Practica 2 Rectificadores

´ ´ VEZ J, OCAMPO A, RICO C UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA, CHA

1

Pr´actica Pr a´ ctica 2: Rectificadores Monof ´ Monof asicos a´ sicos Con Carga RC Juan S. Ch´avez avez M., Adolfo M. Ocampo P., Carlos A. Rico S. (jschavezm, admocampopa, caricos)@unal.edu.co Universidad Nacional de Colombia

this doc docume ument is expos xposed ed the the teo teory, ry,  Abstract.   In this simula simulatio tions ns and result resultss of differ different ent rectifi rectifier er circui circuits ts with with resistive-capasitive resistive-capasitive load.  Palabras Clave — Capacitancia, Eficiencia, Puente de  diodos, Rectificador de media onda,Rectificador de onda  completa, Rizado, Saturacion, Tap Central  ´ I. M ARCO  T E ORICO

 B. Tap Central con carga RC 

El objetiv objetivo o de utilizar la rectificaci´ rectificaci´on on de onda completa es tratar de aprovechar los intervalos de tiempo que no se utilizan en media onda, esto debido a que su configuraci´on on de diodos permite que uno conduzca cuando la onda es positiva mientr mientras as que el otro otro queda queda en una configura configuraci´ ci´on on inversa inversa.. Cuando la onda es negativa el estado en los diodos cambia de forma forma natura naturall permit permitien iendo do que fluya fluya la energ energ´´ıa ıa por la carga.[1 carga.[1][ ][3 3]

 A. Media onda con carga RC 

El rectifi rectificad cador or de media media onda onda permit permitee elimin eliminar ar la parte parte negativa de una fuente, esto gracias a que en la parte positiva el diod diodo o se pola polari riza za en dire direct cto o y perm permit itee el flujo flujo de la corriente.[1 corriente.[1]] La tensi tensi´on o´ n inmediata inmediatamente mente despu despues e´ s del del diod diodo o tien tienee un comportamiento de la forma V  P  = sen(wt) 0   < w t < π y 0 para  π < wt <  2 π . El aporte que da el condensador no permite la ca´ıda ıda de la tensi on o´ n de una forma inmediata, esta tensi´on on cae de forma exponencial decreciente hasta que es condensador se descarga completamente o se vuelve a cargar en una onda positiva.[1] positiva.[ 1]

Figure 2: Gr´afica afica alimentaci´ alimentaci´on[2] on[2]

´ salida rectificada y Figure 3: Gr´ Grafica a´ fica alimentacion, filtrado[2 filtrado[2]] C. Onda completa completa con carga carga RC 

Figure 1: Gr´afica afica alimentac alimentaciion, o´ n, salida rectificada y filtrado[2] filtrado[2]

En este caso la singularidad en la rectificaci´on on de media onda onda con con el diod diodo o vola volant ntee es nota notabl ble, e, dond dondee a la sali salida da

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se espera una onda con dos crestas positivas mientras el capacitor funciona como filtro disminuyendo la tensi´o n de rizado.[1] [3]

 A. Media onda con carga RC 

´ ´ I I . C ALCULOS  T E ORICOS Se realizar´a el c´alculo de las caracter´ısticas del circuito compuesto por la resistencia de carga  R L  = 1K Ω, el voltaje pico V    p = 12.72V    y dos capacitancias de valores 10µF  y 3300µF . Figure 4: Rectificador de media onda con carga RC

 A. Media onda con carga RC  Parametro

V dc I dc [mA] P dc [mW ] V RMS I RMS [mA] V ac [V  ] I ac [mA] P ac [mV A] ηcarga[%] I fRMS [mA]   S ent [mV A] ηent−sal [%] F.P.

10µ   7.73 7.73 59.90 7.34 7.34 0.486 0.486 53.93 99.8 45.67 411 25.4 37.19E − 3

3300µF  12.56 12.56 157.76 12.56 12.56 0.025 0.025 157.76 99.9 193.82 1744 90 76.31E − 6

Table I: Valores te´oricos de media onda con carga RC Figure 5: Resultado de picos de corriente y tensi o´ n de salida para una capacitancia de 10µf 

 B. Tap Central con carga RC  Parametro

V dc I dc [mA] P dc [mW ] V RMS I RMS [mA] V ac [V  ] I ac [mA] P ac [mV A] ηcarga[%] I fRMS [mA]   S ent [mV A] ηent−sal [%] F.P.

10µ   10.248 10.248 105.03 10.38 10.38 0.486 0.486 107.86 99.8 45.67 411 25.4 37.19E − 3

3300µF  12.56 12.56 157.76 12.56 12.56 0.025 0.025 157.76 99.9 193.82 1744 90 76.31E − 6

Table II: Valores te´oricos de tap central con carga RC C. Onda completa con carga RC 

Devido a que se esta suponiendo un diodo ideal para los calculos los resultados para el rectificador de onda completa y los del rectificador de tap central son los mismos ya que las formas de onda son iguales. III. S IMULACIONES Se simularon los circuitos con un diodo 1N 4004, V f  = ´ y 12.72 y R = 1k Ω   y se obtuvieron los valores de tensi on corriente en la carga y la corriente en los diodos para valores de capacitancias C 1 = 10µF  y C 1 = 3300µF .

Figure 6: Distribuci´on de los primeros componentes arm´onicos de la tensi´on de salida.

Parametro

V DC [V  ] I DC [mA] P DC [mW ] V RMS [V  ] I RMS [mA]

10µ   3300µF  7.271 11.469 7.2715 11.469 52.86 131.53 7.765 11.469 7.765 11.469

Table III: Resultados de la simulaci´on de media onda con carga RC

2

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Figure 7: Resultado de picos de corriente y tensi´on de salida para una capacitancia de  3300µf 

Figure 8: Distribuci´on de los primeros componentes arm´onicos de la tensi´on de salida.

Figure 10: Resultado de picos de corriente y tensi´on de salida para una capacitancia de 10µf 

Figure 11: Distribuci´on de los primeros componentes arm´onicos de la tensi´on de salida.

 B. Tap Central con carga RC 

Figure 9: Rectificador de tap central con carga RC

Figure 12: Resultado de picos de corriente y tensi´on de salida para una capacitancia de  3300µf 

3

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Figure 13: Distribucion ´ de los primeros componentes arm´onicos de la tensi´on de salida.

Par´ ametro

V DC [V  ] I DC [mA] P DC [mW ] V RMS [V  ] I RMS [mA]

4

Figure 16: Distribuci´on de los primeros componentes ´ de salida. arm´onicos de la tension

10µ   3300µF  9.642 11.913 9.642 11.913 92.682 141.2 9.772 11.913 9.772 11.913

Table IV: Simulaci´on de tap central con carga RC

C. Onda completa con carga RC 

Figure 17: Resultado de picos de corriente y tensi´on de salida para una capacitancia de  3300µf 

Figure 14: Rectificador de onda completa con carga RC

Figure 18: Distribucion ´ de los primeros componentes ´ de salida. arm´onicos de la tension Par´ ametro

V DC [V  ] I DC [mA] P DC [mW ] V RMS [V  ] I RMS [mA]

10µ   3300µF  9.055 11.913 9.055 11.913 81.99 141.2 9.180 11.913 9.180 11.913

Table V: Simulaci´on de onda completa con carga RC Figure 15: Resultado de picos de corriente y tensi´on de salida para una capacitancia de 10µf 

En todas las simulaciones el modelo de transformador que se uso presento saturaci o´ n, al aumentar el valor del conden-

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sador se aumento el valor de los picos de corriente saturando el n´ucleo, esto provoco que el valor pico descendiera.

Table VII: Valores medidos por el mult´ımetro. Primer rectificador Variable

IV. R ESULTADOS

V inDC V inRMS V outDC V outRMS

EXPERIMENTALES

 A. Rectificador de media onda con carga RC 

20

5

Valor

Unidad

V  V RMS V  V RMS

 

0.005   13.9   0.147   4.06

Entrada-Salida rectificador con carga RC Vin Vout

15 10

20

Salida. Rectificador con tap central RC

5    ]    V    [   e    j   a    t    l   o    V

18 0

16

-5

14

-10

   ]    V    [   e10    j   a    t    l   o    V 8

12

-15 -20 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005

0

0.005

0.01 0.015

0.02

Tiempo [s]

6 4

Figure 19: Entrada-salida para el primer rectificador.

2 0 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005

0

0.005

0.01 0.015

0.02

Tiempo [s] Corriente en el rectificador RC

1.6

Figure 21: Voltaje de salida para el rectificador con TAP central

1.4 1.2 1

   ]    A    [   e    t   n0.8   e    i   r   r   o    C0.6

0.4 0.2

Corriente de salida. Rectificador con tap central RC 1

0 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005

0

0.005

0.01 0.015

0.02

0.9

Tiempo [s] 0.8

Figure 20: Corriente para el primer rectificador.

Table VI: Tabla de resultados para el primer circuito de rectificaci´on Var ia bl e

Valo r

U ni dad

V odc I odc P odc V oac I oac P oac I f rms S ent ηcarga T UF 

11.7411 0.5209 6.1165 12.4838 0.7965 9.9430 0.7965 11.0710 0.6152 0.5525

V A W V A W A VA -

         

0.7    ] 0.6    A    [   e    t   n0.5   e    i   r   r   o0.4    C

0.3 0.2 0.1 0 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005

0

0.005

0.01 0.015

0.02

Tiempo [s]

Figure 22: Corriente de salida para el rectificador con TAP central

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Table IX: Valores medidos por el mult´ımetro. Rectificador con TAP central Variable

Valor

20

Unidad

V inDC 0 V inRMS   27.56 V outDC   15.05 V inRMS   2.15

6

Voltaje de salida. Rectificador con puente de diodos Vin Vout

15

V  V RMS V  V RMS

10 5    ]    V    [   e    j   a    t    l   o    V

0 -5

-10 -15 -20 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005

Corriente del diodo. Rectificador con tap central RC

0

0.005

0.01 0.015

0.02

Tiempo [s] 0.09

Figure 24: Voltaje de entrada-salida para el rectificador con puente de diodos

0.08 0.07 0.06

   ]    A    [   e0.05    t   n   e    i   r   r   o0.04    C

0.03 0.02 0.01 0 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005

0

0.005

0.01 0.015

0.02

Tiempo [s]

Figure 23: Corriente de entrada (diodo) para el rectificador con TAP central

Corriente de salida. Rectificador con puente de diodos

2

1.5

Table VIII: Tabla de resultados para el rectificador con TAP central Var ia bl e

Valo r

U ni dad

V odc I odc P odc V oac I oac P oac I f rms S ent ηcarga T UF 

15.2613 0.0167 0.2549 15.4658 0.0254 0.3934 0.0182 0.2526 0.6480 1.0091

V A W V A W A VA -

         

   ]    A    [   e    t   n   e    i   r   r   o    C

1

0.5

0 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005

0

0.005

0.01 0.015

0.02

Tiempo [s]

Figure 25: Corriente de salida para el rectificador con puente de diodos

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7

Table XI: Valores medidos por el mult´ımetro. Rectificador con puente de diodos

Corriente del diodo. Rectificador con puente de diodos 0.14

Variable

Valor

V inDC   0.003 V inRMS   13.9 V outDC   14.37 V inRMS   8.0376

0.12 0.1    ]    A    [

Unidad

V  V RMS V  V RMS

0.08

  e    t   n   e    i   r   r 0.06   o    C

0.04 0.02 0 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005

0

0.005

0.01 0.015

0.02

Tiempo [s]

•

Figure 26: Corriente de entrada para el rectificador con puente de diodos

0.1

Corriente del diodo. Rectificador puente de diodos

0.09 •

0.08 0.07 0.06

   ]    A    [   e0.05    t   n   e    i   r   r 0.04   o    C

•

0.03 0.02 0.01

•

0 -0.02 -0.015 -0.01 -0.005

0

0.005

0.01 0.015

0.02

Tiempo [s]

Figure 27: Corriente del diodo para el rectificador con puente de diodos

Table X: Tabla de resultados para el rectificador puente de diodos Variable

Valor

Unidad

V odc I odc P odc V oac I oac P oac I f rms S ent ηcarga T UF 

5.7372 0.3285 1.8846 6.1105 0.5602 3.4229 0.5602 7.7863 0.5506 0.2420

V A W V A W A VA -

         

•

´ V. A N ALISIS •

Para los rectificadores de media onda se pueden observar la formas de onda en las im´agenes 1, 5 y 11 para el rectificador de media onda,con la teor´ıa, simulaci´on

y medici´on respectivamente se corresponden a las esperadas en donde la se n˜ al posee forma senoidal hasta que comienza la descarga del condensador donde toman forma exponencial decreciente. El mismo fen´omeno se ve en las formas de onda para los rectificadores completos.   En los rectificadores de media onda y onda completa con carga RC se observa el rizado causado por el condensador en la se n˜ al de salida, el condensador se va descargando a medida que la tensi´on disminuye, hasta que se encuentra de nuevo con el incremento de la tensi´on y el condensador se carga nuevamente. Este rizado se puede variar dependiendo el valor de la capacitancia, a mayor capacitancia menor nivel de rizado.  El rectificador de onda completa tipo puente con carga RC es mejor en cuanto a su TUF y su ηcarga   presentando una mayor eficiencia en comparaci´on con los dem´as rectificadores.   Los datos medidos y simulados son parecidos a excepci´o n de que la ca´ıda de tensi´on en los diodos se tienen en cuenta en las simulaciones por lo que las tensiones en los rectificadores de onda completa son diferentes mientras que calculados son iguales.   Se pueden apreciar diferencias significativas en los resultados obtenidos entre los tres ´ıtems, esto puede deberse a diferentes factores. El primero de ellos se basa en el hecho de que las simulaciones y los c a´ lculos te´oricos fueron basados en un voltaje de entrada de 12 V  RMS , mientras el transformador estuvo arrojando al rededor de 14 V  RMS . Por otro lado, existe una gran cantidad de ruido en las mediciones hechas con el osciloscopio. Con el fin de tomar una muestra lo m´as fiel posible, no se realiz´o un tratamiento en las se˜nales adquiridas a trav´e s del osciloscopio, por lo que el gran ruido presente pudo haber alterado los resultados despu´es de su procesado en MATLAB. Por ´ ultimo, los errores ya conocidos asociados a tolerancia en los elementos, componentes reactivos par´asitos o los presentes en las sondas de medici o´ n. Sin embargo, a u´ n teniendo en consideraci´on esto, los resultados siguen siendo muy diferentes respecto a lo que el equipo esperaba. Una vez ma´ s, se comprueba la ineficiencia del mult´ımetro cuando se trabaja con este tipo de ondas no sinusoidales, ya que su lectura para este tipo de se˜nales fue muy diferente a las medidas te o´ ricamente, o con los algoritmos en MATLAB y las se˜nales adquiridas. Se comprueba que este instrumento tiene un fun-

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cionamiento adecuado solo en ondas convencionales, como lo son las senoidales puras, triangulares, diente de sierra, etc. R EFERENCES de Potencia, Madrid - Espan˜ a, Pearson [1] Hart, D. H., (2001), Electr onica ´  Educaci´on, S.A. P´aginas 88-94. Consultado Febrero 2018. [2] Rectificador de media onda con filtro por condensador, Disponible [Online]:  http :  //www.mailxmail.com/curso − electronica −

basica − 2 − 3 − diodo − filtro − condensador/rectificador − media − onda − filtro − condensador − 1 [3] Miyara, F. ( 2002). Rectificaci´on., Disponible [Online]:   http : //www.fceia.unr.edu.ar/enica3/rectif.pdf 

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