Convertidor Ac Ac

Convertidores AC/AC Reguladores de Alterna. Los controladores ac/ac tienen como finalidad suministrar tensión y corriente alterna variable a partir de una fuente alterna. Su operación se basa en la conexión y desconexión a intervalos regulares de la fuente sobre la carga. Este convertidor está conformado por dos semiconductores de potencias colocadas en anti paralelo que controla la conexión de la fuente en cada semiciclo. Funcionamiento: interruptores electrónicos conecta y desconecta la fuente a intervalos regulares. Esta conmutación se produce mediante un esquema denominado control de fase que tiene como efecto eliminar parte de la forma de onda de la fuente antes de alcanzar la carga. Por el tipo de componente de potencia que se utiliza en su construcción se califican en 2 tipos: Controlados (SCR O TRIAC) y Semi Controlado (SCR O DIODO).

Controlador AC/AC semi controlado.

Puente Controlado.

Aplicaciones de los Convertidores AC/AC Reguladores de Alterna.  Hornos Industriales.  Hornos de Inducción.  Control de Iluminación.  Arranque y Control de Velocidad de Motores de Inducción.  Control de Reactivos.  Relés de Estado Sólido.

Características de los Convertidores AC/AC Reguladores de Alterna.  Realizan la conversión ac/ac de forma directa y sin etapa de intermedia de continua.  Los tiristores no necesitan bloqueo forzado gracias al paso natural por cero de la intensidad.  Proporciona una tensión de frecuencia fundamental menor o igual que la frecuencia de la tensión de entrada.  Proporciona una tensión con un cierto contenido de armónicos.

Clasificación de los Convertidores AC/AC Reguladores de Alterna.  Por tipo de Reguladores: Totales: Permiten la máxima variación de amplitud de la tensión de salida y presentan un mayor número de armónicos. Diferenciales: La amplitud de la tensión de salida tiene un margen más estrecho de variación y el contenido de armónicos es menor que el caso de los reguladores total.  Por tipos de control: De fase: El valor de la tensión eficaz entregado a la carga se controla mediante el ángulo de disparo de los tiristores. Integral: El control de la tensión eficaz entregado a la carga apagando los tiristores durante el ciclo completo de la tensión de la red. Ciclo convertidores: el contenido de armónicos es menor que los otros reguladores de alterna y tiene funcionamiento en cuatro cuadrantes, puede funcionar tanto en cargas pasivas como en cargas regenerativas y para cualquier factor de potencia.

Convertidores AC/DC Rectificadores. Un convertidor AC/DC es un tipo de alimentación externa, a menudo encerrada en lo que aparenta ser una clavija de corriente de gran tamaño. Se utilizan normalmente con losdispositivos eléctricos que no contienen su propia fuente de alimentación interna. Los circuitos internos de una fuente de alimentación externa son muy similares en diseño al que se utiliza para laalimentación imbuido (built-in) o interna. RECTIFICADOR Es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna en corriente continua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya seansemiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las de vapor de mercurio.

Dependiendo de las características de la alimentación en corriente alterna que emplean, se lesclasifica en monofásicos, cuando están alimentados por una fase de la red eléctrica, o trifásicos cuando se alimentan por tres fases. Atendiendo al tipo de rectificación, pueden ser de media onda, cuando solo se utiliza uno de los dos semi ciclos de la corriente, o de onda completa, donde ambos semi ciclos son aprovechados. El tipo más básico de rectificador es el rectificador monofásico de media onda, constituido por un único diodo entre la fuente de alimentación y la carga. Rectificadores de Media Onda No Controlado. 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 práctica 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. En la figura 5.1, se presenta la configuración de este puente convertidor.

PUENTE RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA.

El estudio de los rectificadores de media onda alimentados con fuentes sinusoidales, su análisis con otro tipo de alimentación alterna es análogo. Para activar el diodo o derrumbar la barrera de potencial de la juntura NP, se requiere su polarización en directo es decir, que el ánodo sea más positivo que el cátodo (vak > 0), mientras que para su desactivación serequiere que la corriente que circula por el dispositivo sea igual ha cero, una forma de lograr esto es polarizando el dispositivo en inverso, es decir con tensión ánodo - cátodo negativa (vak 0). A diferencia del diodo, el tiristor no entrará en estado de conducción en cuanto la señal de la fuente de alimentación sea positiva. La conducción no se inicia hasta que se aplica un pulso de corriente en la compuerta de encendido (Gate), lo cual es la base para utilizar el SCR como dispositivo de control. Una vez que el tiristor derrumba la barrera de potencial de las junturas NP y comienza a conducir, la corriente por la compuerta de encendido se puede retirar y el dispositivo continua en conducción hasta que la corriente que circula por él se hace igual a cero de forma natural o forzada.

Rectificador con Carga Resistiva. Se presenta el puente rectificador de media onda controlado con carga pura resistiva. El puente esta alimentado por una fuente alterna de forma sinusoidal dada por la expresión: v f (t) =√2V sen (wt).

Puente rectificador de media onda controlado con carga resistiva.

Considerando el Tiristor ideal, es decir que su tensión de ruptura es cero, el rango de controlabilidad del puente está determinado por aquello valores del ángulo de encendido donde el tiristor se encuentre polarizado en directo (vak ≥0), garantizando de esta forma la conducción de la componente. El rango de control del tiristor está comprendido para este caso particular de fuente sinusoidal en su semi ciclo positivo (0 ≥α≥π). El ángulo de encendido a define el tiempo de inicio de conducción de la componente mediante la siguiente expresión: tα =α/ ω Para encontrar el ángulo de apagado es necesario encontrar cuando la corriente pasa naturalmente por cero (i(tβ) = 0). La corriente para tα≥t ≥tβ es:

i(t) = v f (t)=√2V sen (ωt) RR La corriente de la expresión pasa naturalmente por cero en ωt β= π, por lo tanto el ángulo de apagado es β= π. Se presentan las forma de onda de la tensión y corriente en la carga y fuente de alterna de este puente convertidor para un ángulo de disparo α= π / 3.

TENSIONCORRIENTE Tensión y corriente en la carga resistiva

Rectificador Monofásico. La finalidad de los rectificadores de onda completa es la misma que los de media onda, generar una tensión o corriente continua específica, a partir de una fuente de corriente alterna. Los rectificadores de onda completa, presentan mejores ventajas comparativas que los de media onda. La ventaja másimportante, es que la corriente media en el sistema alterno de alimentación del rectificador es cero, evitando así los problemas asociados al fenómeno de saturación de las máquinas eléctricas conectadas a la misma barra de alimentación en corriente alterna. Adicionalmente, disminuye el rizado en las corrientes de salida en la barra de corriente continua y se obtiene un mayor valor de tensión y corriente continua para la misma fuente de alimentación. Se analizará el puente rectificador monofásico de onda completa controlado, el análisis del rectificador no controlado o de diodos es análogo al controlado si sustituimos el ángulo de disparo por cero o α min en el caso de tener carga activa tipo RLE.

Aplicaciones  Cargadores de Batería.  Fuentes de Poder.  Control de Velocidad y Posición de Máquinas de Corriente Continúa.  Transmisión en Corriente Continua (HVDC).  Excitatriz de Máquinas Sincrónicas.  Electro Filtros.  Entre Otras.

Esquema del Rectificador de Onda Completo Monofásico. Se presenta el esquema de un rectificador controlado de onda completa clásico, utilizado en electrónica de baja potencia. Este puente está compuesto por cuatro interruptores electrónicos de potencia, lo cuales son encendidos alternadamente en parejas cada medio ciclo de la onda alterna de la fuente de poder. Otra representación del mismo puente convertidor, se puede observar en la figura 2. Generalmente esta representación es la más utilizada en electrónica de potencia.

DIAGRAMA

ESQUEMA

Puente Rectificador Monofásico. Operación del Puente Rectificador. Durante el semiciclo positivo de la fuente de tensión, los tiristores uno y tres se encuentran polarizados en directo mientras que los componentes dos y cuatro en inversor. Durante este semiciclo, al recibir pulso de disparo por la compuerta los SCR uno y tres entran en conducción y la corriente circula por las componentes y la carga.

Circulación de corriente por el puente convertidor durante el semiciclo positivo de la fuente.

Los tiristores uno y tres pueden apagar de forma natural si la corriente pasa por cero antes de que los SCR dos y cuatro reciban orden de encendido durante el semiciclo negativo de la fuente. Adicionalmente, estos tiristores también pueden apagar de forma forzada al encender los dispositivos dos y cuatro los cuales suministrarán un nuevo camino de circulación a la corriente de la carga durante el semiciclo negativo de la fuente. Se presenta el camino de circulación de la corriente durante el semiciclo negativo de la fuente con los dispositivos dos y cuatro encendidos.

Circulación de corriente por el puente convertidor durante el semiciclo negativo de la fuente

Para obtener simetría en la corriente en la fuente con respecto al semiciclo positivo y negativo los ángulos de disparos entre las componentes T1, T3 y T2, T4 deben estar desfasados en la mitad del periodo de la fuente alterna (T=2).Se puede observar como la circulación de corriente en la carga es igual para ambos casos. El esquema de pagado de las componentes (natural o forzado) define dos formas de operación del puente convertidor. Condición no continuada de corriente: cuando el apagado de las componentes se realiza de forma natural (i(tβ ) = 0), en esta operación la corriente sobre la

carga es cero durante un lapso de tiempo,en el cual ninguno de los componentes electrónicos conduce corriente. Otra forma de determinar esta condición de operación es calculando el ángulo de apagado de las componentes el cual debe ser menor al de encendido de los dispositivos a conmutar (b