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)