Act 1.2 Practica #1 Rectificador Trifasico No Controlado

Práctica #01: Rectificador trifásico de medio puente y puente completo con carga resistiva. Unidad 01

Equipo: » Leal Osorio Jesús Eduardo – 17171148. » Ojeda Alarcón Karen – 16171179. » Peñuelas Brambila Getzemani – 17171217. » Ponce León Karla Yamilet – 17171221. » Sapiéns Rochín Daniela Marisol – 17171253. » Quiñónez Morales Karlo Roberto – 17171225. Maestro(a): M.C. Leobardo Cortés Benítez. Materia: Electrónica de Potencia Aplicada. 15:00 – 16:00hrs. Ingeniería Mecatrónica

Lunes, 16 de marzo de 2020.

Laboratorio:

Materia:

Eléctrica.

Electrónica de potencia aplicada.

Numero de practica y título: Duración N. 1 Rectificador trifásico de medio puente y 1 hrs. puente completo con carga resistiva. (15 – 16hrs). Competencias por desarrollar: Medición de parámetros de voltaje y corriente eficaz de tanto de entrada (fuente de alimentación) como de salida (carga) empleando equipos de medición como el osciloscopio, multímetro y analizador de calidad de energía.

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Introducción. ¿Qué son los armónicos? Las corrientes armónicas son los componentes similares de una corriente eléctrica periódica descompuesta en la serie de Fourier. Los armónicos tienen una frecuencia que es múltiplo (2, 3, 4, 5, … n) de la frecuencia fundamental (50 o 60 Hz en las redes eléctricas). El número “n” determina el rango de la componente armónica. Se denomina “armónico del rango n” ala componente armónica del rango correspondiente a “n” veces la frecuencia de la red. Ejemplo: para una frecuencia fundamental de 50 Hz, el armónico de rango 5 presentará una frecuencia de 250 Hz. Los armónicos de rango par (2,4, 6, 8…) no suelen estudiarse en los entornos industriales porque se anulan gracias a la simetría de la señal alterna. Sólo se tienen en cuenta en presencia de una componente continua. Por contra, las cargas no lineales monofásicas tienen un espectro rico en componentes armónicas de rango impar (3, 5, 7, 9…), algo que también sucede en las cargas trifásicas conectadas en triángulo, salvo porque estas últimas no tienen componentes de rango 3. Además del rango, los armónicos se clasifican según su amplitud (indicada en % con respecto a la fundamental) y su paridad (par o impar). Los armónicos, que también tienen importancia en la compatibilidad electromagnética, forman parte de las perturbaciones tratadas en la norma EN 50160 por lo que respecta a la calidad del suministro eléctrico.

Figura 1. Distinción de armónicos.

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Medición de los armónicos presentes en una red La resultante de los armónicos normalmente se explica por la distorsión armónica total (THD: Total Harmonics Distortion). El cálculo de THD permite calificar globalmente el nivel de contaminación de una red en tensión o en corriente.

Figura 2. Ejemplos de niveles de perturbación de armónicos en tensión.

Relación de la práctica con el programa. Demostración del funcionamiento de componentes vistos por el docente en la primera unidad impartidos en el aula, siendo estos diodos rectificadores de 6A. Medidas de seguridad e higiene. 1. Hay que asegurar que, al hacer pruebas del circuito, no manipular las conexiones una vez que está energizado. 2. Asegurarse que los elementos sean de capacidades mayores a las que se están usando, ejemplo, si los voltajes de alimentación o de control deberán ser menor a los voltajes de los capacitores. 3. La mesa de trabajo debe estar libre de cables sin usar, libretas, etc. Solo deberá estar el circuito y los equipos de medición a emplear. 4. Calzado cerrado para proteger todo el pie. 5. Pulseras antiestáticas. Metodología 1. Calibración de los equipos del osciloscopio 2. Verificar funcionamiento de las sondas de medición con el ‘’probe’’ propio del osciloscopio 3. Alinear las escalas de la sonda con el canal, es decir, 10:1 osciloscopio y 10:1 sonda 4. Alinear las escalas de ambos canales; canal 1 a 50 V/div, canal 2 a 300mA/div 5. Calibrar la sonda de corriente 6. Escalar adecuadamente el osciloscopio para medir tanto voltaje y corriente 4

Material y equipo necesario: o o o o o o o

Rectificador trifásico con 6 diodos de 6A Cables de conexión con banana tipo abatible Transformador trifásico: Marca: Lab-Volt, Modelo: EMS 8348-02 Multímetro: Modelo:115, Marca: Fluke Osciloscopio: Modelo:DSO-X 2002A, Marca:Agilient technologies Analizador de energía: Modelo:43B, Marca: Fluke Punta de corriente: Modelo: A622

Desarrollo de la práctica realizada Propuesta de trabajo Para poder realizar un trabajo y práctica eficiente con la ayuda del docente realizamos un plan de trabajo de la siguiente manera: 1. Organización de equipos de trabajo conformado por 5 integrantes. En nuestro caso nuestro equipo esta conformado por 6 integrantes, dando el docente la aceptación de este. Se nos fue asignado el filtro pasa banda 3er armónico, partiendo de una señal cuadrada de ±5V. 2. Tomando en cuenta los coeficientes de Fourier calcular los valores máximos de los armónicos en voltaje asignados 3. Construir un circuito electrónico para filtrar determinado armónico. 4. Llevar a cabo la práctica para comprobar todo lo aprendido en clase por el docente.

Marco conceptual ¿Qué son los armónicos? Las cargas no lineales tales como: rectificadores, inversores, variadores de velocidad, hornos, etc.; absorben de la red corrientes periódicas no senoidales. Estas corrientes están formadas por un componente fundamental de frecuencia 50 ó 60 Hz, más una serie de corrientes superpuestas de frecuencias, múltiplos de la fundamental, que denominamos ARMÓNICOS ELÉCTRICOS, que generan costes técnicos y económicos importantes. El resultado es una deformación de la corriente, y como consecuencia de la tensión, conlleva una serie de efectos secundarios asociados. Efectos de los armónicos Los principales efectos de los armónicos de tensión y corriente en un sistema de potencia se pueden citar: 5

o La posibilidad de amplificación de algunos armónicos como consecuencia de resonancia serie y paralelo o La reducción en el rendimiento de los sistemas de generación, transporte y utilización de la energía o El envejecimiento del aislamiento de los componentes de la red y, como consecuencia, la reducción de la energía

Filtro pasa banda Estos transfieren los componentes asociados a una banda o intervalo de frecuencias y remueven las frecuencias más altas y bajas. Siguiendo la misma lógica que para los filtros paso alto, los filtros pasa banda o band-pass pueden construirse a través la diferencia entre dos filtros paso bajo: 𝑏𝑝 = 𝐼𝑝𝑢 − 𝑙𝑝𝑖 , donde 𝐼𝑝𝑢 es el filtro paso bajo cuya frecuencia de corte es más alta y 𝑙𝑝𝑖 es el filtro paso bajo asociado a una frecuencia de corte menor. Contrariamente, los filtros band-stop atenúan una banda especifica de frecuencias más altas y bajas. Diodos Un diodo es un dispositivo semiconductor que actúa esencialmente como un interruptor unidireccional para la corriente. Permite que la corriente fluya en una dirección, pero no permite a la corriente fluir en la dirección opuesta. Los diodos también se conocen como rectificadores porque cambian corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) pulsante. Los diodos se clasifican según su tipo, voltaje y capacidad de corriente. Los diodos tienen una polaridad determinada por un ánodo (terminal positivo) y un cátodo (terminal negativo). La mayoría de los diodos permiten que la corriente fluya solo cuando se aplica tensión al ánodo positivo. Cuando un diodo permite un flujo de corriente, tiene polarización directa. Cuando un diodo tiene polarización inversa, actúa como un aislante y no permite que fluya la corriente.

Figura 1. Demostración del flujo de corriente en un diodo. 6

Osciloscopio Un osciloscopio es un instrumento de medición para la electrónica. Representa una gráfica de amplitud en el eje vertical y tiempo en el eje horizontal. Frecuentemente se complementa con un multímetro, una fuente de alimentación y un generador de funciones o arbitrario. El osciloscopio presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones. La imagen así obtenida se denomina oscilograma. En un osciloscopio existen, básicamente, tres tipos de controles que son utilizados como reguladores que ajustan la señal de entrada y permiten, consecuentemente, medir en la pantalla y de esta manera se pueden ver la forma de la señal medida por el osciloscopio, esto denominado en forma técnica se puede decir que el osciloscopio sirve para observar la señal que quiera medir. El primer control regula el eje X (horizontal) y aprecia fracciones de tiempo (segundos, milisegundos, microsegundos, etc., según la resolución del aparato). El segundo regula el eje Y (vertical) controlando el voltaje de entrada (en Volts, milivolts, microvolts, etc., dependiendo de la resolución del aparato). El tercer control es el ajuste del disparo (o trigger en inglés), este control permite sincronizar las señales que se repiten de manera periódica usando como referencia una característica de la señal, se usan diversos tipos de disparo, siendo el más común el disparo por flanco de subida o bajada de la señal, para lo cual se define el voltaje de disparo y si el flanco es de subida o de bajada.

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Análisis y diseño. Medición 1. Entrada del rectificador de media onda

Voltaje

Corriente

Vrms de entrada (VA-VB):

15, 69V

C.Eficaz de entrada (XCP2): 130,07mA

Vprom de entrada (VA-VB):

15,43V

Cprom de entrada (XCP2):

127,95mA

Vrms de carga (VAA-VBB):

24.82V

Crms de carga (XCP3):

1.83A

Vprom VBB):

de

carga

(VAA- 132.29V Cprom de carga (XCP3):

1.8015A

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Medición 2. Carga del rectificador de media onda

Voltaje

Corriente

Vrms de entrada (VA-VB):

124.44V C.Eficaz de entrada (XCP2): 1.009A

Vprom de entrada (VA-VB):

-5,53V

Cprom de entrada (XCP2):

517.6A

Vrms de carga (VAA-VBB):

14,98V

Crms de carga (XCP3):

1.38A

Cprom de carga (XCP3):

255,90A

Vprom de carga (VAA-VBB): 14,74V

Resistencia de carga: 670 ohms

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Medición 3. Entrada del rectificador de onda completa

Voltaje

Corriente

Vrms de entrada (VA-VB):

53,52V

C.Eficaz de entrada (XCP2): 1.068A

Vprom de entrada (VA-VB):

53,48V

Cprom de entrada (XCP2):

506,89mA

Vrms de carga (VAA-VBB):

15.5V

Crms de carga (XCP3):

232mA

Vprom VBB):

de

carga

(VAA- 301.20V Cprom de carga (XCP3):

231.11mA

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Medición 4. Carga del rectificador de onda completa

Voltaje

Corriente

Vrms de entrada (VA-VB):

24.79V

Vprom de entrada (VA-VB):

132.29V Cprom de entrada (XCP2):

593mA

Vrms de carga (VAA-VBB):

50,73V

Crms de carga (XCP3):

232mA

Cprom de carga (XCP3):

506,89mA

Vprom VBB):

de

carga

(VAA- 50,68V

C.Eficaz de entrada (XCP2): 1.068A

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Medición 5.-

Armónicos Armónico 1 Armónico 2 Armónico 3 Armónico 4 Armónico 5 Armónico 6 Armónico 7 Armónico 8 Armónico 9

THDi: 0.787A 0A 0.002A 0.001A 0.175A 0A 0.087 0A 0A

26.9A F.D:

−163°

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Simulación -Medición #1

Vrms de entrada (VA-VB): 15,69465492 Volts Vpromedio de entrada (VA-VB): 15,439263Volts Corriente eficaz de entrada (XCP2): 130,0700096 mA Corriente promedio de entrada (XCP2): 127.95344 mA Antes de ser rectificados tanto el voltaje como la corriente, se puede observar que la señal es de tipo senoidal y la corriente negativa no pasa es dejada pasar.

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-Medición #2

Vrms de entrada (VA-VB): 14,98428032 Volts Vpromedio de entrada (VA-VB): 14,740448 Volts Corriente eficaz de entrada (XCP2): 260,1400192 A Corriente promedio de entrada (XCP2): 255,90688 A Después de ser rectificados, los semiciclos de la corriente y voltaje dejan pasar valores positivos e invierten los negativos.

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-Medición #3

Vrms de entrada (VA-VB): 53,5290144 Volts Vpromedio de entrada (VA-VB): 53,483744 Volts Corriente eficaz de entrada (XCP2): 507,3205056 mA Corriente promedio de entrada (XCP2): 506,891456 mA El voltaje total en la salida de dos transformadores es de mayor amplitud y hay un desfasamiento en la corriente que antes de ser rectificada tiene valores tanto positivos como negativos.

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-Medición #4

Vrms de entrada (VA-VB): 50,7313884 Volts Vpromedio de entrada (VA-VB): 50,688484 Volts Corriente eficaz de entrada (XCP2): 507,3205056 mA Corriente promedio de entrada (XCP2): 506,891456 mA De igual manera una vez rectificadas tanto la corriente y el voltaje se pasan las señales positivas y se invierten las negativas.

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-Medición #5

Vrms de entrada (VA-VB): 30,9046626 Volts Vpromedio de entrada (VA-VB): 30,878526 Volts Corriente eficaz de entrada (XCP2): 436,61175 mA Corriente promedio de entrada (XCP2): 436,2425 mA El voltaje entre la salida de un transformador es menor que la de entrada, y se dejan pasar los valores positivos y negativos de la corriente.

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Implementación

Figura 1. Circuito con el que se trabajó en la práctica asignado por el docente. Para comenzar la práctica el docente nos explicó el funcionamiento del osciloscopio y la punta de corriente. Nos pidió despejar el área de trabajo para realizar la práctica de manera eficaz sin posibles accidentes.

Figura 2. Inicialmente se realizaron las conexiones necesarias en el transformador trifásico tal cual estaban asignadas en el circuito. Esta conexión fue a 120V.

Figura 3. Secundariamente se realizaron las conexiones del rectificador y a la carga. Luego se adaptó la punta de corriente, para medir el paso de corriente del rectificador hacia la carga.

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Figura 4. Los focos lograron prender gracias a la conexión exitosa que tuvo el circuito y el correcto uso de la fuente.

Figura 5. Proyección de los datos obtenidos mostrados mediante el osciloscopio, los cuales fueron anexados en el apartado anterior.

Figura 6. Para finalizar se calcularon los armónicos en el circuito asignado mediante un analizador de energía. Siendo THD 26.9A.

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Figura 7. Para este punto primero el analizador de energía estaba configurado para arrojarnos valores de 73,4V rms que tenían que coincidir con los datos obtenidos en el osciloscopio, seguido de eso arrojaba 60Hz, un amperaje de 0.817A. Después de eso se configuró en potencia y arrojó que hay 58watts están saliendo hacía la carga de la fase A, 60v/a siendo esta Vaparente, después un F.P de 0.45 y F.D 1.

Figura 8. Una vez medido lo anterior se configuró el analizador de energía en armónicos, pero primero se puso en unidad de volts que nos arrojó que no había armónicos, porque era una onda senoidal. Después se configuró en corriente, calculando al menos 9 armónicos, los cuales sus valores fueron anexados en el apartado anterior.

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Conclusión En esta práctica aprendimos a aplicar nuestros conocimientos adquiridos en clase de forma empírica, pues con ayuda de un osciloscopio y los diodos rectificadores, pudimos apreciar las ondas senoidales y los armónicos formados por el voltaje y la corriente, según los ajustes realizados. Aplicamos nuestros conocimientos al conectar la caja de ensayo con los diodos al transformador trifásico, utilizando hasta un voltaje de 120V; primero aplicando un rectificador de media onda, y así poder calcular los siguientes valores: voltaje promedio de entrada, voltaje eficaz de carga, voltaje promedio de carga y aplicamos de la misma manera para las corrientes. Así, realizamos la práctica del mismo modo con el rectificador de onda completa. Luego de ello, medimos los primeros nueve armónicos de corriente de entrada. Al final, guardamos los archivos en una USB para tener evidencia de la práctica.

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Bibliografía Circutor. (2015). Obtenido de Circutor: http://circutor.es/es/formacion/armonicos-electricos Final test . (s.f.). Obtenido de Final test: https://www.finaltest.com.mx/product-p/art-9.htm Fluke corporation. (2020). Obtenido de Fluke corporation: https://www.fluke.com/esmx/informacion/mejores-practicas/aspectos-basicos-de-las-mediciones/electricidad/quees-un-diodo

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