domingo, 3 de febrero de 2019

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Convertidores AC/DC - Análisis de Señales






Rectificadores controlados electrónica de potencia




Convertidor AC-DC Con PIC, SCR y Display





Rectificador de onda completa








Convertidor AC-DC Trifásico



Convertidor AC-DC Trifásico

Es un dispositivo electrónico capaz de convertir una corriente alterna de entrada en una corriente continua de salida, mediante dispositivos semiconductores capaces de manejar grandes potencias como diodos, tiristores, válvulas de mercurio (usados hace más de 100 años), entre otros. El rectificador trifásico cumple con la misma función que un rectificador monofásico, con la diferencia que estos rectificadores son alimentados por fuentes trifásicas, por lo que son más eficientes y pueden manejar grandes potencias, ya que en su salida presentan menor rizado de la señal. Son utilizados principalmente en la industria para producir voltajes y corrientes continuas que generalmente impulsan cargas de gran potencia, como motores DC. A pesar de que estos rectificadores presentan menos rizo que un rectificador convencional, en muchas aplicaciones el factor de potencia y la distorsión armónica total de la línea se ven afectados, es por ello que se requiere el uso de filtros de armónicos.

Rectificador trifásico no controlado: Este tipo de rectificadores emplea como semiconductor el diodo. Se denominan de este modo porque no se puede controlar la potencia de salida, es decir, para una tensión fija de entrada la tensión de salida es también fija. En un circuito rectificador trifásico no controlado de 6 pulsos, los diodos se enumeran en el orden de las secuencias de conducción y cada uno conduce 120°. La secuencia de conducción para los diodos son D1-D2, D2-D3, D3-D4, D4-D5, D5-D6 y D6-D1.





Rectificador trifásico controlado: Este tipo de rectificador permite variar el voltaje promedio de salida, empleando para su funcionamiento tiristores de potencia con los cuales se puede variar el ángulo de disparo y por ende la potencia entregada a la carga. Los tiristores se disparan a un intervalo de π/3. La frecuencia del rizo de voltaje en la salida es seis veces la frecuencia de la fuente de entrada (6fs), y el filtrado resulta menos complejo en comparación con el de los convertidores de media onda ya que este presenta menos rizo en el voltaje de salida.







Rectificador trifásico de doce pulsos: Un puente trifásico produce un voltaje de salida de seis pulsos. Para aplicaciones con grandes potencias, como por ejemplo transmisión de CC de alto voltaje (HVDC), y para impulsores de CC para motores, se requiere en general una salida de doce pulsos para reducir los rizos en la salida, y para aumentar las frecuencias de los mismos. Se pueden combinar dos puentes de seis pulsos, sea en serie o en paralelo, para producir una salida con 12 pulsos efectivos. Para el circuito del convertidor se puede obtener un desplazamiento de fase de 30° entre los devanados secundarios, conectando un secundario en estrella (Y) y el otro en delta (Δ).

















Convertidor AC-DC Bifásico


Convertidor Bifásico

Se trata de  uno de los circuitos que permite una rectificacion de onda completa se conoce por rectificador bifásico de onda completa. Se caracteriza porque requiere un transformador con toma media en el segundario, con lo cual se obienen dos tensiones en defase, o sea, desfasadas 180° entre sí. Con respecto al punto medio del segundario (0), cuando en un terminal aparece el semiciclo positivo en el otro se encuentra el negativo, y viceversa. Se muestra tambien la diferencia de potencial que se obtiene entre las dos fases en dos instantes de la onda. Así, el funcionamiento básico del circuito rectificador se deduce muy facilmente. Como las tensiones que reciben los diodos van en contrafase, se produce una conduccion alternada de los diodos. Cada vez que aparece el semiciclo positivo en una de las fases, conduce el diodo correspondiente. Por ejemplo, cuando en la primera fase aparece el semiciclo positivo, conduce el diodo, mientras que en la otra fase o voltaje dos el diodo se encuentra bloqueado, es decir, no conduce porque está recibiendo un semiciclo negativo.



Convertidor AC-DC Monofásico



Un rectificador convierte la corriente alterna en corriente continua. La finalidad de un rectificador puede ser generar una onda de tensión o corriente continua pura o con un nivel determinado de corriente continua. En la practica los rectificadores de media onda se utilizan en las aplicaciones de baja potencia debido a que estos introducen sobre el sistema de alterna, corriente media con contenido diferente de cero. Esta corriente media ocasiona problemas de saturación en las máquinas eléctricas y en especial en los transformadores. Aunque sus aplicaciones son limitadas, merece la pena su estudio ya que su compresión permitirá el análisis de configuraciones más compleja de los puentes convertidores de electrónica de potencia.


Convertidor Monofásico Ac-Dc De Media Onda

Consiste en el circuito de un rectificador monofásico de media onda,en donde el diodo  rectificador  se  ha  reemplazado  por  un  tiristor.  La  figura  68,  muestra  el circuito,  el  primer  cuadrante,  es  decir  voltaje  DC  y  corriente  DC  en  la  carga positivos y las formas de onda respectivas. Obsérvese  cómo  durante  el  semiciclo  positivo  de  Vs,  el  tiristor  se  encuentra polarizado  directamente,  pero  no  conduce  hasta  que  al  terminal  de  puerta  se  le aplique un pulso o disparo de tensión en  ωt = α. A partir de ese momento, la tensión Vs queda aplicada a la carga R el resto del semiciclo positivo hasta que ωt = π. A partir de ese momento se inicia el semiciclo negativo, quedando el tiristor polarizado inversamente, apagándose o dejando de conducir de forma natural, ya que además la corriente del mismo, io, ha llegado a cero y ha quedado pordebajo de la corriente de mantenimiento. El SCR queda apagado desde ωt = π hasta ωt = 2π.

Figura 68
Convertidor Monofásico Ac-Dc De Onda Completa


Consiste en el circuito de un rectificador monofásico de onda completa, en donde los  diodos  rectificadores  se  han  reemplazado  por  tiristores  yla  carga  se  asume altamente inductiva, de tal manera que la corriente por la carga es continua y libre de   componentes   armónicas,   ya   que   la   carga   se   comporta   como   un   filtro pasabajas.  La  figura  69,  muestra  el  circuito,  los  cuadrantes  de  operación,  en dondeexisten dos posibilidades de polaridad de la carga en cuanto al voltaje DC (positivo o negativo), mientras que la corriente DC en la carga es siempre positiva. También se muestran las formas de onda respectivas.Figura 69. Convertidor monofásico AC-DC onda completa, carga inductivaDurante  el  semiciclo  positivo  los  tiristores  1  y  2  se  encuentran  polarizados directamente  y  se  disparan  simultáneamente  cuando  ωt  =  α. En  ese  momento  se  disparan  al  mismo  tiempo  los tiristores  3  y4  que  se  encuentran  polarizados  directamente  y  se  apagan  los tiristores   1y2   de   forma   automática,   pues   ya   se   encontraban   polarizados inversamente.Durante el intervalo ωt = α hasta ωt = π, el voltaje de entrada Vs y la corriente de entrada is son positivos y por lo tanto la potencia fluye de la red de alimentación a la carga. En este caso el convertidor funciona en modo de rectificación. Durante el intervalo  ωt  = π   hasta  ωt  = π  +  α,  el  voltaje  de  entrada  Vs   es negativo  y la corriente de entrada is  es positiva y por lo tanto la potencia fluye desde la carga a  la  red  de  alimentación,  es  decir  de  forma  inversa.  En  este  caso  el  convertidor funciona  en  modo  de  inversión.  Este  tipo  de  convertidor  se  emplea  mucho  en  la industria hasta potencias de unos 12 KW.






Figura 69















Convertidor AC-DC (Conceptos Básicos)


Convertidor CA-CD 

Un convertidor de corriente alterna en corriente continua directa parte de un rectificador de onda completa, su carga puede ser puramente resistiva. Su misión fundamental es proporcionar energía eléctrica en forma de corriente continua a partir de una fuente de corriente alterna (normalmente la red.).La corriente continua se obtiene aprovechando determinados trozos de la corriente alterna de cada una de las fases de entrada:




El resultado es una corriente de una sola polaridad pero variable. Se pueden utilizar distintos filtros para eliminar las componentes variables de la salida y conseguir una corriente continua más pura. Utilizando semiconductores controlables (tiristores) se puede ajustar la duración del trozo de tensión alterna aprovechable y de esa forma conseguir corriente continua con valor medio variable entre ciertos límites (incluso negativos):



En muchas aplicaciones industriales, la carga eléctrica alimentada requiere una tensión continua. La conversión CA/CC es realizada por convertidores estáticos de energía, comúnmente denominados rectificadores. Por tanto, un rectificador es un sistema electrónico de potencia cuya función es convertir una tensión alterna en una tensión continua. En una primera clasificación, podemos diferenciar los rectificadores de acuerdo con el número de fases de la tensión alterna de entrada. Los rectificadores no controlados son aquellos que utilizan diodos como elementos de rectificación, en cuanto que los controlados utilizan tiristores o transistores.
Hoy en día, el uso de circuitos de electrónica de potencia abarca un mercado muy amplio, sus usos van desde control a conmutación y conversión de energía, se encuentran en dispositivos como rectificadores, control de fase, variadores de velocidad, fuentes de alimentación ininterrumpida, fuentes de alimentación conmutadas, entre muchos otros. Dado al amplio campo en el que se desenvuelve esta rama de la ingeniería eléctrica es de esperarse del estudiante un conocimiento en lo que concierne tanto a la teoría como a la puesta en práctica de circuitos de este tipo, es por tanto que se desea realizar una metodología de aprendizaje practico con el propósito de guiar al estudiante a través de las etapas básicas de aplicaciones comunes (a pesar de la antigüedad del esquema básico del circuito) como lo es un rectificador monofásico controlado por medio de SCR.

Rectificador: es el dispositivo electrónico que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio (actualmente en desuso).Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se les clasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases.

 Bobina monofásica no controlada: La rectificación no controlada requiere un estudio previo de las necesidades, ya que el circuito rectificador tan solo funcionará de la forma correcta si todas las condiciones de contorno con las que se ha realizado el cálculo se cumplen. Es decir, tanto la tensión de entrada como la carga RL han de ser las especificadas.

Circuitos rectificadores de media ronda: Es construido con un diodo ya que este puede mantener el flujo de corriente en una sola dirección, se puede utilizar para cambiar una señal de CA a una de CC. En la figura I. se muestra un circuito rectificador de media onda. Cuando la tensión de entrada es positiva, el diodo se polariza en directo y se puede sustituir por un corto circuito. Si la tensión de entrada es negativa el diodo se polariza en inverso y se puede remplazar por un circuito abierto. Por tanto cuando el diodo se polariza en directo, la tensión de salida a través de la carga se puede hallar por medio de la relación de un divisor de tensión.




Rectificador de onda completa: convierte la totalidad de la forma de onda de entrada en una polaridad constante (positiva o negativa) en la salida, mediante la inversión de las porciones (semiciclos) negativas (o positivas) de la forma de onda de entrada. Las porciones positivas (o negativas) se combinan con las inversas de las negativas (positivas) para producir una forma de onda parcialmente positiva (negativa).

Rectificador de onda completa mediante dos diodos con transformador de punto medio: El transformador convierte la tensión alterna de entrada en otra tensión alterna del valor deseado, esta tensión es rectificada durante el primer semiciclo por el diodo D1 y durante el segundo semiciclo por el diodo D2, de forma que a la carga R le llega una tensión continua pulsante muy impura ya que no está filtrada ni estabilizada. En este circuito tomamos el valor de potencial 0 en la toma intermedia del transformador.

Rectificación monofásica controlada: Es un tipo de regulación mucho más complicada de implementar, pero proporciona un control total de la carga. El esquema de este tipo de rectificadores sería como el de los anteriormente expuestos, añadiendo entre la carga y la salida rectificada, de forma conceptual, un interruptor. Este 'interruptor' denominados tiristores (SCR) permitiría cortar el paso de la señal dentro de un ángulo correspondiente entre 0 y 180 grados de la onda Senoidal, permitiendo un control de potencia dentro de esos ángulos de disparo.

Filtrado: la corriente obtenida en la salida de los rectificadores no es propiamente continua y dista mucho de ser aceptablemente constante, lo que la inutilizaría para la mayoría de las aplicaciones electrónicas. Para evitar este inconveniente se procede a un filtrado para eliminar el rizado de la señal pulsante rectificada. Esto se realiza mediante filtros RC (resistencia-capacitancia) o LC (inductancia-capacitancia), obteniéndose finalmente a la salida una corriente continua con un rizado que depende del filtro y la carga, de modo que sin carga alguna, no existe rizado. Debe notarse que este filtro no es lineal, por la existencia de los diodos que cargan rápidamente los condensadores, los cuales a su vez, se descargan lentamente a través de la carga.

CLASIFICACIÓN DE LOS CONVERTIDORES CA/CC
 Para la clasificación de estos dispositivos se utilizan diversos criterios:
En función del nº de fases de la fuente de alterna:
  a) Monofásicos.
  b) Trifásicos.
  c) Hexafásicos.

En función de la posibilidad de control:
a) No controlados o rectificadores. − No se puede controlar la magnitud de la tensión continua, que será siempre fija. Se construyen con diodos.
b) Controlados. − Se puede regular la magnitud de la tensión CC mediante el control de la zona de conducción de los semiconductores de cada fase. − Tradicionalmente se construyen con tiristores de los que se controla el instante de comienzo de conducción (control por fase). La extinción se produce de forma natural: cuando pasa la corriente por cero o cuando se dispara el tiristor de otra fase hacia el que se desvía la corriente continua. 
c) Semicontrolados − Se construyen de forma mixta con diodos y tiristores y pueden controlar la magnitud de la tensión continua de salida, aunque de manera menos flexible.

En Función De La Estructura Del Convertidor:
a) En matriz de conversión.
− Entre cada fase de entrada (alterna) y la salida (continua) existe
Sólo un único polo de potencia
     b) En puente.
− La carga es alimentada por una matriz de conversión en cada
Extremo (una de ánodo común y otra de cátodo común)

Presentacion



Soy Diego Principal estudiante de Ingeniería Electrónica, les Invito a Visitar mi blog, el cual les comparto mucha información sobre Los Convertidores de Voltaje AC-DC, así como sus diferentes tipos y sus diversas características ademas de diferentes aspecto, su funcionamientos, circuitos electrónicos. Adicional-mente les dejo vídeos prácticos, imágenes entre otras cosas Tú escoges cual es tu mejor manera de aprender, no te quedes sin el conocimiento, visitaló y  comparte. Recuerda el conocimiento es infinito.