tensión de salida siempre posiiva o coninua α α > Tensión de salida disconinua. Tramos de ensión cero niversidad de Oviedo 8
69 5.5. Recificador rifásico de doble onda conrolado Seis irisores. Funcionamieno en dos cuadranes. Tensión de salida posiiva y negaiva. Combinación de dos recificadores de media onda conrolados. Poencias elevadas. O T 1 T T A R R S T 0 0 AN BN T 4 T 5 T B niversidad de Oviedo 9
70 5.5. Recificador rifásico de doble onda conrolado AN RS ST TR R S T AN T T1 T T α R 0 < α < T 1 T T O A R BN RS ST TR S T 0 R S T T 4 T 5 T B α T4 T5 T T4 niversidad de Oviedo BN 70
71 5.5. Recificador rifásico de doble onda conrolado 0 < α < 0 RS ST TR R S T O AN - BN α α AN BN 0CC +α +α RS niversidad de Oviedo dω M cos α +α ω + 1 0eff RSd M cos +α 4 α 71
72 5.5. Recificador rifásico de doble onda conrolado O RS ST TR RS S T α BN O AN - BN α AN α / VAOR MEDO NO niversidad de Oviedo 7
73 5.5. Recificador rifásico de doble onda conrolado AN BN RS RT ST SR TR TS RS R S T α T T 1 T AN RS RT ST SR TR TS RS α > T 1 T T O R S 0 T A R R S T BN T 4 T 5 T B T 4 T 5 α T T 4 niversidad de Oviedo 7
74 5.5. Recificador rifásico de doble onda conrolado α > 0 RS ST TR R S T α α BN AN O AN - BN 0CC +α +α RS niversidad de Oviedo dω M cos α +α ω + 1 0eff RSd M cos +α 4 α VAOR MEDO NEGATVO 74
75 5.5. Recificador rifásico de doble onda conrolado Variación de la ensión de salida Recificador O M M Carga induciva α nversor α 0º 0 M o α M niversidad de Oviedo 75
76 CONEXÓN EN SERE DE DOS RECTFCADORES TRFÁSCOS DE ONDA COMPETA NO CONTROADOS Secundario en riángulo R S T R S T Secundario en esrella DC(+0 V) DC(-0 V) COMN niversidad de Oviedo 7
77 CONEXÓN EN SERE DE DOS RECTFCADORES TRFÁSCOS DE ONDA COMPETA NO CONTROADOS R R S S T T niversidad de Oviedo DC(-) COMÚN DC(+) 77
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