Rectif_Trifas_No_controlada_y_Controlada.pdf

Tema Tem a II. II.

Con onve vert rtii dores al al terna conti nua

Leccione Lecci oness 4 y 5 Rectifi cad cadores ores trif trifá ásicos 4.1 4.2 4.3 4.4 4. 4

5.1

In t r o d u c c i ó n Rect ctif ifica icad dore oress no con contr trola olados dos de me media dia y dobl doble e on onda da Asoc socia iaci ción ón de re recctif tifica icado dore ress no no con contr trola olados dos en serie serie Asociación Asoc iación de rectificador es en parale paralelo lo 4.4. 4. 4.1Circ 1Circuito uito s de medi media a onda 4.4. 4. 4.2 2 Con Conve vertido rtido r tri fásico d e cuatro cuatro cuadrantes Rec t i fifi ca cad o re res co nt ntr ol ol ad ado s 5.1. 5. 1.1Circ 1Circuito uito s de medi media a onda 5.1. 5. 1.2Circ 2Circuito uito de onda completa semi semi contr controlado olado 5.1. 5. 1.3Circ 3Circuito uito de onda ond a compl compl eta totalmente control ado

Universidad de Oviedo Oviedo

Lecciones 4 y 5. 5. - Rectific adores trifásico s

1

4.1 4. 1 Intr Introducci oducci ón

Rectificación

Motor ot or es de d e CC Hornos de Inducción Fundiciones Procesos Electrolíticos

Red Re d trifásica tri fásica

CC CC

CA CA Inversor Invers or no autónomo Universidad de Oviedo Oviedo

Paneles Solares Baterías Generadores Eólicos

Lecciones 4 y 5. 5. - Rectific adores trifásico s

2

4.1 4. 1 Intr Introducci oducci ón Ven entajas tajas del del rectifi r ectificador cador trifás trif ásii co respecto respecto al monofásic o Mayor Ma yor potenci potencia a de sali salida da Mayor Ma yor ten t ensi sión ón de sali salida da Menor Me nor ri r i za zado do de la tensión de sali da Menores Me nores exigencias para el el fil filtro tro de la tensión de sali da  Apl  A pl i c aci on ones es c o mo c or orrr ec ectt or del f ac actt or de pot p otenc encii a

Universidad de Oviedo Oviedo

Lecciones 4 y 5. 5. - Rectific adores trifásico s

3

4.1 Introducci ón

Sistema trifásico de tensiones UT (t ) = U max sen (ω t + 120 o )

UO

US

UR

UT

UT Umax

π 3

2π 3

120 o

-120o

Umax 2

US

UR

U R (t ) = U max sen ω t

US (t ) = Umax sen (ω t − 120 ) o

Tensi ones de fase

Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

4

4.1 Introducci ón

Sistema trifásico de tensiones UO

URS

UST US

UR

U TR (t ) =

UTR

3 U max sen (ω t  + 150 o ) U  RS  (t ) = UT

UT Umax

π 

2π 

3

3

Umax

3 U max sen (ω t  + 30 o )

120o

o

30 - 90o

UR

US

2

U ST  (t ) =

3 U max sen (ω t  − 90 o )

Tensi ones de línea Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

5

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Carga resistiva iR

D1

US

US iS

D2

UT

UT

iT

D3

UR

- Tres diodos - Necesita neut ro

UO

UR

π

6

30 O

UR

IO

RL

URL

UT

US

5π 6

3π 2

150O

270O

Universidad de Oviedo

13 π 6

390O

t

Tensión de salida Máxim a en cada instante

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

6

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Tensión de sali da Máxima tensión en ánodo iR

Diodo en conducción D1

UR

UR

US

US

D2

UT

UT

D3

Condu ce D1

IO

RL

U RL

UR

U0

US

UT

D1

Intervalo 6

5 6

Universidad de Oviedo

π 6 30o

5π 6 150o

3π 2 270o

13π 6 390o

t 

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

7

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Tensión de sali da Máxima tensión en ánodo UR

UR

US

US

UT

UT

Diodo en cond ucción Bloquean D1 y D3

D1

iS

D2

Condu ce D2

IO

D3 RL

U RL

UR

U0

US

UT

D2

Intervalo 6

3 2

Universidad de Oviedo

π 6 30o

5π 6 150o

3π 2 270o

13π 6 390o

t 

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

8

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Tensión de sali da Diodo en conducción

Máxima tensión en ánodo

Bloquean D1 y D2

D1

UR

UR

US

US

D2

UT

UT iT

D3

Condu ce D3

IO

RL

U RL

UR

U0

US

UT D3

Intervalo 2

13 6

Universidad de Oviedo

π 6 30o

5π 6 150o

3π 2 270o

13π 6 390o

t 

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

9

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Valores de la tensión de sali da U0

U R 

US

UT

UM

π

5π 6

6

3π 2

13 π

t

6

0.827 UM

U 0 CC  =

3

2π  ∫

5π  6

π 

6

Universidad de Oviedo

Valor medio U  M  sen (ω t ) d ω t  =

3 π 

U  M  sen

π 

3

=

3 3 2π 

U  M 

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

10

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Valores de la tensión de sali da U0

U R 

US

UT

UM

π

5π 6

6

3π 2

13 π

t

6

0.8406 UM

Valor eficaz 1

U 0 eff 

3 2

5 6 6

Universidad de Oviedo

U M sen(

2

t) d t

UM

3 2

1 3

2

sen

2

2

3

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

11

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Corrientes más signifi cativas U0 UM

U R 

US

UT

i D1

i D2

i D3

π

6

3π 2

5π 6

13 π

I 0CC

t

6

Valor medio de corriente U 0CC RL

Carga Resistiva

Valor eficaz de corriente

 I  DCC  =

U 0 CC  3 R L

 I  Deff   =

U 0 eff   3 R L

I 0 eff 

U 0 eff  RL

Por diodo o fase Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

12

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Corrientes más signifi cativas U0 UM

U R 

US

UT

i D1

i D2

i D3

π

6

3π 2

5π 6

Carga Inductiva 13 π 6

Valor medio de corriente I 0CC

U 0CC RL

t

Valor eficaz de corri ente

 I  DCC  =

U 0 CC  3 R L

 I  Deff   =

U 0 CC  3 R L

I 0 eff 

U 0CC RL

Por diodo o fase Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

13

4.2 Rectificador tri fásico de media onda

UR

Tensión soportada por el diodo D1

URS D1

IO

US IS

D2 RL

UO

U  R

U O

U S 

D2

D1

D1

π 

5π 

6

6

U T 

D3 3π  2

13π  6

3 UM

URS Universidad de Oviedo

URT

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

14

4.2 Rectificador tri fásico de media onda

UR

Tensión soportada por el diodo D1

URT D1

IO

D3

UT

RL

UO

U  R

U O

IT

U S 

D2

D1

D1

π 

5π 

6

6

U T 

D3 3π  2

13π  6

3 UM

URS Universidad de Oviedo

URT

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

15

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Otros resultados interesantes UO

UR

US

UT

UM

UM 2

5π 6

π

6

Factor d e forma FF

U 0eff 

UM

3

1

2

U 0CC

3

UM

FF=1.0165 Universidad de Oviedo

2

3π

13 π

2

6

t

Factor de rizado sen

2 3

r  =

FF 2 − 1

3 3 2

r = 18.24% Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

16

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Caídas de tensión Tensión de codo

- Compo nentes no ideales: - Caídas de tensión en los diodos - Resistencia de los d evanados - Inductancia de dispersión

La más signi ficativa

Universidad de Oviedo

Transformador 

Depende de LD e I

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

17

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersi ón Corriente constante por l a carga.

Proceso de conmutació n no instantáneo d ebid o a L D.

UR

UR

Ld

US

Ld

D2 IS

UT

Ld

D3 IT

US

D1

IR I

UT L

Transformador Ideal

UO

Inductancia de dispersión en serie

Universidad de Oviedo

RL

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

18

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersi ón En la conmutación: di (t) Conmutación D1 y D2 conducen simultáneamente

UR

US

Ld

D1

dt

iD1 (t)

D1

iD2 (t)

D2

Ld Ld

di D2(t) dt

Ld UT

i D 1(t ) + i D 2 (t ) = I

D3 Ld

UO

I

Se aplica la ley de mallas a las do s ramas. Sumando: d (i D 1(t ) + i D 2(t )) U R (t ) + US (t ) = 2UO + Ld dt

0 Universidad de Oviedo

U O (t ) =

1 (U (t ) + US (t ) ) 2 R

Evolución de la tensión de salid a durante la conmut ación Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

19

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersi ón UO

1 UO (t ) = (U R (t ) + US (t ) ) 2

US

UR

UT

5 6

6

3 2

13 6

t

i D1(t)

Intervalo de conmutación

I

t

i D2(t) I

Evolución de las corri entes Universidad de Oviedo

t

t

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

20

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersi ón UR

La evolución de la corriente i D2(t) se obtiene de:

LD

di D 2 (t ) dt

U S (t )

U 0 (t )

1 2

U S (t ) U R (t ) 2LD

U S (t )

Universidad de Oviedo

di D1(t) dt

LD

LD

i D1(t)

D1

iD2 (t)

D2

di D2 (t) dt

LD

UO

U R (t )

I

1 (U R ( t ) + U S ( t ) ) 2

3 U M sen( t

Integrando

US

UT

U O (t ) = di D 2 (t ) dt

LD

150º )

2LD

i D 2 (t ) =

3U  M  2 L D

∫

ω t 

5π  6

 sen (ω t  −

5π  6

) d ω t 

Lecciones 4 y 5. - Rectific adores trifásico s

21

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersi ón La conmutación finaliza cuando

i D2(t) = I

Llamando al intervalo de conm utación 3U max i D 2 (tδ  ) = I = 2ω  Ld

⎛  5π  ⎞ ⎞ ⎛  ⎜⎜ 1 − cos ⎜ δ   − ⎟ ⎟⎟ 6 ⎝   ⎠ ⎠ ⎝ 

5 6

arccos 1

2

LD I 3U M

Despejando El valor medio d e la caída de tensión es: 5π 

∆ V 0 =

3 2π 

6

+δ  

∫

5π 

US

UR

UO

U  (t ) + U S  (t ) ⎞ 3 ⎛  ω  L D  I  ⎜U S  (t ) −  R ⎟ ⋅d ω t  = 2 2π  ⎝   ⎠

6

6 Universidad de Oviedo

5 6

3 2

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

22

4.2 Rectificador tri fásico de media onda Caída de tensión debido a la inductancia de dispersi ón Valor i nstantáneo de la tensión de salida (en ): U 0(t)

1 2

U R (t)

UO

U0 U M sen

5 6

6

3 2

t

I

t I

∆ V O (t )

t

 I 

13 6

iD1(t) iD2(t)

3

Universidad de Oviedo

UT

U S (t)

Valor m edio d e la tensión d e salida: 3 3 π  U 0 = U  M  sen − ω  L D  I  3 2π  π  3

US

UR

t

I

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

23

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda I0

D2

Conexión estrella

D1

UR

D3 RL

URS

US

UST

UT

U0(t)

UTR

L

D5 D4

D6

Seis diodos.  Mayor tensión media en la salida.  Menor rizado de tensión en la salida.  Frecuencia seis veces superior a la de red. 

Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

24

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda Intervalos de conducci ón de los diodos UO URS

URT

U ST

U SR

D1-D5

D1-D6

D2-D6

D2-D4

UR

UTR D3-D4

US D1

U TS D3-D5

UT D2

D3

t D6

D5

π  

π  

6

2

Universidad de Oviedo

5π   6

D4

7π   6

9π   6

D5

11π   6

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

25

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda Conducci ón de los dio dos entre: π 

y

6

π 

2 I

U U

R

D1

D2

D3

I

S

U 0(t) U

T

D4

D5

Universidad de Oviedo

D6

US

UT

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

26

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda Conducci ón de los dio dos entre:

2

y

5 6 I

U U

R

D1

D2

D3

I

S

U0(t) U

T

D4

D5

D6

US Universidad de Oviedo

UT

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

27

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda Conducci ón de los dio dos entre:

5 6

y

7 6 I

U U

R

D1

D2

D3

I

S

U0(t) U

T

D4

D5

D6

UT Universidad de Oviedo

UR

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

28

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda Valores más significativos: U 1.- Valor medio de tensión. O

URS

URT

D1-D5

D1-D6

UR

U ST

USR

D2-D6

D2-D4

U TR

D3-D4

US D1

UTS D3-D5

UT D2

D3

t D6

D5

π  

π  

6

2

U 0 CC  =

5π   6

π 

3

2

∫

π  π  6

D4

7π   6

9π   6

U  RS  (ω t ) d ω t  =

3

1.653 UM

D5

π 

2

∫

π  π 

11π   6

3U  M  sen(ω t  + 30o ) d ω t  =

3 3 π 

U  M 

6

UM es la amplitud d e la tensión de fase. Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

29

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda Valores más significativos: U O

2.- Valor eficaz de tensión

URS

URT

UST

USR

D1-D5

D1-D6

D2-D6

D2-D4

UR

U TR D3-D4

US D1

UTS D3-D5

UT D2

D3

t D6

D5

π  6

π  2

5π  6

D4

7π  6

9π  6

D5

11π  6

π 

U 0 eff   =

3 π 

2

∫

2

U  RS  (ω t ) d ω t  = U M 

π 

3 2

+

9 3 4π 

1.655 UM

6

Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

30

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda Valores más significativos: U

0

UTS U RS

U RT

UST

USR

UTR

UTS

Factor d e forma U 1

FF

U 0 eff  U 0CC

UM

3 2

UM

9 3 4 3 3

2

U

R

D1

D2

π

5π

7π

3π

6

2

6

6

2

D6

D4

11π 6

13 π 2

t

D5

Factor de rizado r  =

Universidad de Oviedo

T

D3

π

D5

FF=1.0008

U

S

2

FF − 1

r = 0,04

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

31

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda Valores más significativos de corriente: U0

U URS TS

U

U RT

UST

U

R

D1

USR

U TR

U

S

D2

Io

T

D3

π

π

5π

7π

3π

6

2

6

6

2

D5

Carga resistiva

UTS

D6

D4

1 1

1 π

6

π

D5

Valor medio de corri ente I 0CC

U 0CC RL

t

3 2

Valor eficaz de corri ente

 I  DCC  =

U 0 CC  3 R L

 I  Deff   =

U 0 eff   3 R L

I 0 eff 

U 0 eff  RL

Por diod o o fase Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

32

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda Valores más significativos de corriente: U0

U URS TS

U

U RT

UST

U

R

D1

USR

U TR

U

S

D2

T

D3

π

π

5π

7π

3π

6

2

6

6

2

D5

Carga inductiva

UTS

D6

D4

1 1

1 π

6

π

D5

Valor medio de corriente I 0CC

U 0CC RL

t

3 2

Valor eficaz de corriente

 I  DCC  =

U 0 CC  3 R L

 I  Deff   =

U 0 CC  3 R L

I 0 eff 

U 0 CC RL

Por diodo o fase Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

33

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda Valores más significativos de corri ente: U0

I UR

D1 D2

D3

US

U TS URS U

I

U RT

Carga inductiva

UST U

R

D1

USR

U TR U

S

D2

UTS

T

D3

U0(t)

UT

π 6

D6

D4 D5

D5

π 2

5π 6

D6

7π 6

3π 2

D4

1 π 1 6

1 π 3 2

t

D5

iR

Corri ente en la fase R Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

34

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda IO UD1 + UR

D2 D3 D1

RL

URS

+ US UO(t) + UT

Tensión en uno de los diodos del puente: D1

U L o UR

US

UT D1

D1

URS

Universidad de Oviedo

URT

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

35

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda IO UD1 + UR

D2 D3 D1

RL

+ US + UT

URT

UO(t)

Tensión en uno de los diodos del puente: D1

U L o UR

US

UT D1

D1

URS

Universidad de Oviedo

URT

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

36

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda

I0

Conexión triángulo D1

Siempr e conducen los dos diodos con mayor tensión en valor absoluto UO

-US

UR

D1-D5

-UT

D1-D6

US

D2-D6

D1

D2

+

D2-D4

D3-D4

D2

+

UT

I

+ US

UR -UR

D3

U0(t)

UT D4

D6

D3-D5

D5

D3

t D6

D5

π  

π  

6

2

Universidad de Oviedo

5π   6

D4

7π   6

9π   6

D5

11π   6

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

37

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda Corrientes por lo s devanados. Carga inductiva Cuando cond ucen D1 y D5:

IS IS

IR

I0

2 IR

Universidad de Oviedo

IR

I0 3

Cuando cond ucen D1 y D6:

IS IR

IR

I0

2 IS

IR

2 I0 3

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

38

4.2 Rectificador tri fásico de doble onda UO

Carga inductiva

-US

UR

D1-D5

Cuando cond ucen D2 y D6:

-UT

D1-D6

US

D2-D6

-UR

D2-D4

D1

UT

D3-D4

D2

D3-D5

D3

t D6

D5

π  

π  

6

2

D4

5π   6

7π   6

9π   6

D5

11π   6

2 I0

iR IT IT

IR

I0

2 IR

IR

I0 3

3

I0 3

I0 3

2 I0 3

Corri ente en la fase R es más senoi dal Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

39

4.3 Asoci ación serie Objetivo:  Aum entar l a tensión d e salida Disminu ir el rizado

Ejemplo

El nivel medio d e U1 y U 2 debe ser el mismo 3 3 (n ⋅ U  R ) π 

=

3( N  ⋅ U  R )

Universidad de Oviedo

π 

⇒  N  = 3 ⋅ n Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

40

4.3 4. 3 Asoci ación serie seri e U0

nU RS

-NU

NU

S

U

nU

R

RT

R

-NU T U

D1

NU

S

nU TR

-NU

π

6

2

5π 6

D6

R

U

S

D2

π

D5

nU nU ST SR

nU TS

NU

T

-NU S

T

D3

7π 6

3π 2

D4

1 1

π

6

1

π

3 2

t

D5

La tensió n de d e salida es la suma de U1 (color negro) y U2 (c (colo olorr rojo) rojo ). El nivel ni vel de rizado rizado en la salida salid a es es realm realme ent nte e mu y peque pequ eño. Universidad de Oviedo Oviedo

Lecciones Le cciones 4 y 5. 5. - Rectific ectifica adores trifásicos

41

4.4 4. 4 Asoci ación paralelo Objetivo: Repartir la corriente de salida. Disminu ir el rizado. rizado.

Ejemplo

Se pretende que no haya desequilibrios en la conducción de los diodos , por lo qu e ambos secundarios están conectados en oposi ción d e fase. fase. Universidad de Oviedo Oviedo

Lecciones Le cciones 4 y 5. 5. - Rectific ectifica adores trifásicos

42

4.4 4. 4 Asoci ación paralelo Equivalenc Equivale ncia ia con un u n siste sis tema ma hexafásico hexafásico UO

D3

-U S

UR

-U T

D5

D1

D6

US

-U R

D2

D4

UT

D3

D5

t

π  

π  

6

2

5π   6

7π   6

9π   6

11π   6

Cada diodo conduce toda la corriente de salida durante un sexto del periodo: I0 I DPICO I 0 I DCC Universidad de Oviedo Oviedo

6 Lecciones Le cciones 4 y 5. 5. - Rectific ectifica adores trifásicos

43

4.4 Asoci ación paralelo Para igualar la corriente instantánea de los dos rectificadores se emplea una bobina ecualizadora. La bobin a: • Presenta alta inductancia. • Soporta la tensión diferencia entre rectificadores. UL=U1-U2

Efecto de la bobin a sobre la tensió n: U0 Universidad de Oviedo

U1

UL 2

U1

U1

U2 2

U1

U2 2

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

44

4.4 Asoci ación paralelo UO

-U S

UR

U0

-U T

US

U1 -U R

U2 D5

D4

D6

D5

UT

UL t

D1

D3 π  

π  

6

2

D3

D2 5π   6

7π   6

9π   6

11π   6

La tensión de salida de los rectific adores es la suya característica. La tensió n de salida es la medi a de ambas. La tensión de la bobina es la diferencia entre U 1 y U2, y se puede consid erar lineal. Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

45

4.4 Asoci ación paralelo

Ejemplo

Habrá conducción simultánea de ambos rectificadores.  Aplicando el desarrollo d e Fourier: - En contin ua la inductancia ecualizadora no tiene efecto. - Para las componentes alternas, la inductancia ecualizadora es mu cho menor q ue la inductancia de la carga. Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

46

4.4 Asoci ación paralelo Circuito equiv alente en continu a: U1CC I /2 o

U 0CC

Rectificador 1

U1CC

Io

I0

R UoCC

Rectificador 2

iL t

iL

R

Universidad de Oviedo

L

t

L

0

U L dt

0

UoAC iL

1

1

t

L

0

U 1 AC

U 2 AC dt

Y para que los diodos conduzcan siempre: I

i oAC =0 UL

U2AC

U 0CC R

U2CC I o /2

Circuito equivalente en alterna: U1AC

U2CC

2

iL pico

condición para dimensionado de la bobina ecualizadora. Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

47

4.4 Asoci ación paralelo UO

UR

U0 D4

D6

D5

D5

UL t

T/6

iL D3

Universidad de Oviedo

D1

D2

D3

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

48

5.1.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado UR T1

Entrada en cond ucción

UR US T2 US UT

RL UO

Carga Inductiva

Tensió n posi tiva entre ánodo – cátodo  Impu lso de corriente en puerta 

UT T3

L

Tres tiristores  Tensión de salida vari abl e. Depende de  Tensió n posi tiva y negativa  Potenci a variable  Funcionamiento en dos c uadrantes 

Universidad de Oviedo

(ángulo d e disparo)

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

49

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado U

R

UR

T1

I

US

G1

IG2

US

RL

T2

UT UT

T3

Referenci a de disparos

IG3 U0

L

UO

UT

US

UR

0

π α 6

α

ángulo de disparo

5π 6

α

3π 2

t

IG1 IG2

t

IG3

t

t Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

50

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado  Angul o de di sparo de T1:

U0

π 

US

3

UT

UR

5π 6

π

6

UR

UR

US T2 UT

UT

US

3 π 2

T1

T3

U0

RL L

t

IT1 IT2

α

IT3

t t t

Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

51

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado  Angul o de di sparo de T2:

U0

π 

US

3

UT

5π 6

π

6

3 π 2

T1 US T2

UT

UT

US

UR

UR

UR

T3

U0

RL L

t

IT1 IT2

t

α

IT3

α

t t

Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

52

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado  Angul o de di sparo de T3:

U0

π 

US

3

UT

5π 6

π

6

3 π 2

T1 US T2

UT

UT

US

UR

UR

UR

T3

U0

RL L

t

IT1 IT2

t

α

IT3

t

α α

Universidad de Oviedo

t

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

53

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado UO

+

-

0

π 6

UT

US

UR

+ -

5π 6

α

+

+ -

t

α

Valor medio y eficaz U 0 CC

U 0 eff 

5

3 2 3 2

Universidad de Oviedo

U M sen

6

td

6

t

3 3 2

5 6 6

U

2

M

sen

2

td t

3 UM

U M cos 1 6

3 8

cos 2

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

54

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado Caída de tensión en T1

Caso en q ue =90º

U RT U0

UR US

T1 T2

UT

T3

RL

T3

T1

T2

+ 0

π 

UO

6

L

α

UT

US

UR +

UT

U RT

-

5 π 

+

+ -

-

t

6

URS

I T1

Valor medio nul o

IT2

t

IT3

t

Variación del ángulo d e retraso Universidad de Oviedo

t

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

55

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado Caída de tensión en T1

Caso en q ue =150º URS

UR US

T2

UT

U0

T1

T3

UT

US

UR

RL

UO

URT

T3 α

T1

URS UT T2

0

L

π  

6

5π   6

t

IT1

Tensión de sali da siempre negativa. Energía devuelta a la entrada. Universidad de Oviedo

IT2

t

IT3

t

Variación del ángulo d e retraso

t

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

56

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado Caso en q ue =180º

Caída de tensión en T1

UR

URS

US

T1 T2

UT

T3

URT

U0

UT UO

α

L

Tensión de salida mínima (más negativa). Energía devuelta a la entrada máxima. Universidad de Oviedo

US

UR

RL

URS

T3

T1

U T T2

0

π  6

5 6

t

I T1 IT2

t

I T3

t

Variación del ángulo d e retraso

t

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

57

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado Comportamiento con carga resisti va UR

UO

US

π 

2π 

4π 

3

3 α

π  3

π 

6

α

5π 

3π 

6

2

6

0 < α <

T3

T2

T1

α

UT

Tensión de sali da siempre positiva Valor medio U 0CC

Universidad de Oviedo

3 2

5 6 6

U M sen

td t

3 3 2

U M cos

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

58

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado Comportamiento con carga resisti va π 

UR

UO

UT

US

α

T2

T1 π  

7π  

6

6

6

< α <

5π  6

T3 t

αmax

La tensi ón de salida se anula pero no se hace negativa

Valor medio U 0CC

3 2

Universidad de Oviedo

U M sen 6

td t

3 2

UM 1

cos

6

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

59

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado Variación de la tensión de salida UO 3 3 2

Carga resistiv a o con diodo de libre circulación

UM

Zona de recti ficador 

π 

(se entrega energía a la carga) 3 3 2

π 

π 

6

2

UM

5π 

α

6

Carga induct iva

Zona como inversor  (se devuelve energía a la entrada) α 

=0

U0

Universidad de Oviedo

3 3 2

UM

α 

= 180 o

U0

3 3 2

UM

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

60

5.5.1 Rectificador tri fásico de media onda cont rolado Comportami ento con carga indu ctiva y diodo de libre circul ación UR

UR

T1 US

US

T2 T3

UT

UT

DL

U0

UR

RL

α

T3

αmax IT1

Universidad de Oviedo

T2

UT

U0 L

Cuando Cuando lala tensión tensión de de salida salida se se tiende tiende aa ser ser negativa, negativa, elel diodo diodo de de libre libre circulación circulación se se polariza polariza directamente directamente yy entra entraen encondu conducción. cción.

T1

US

π 6

7π 6

IT2 IT3 IDL

Diodo de libre  circulación

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

61

5.5.2 Rectificador tri fásico de doble onda semicontrolado Tres diodos y tres tiristores Funcionamiento en un cuadrante  Aplicaciones de alta potenci a Tensión de salida viene expresada como diferencia de:

T2

UR

T1

 A 

IO

RL

T3

US

UO D5

UT

Rectificador trifásico media onda control ado (U AN) Rectificador trifásico no controlado (UBN) U 0 = U  AN  − U  BN  Universidad de Oviedo

D4

L D6 B

Carga Inductiv a

UO =

3 3 (1 + cos α  ) 2π 

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

62

5.5.2 Rectificador tri fásico de doble onda semicontrolado UO

UTS

URS

U RT

UST

UTR

U SR

UO UR

0<

UT

US

<

π 

3

U AN π 

α

6

π 

5π 

2

6

α

La Latensión tensiónde de salida es siempre salida es siempre positiva positivayy continua. continua.

7 π  6

UBN

U 0CC U 0 eff 

5

3

U RS d t

2

2

6

6

3 2

U RT d t

2

3 3 2

5 2

U

6

Universidad de Oviedo

2 RS

d t

6 2

2 U RT d t

3 UM

UM 1 3

4

2 3

cos 3 cos

2

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

63

5.5.2 Rectificador tri fásico de doble onda semicontrolado π 

=

U AN

URS

UST

UR

3 T2

IO

 A 

UTR

US

UT

U AN

α

t

UR

T1

RL

T3

US

T1

T2

T3

UO D5

UT

T3

D4

L

UBN

URS

UST

UR

D6

UTR

US

UT

B t

Éste Éstees eselelángul ánguloode dedisparo disparo límite para que no existan límite para que no existan tramos tramosde detensión tensióncero. cero. Universidad de Oviedo

UBN D3

D1

D2

D3

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

64

5.5.2 Rectificador tri fásico de doble onda semicontrolado UO

U TS U RS U RT U ST UR

=

U SR U TR UT

US

U AN

7π  

α

π 

3

UO

6

π  

t

6

UBN

U 0CC U 0 eff 

3 2

7 6

URT d t

6

3 2

Universidad de Oviedo

3 3 2

7 6 6

2 U RS d t

3UM

UM 1 cos 3 4

1 2

sen 2

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

65

5.5.2 Rectificador trifásico de doble onda semicontrolado

>

π 

T2

3

UR

T1

IO

 A 

R

T3

US

UO D5

UT

U AN

URS

D4

UST

UR

US

L

L

 Ahora  Ahoraaparecerán aparecerántramos tr amos con con tensión yU tensióncero, cero,porque porqueUU AN  AN y UBN BN coinciden coincidenen enellos. ellos.

D6 B

UTR

UBN

URS

UT

UST

UR

U AN

UTR

US

UT

t

T3

T1

T2

UBN

t

T3 D3

D1

D2

D3

=120º Universidad de Oviedo

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

66

5.5.2 Rectificador tri fásico de doble onda semicontrolado UO

U TS U RS U RT U ST UR

U SR U TR

>

UT

US

π 

3

UO

7π 

α

6

π 

t

6

U AN UBN

U 0CC U 0 eff   =

3 2

URT d t

6

3 2π 

Universidad de Oviedo

7 6

∫

3 3 2

UM 1 cos

7 π  6

π 

6

+ α 

2 U  RT  d ω  t  =

3 U  M 

3 ⎛  1  ⎞ ⎜ π  − α  + sen 2α  ⎟ 4π  ⎝  2  ⎠

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

67

5.5.2 Rectificador tri fásico de doble onda semicontrolado La tensión de salida depende del ángulo de disparo Margen de variación del ángulo de disparo UO 3 3

Carga indu ctiv a

UM

π  π 

0<

<

>

π 

3 π 

3

Universidad de Oviedo

2

α

Tensión de salida siempre positiva o continua

Tensión de salida discontinua. Tramos de tensión cero Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

68

5.5.3 Rectificador tri fásico de doble onda controlado Seis tiri stores.  Funcionamiento en dos cuadrantes.  Tensión de salida positiva y negativa.  Combinación de dos rectificadores de media onda controlados.  Potencias elevadas. I  A  

O

T1 T2 T3

UR US

RL

U0

UT

L T4

U 0 = U  AN  − U  BN  Universidad de Oviedo

T5

T6 B

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

69

5.5.3 Rectificador tri fásico de doble onda controlado U AN

URS

US

UR T3

UTR

UST

T2

T1

U AN

UT

0<

T3

<

π 

2

T2 T3

US U RS UR

U ST US

 A 

T1

UR U BN

IO

RL

U0

UT

U TR UT

L T4

T5

T6 B

UBN T4

T5

T6

Universidad de Oviedo

T4

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

70

5.5.3 Rectificador tri fásico de doble onda controlado U0

0<

<

π 

URS

UST

UTR

2

UR

US

UT

UO=U AN-UBN U AN

α

π 

2

π 

t

α

6

UBN

U 0CC

3

2

U RS d t

3 3

U M cos

6

U0 eff 

3

2

2 URS d t

6

Universidad de Oviedo

3UM

1

3 3

2

4

cos 2

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

71

5.5.3 Rectificador tri fásico de doble onda controlado

UO

URS

UST

URS

α

π  

π  

6

2

α

UTR

US

UT

UBN UO=U AN-UBN t

U AN = /2

Universidad de Oviedo

VALOR MEDIO NULO

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

72

5.5.3 Rectificador tri fásico de doble onda controlado U AN

URS URT UST USR  UTR UTS URS UR

US

>

UT

π 

2

IO

 A 

T1 T3

UBN

T1

U AN

T2

URS URT UST  U SR  U TR UTS  U RS UR

US

UT

T5

Universidad de Oviedo

T6

US

RL

U0

UT

L T4

UBN T4

T2 T3

UR

T5

T6 B

T4

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

73

5.5.3 Rectificador tri fásico de doble onda controlado

>

U 0CC

U0

π 

URS

2

3

UR

2

U RS d t

π 

π 

6

2

3 3

UTR

UST US

UT

UBN t

U AN UO=U AN-UBN

U M cos

VALOR MEDIO NEGATIVO

6

U0 eff 

3

2

2 URS d t

6

Universidad de Oviedo

3UM

1

3 3

2

4

cos 2

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

74

5.5.3 Rectificador tri fásico de doble onda controlado Variación de la tensión de salida Rectificador  UO 3 3

UM

π 

π 

2

α 3 3

Carga inductiva

UM

Inversor 

α 

= 0º

U0

Universidad de Oviedo

3 3

UM

α 

= 180 o

U0

3 3

UM

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

75

CONEXIÓN EN SERIE DE DOS RECTIFICADORES TRIFÁSICOS DE ONDA COMPLETA NO CONTROLADOS

“Secundario en triángulo”

R’ S’ T’

R “Secundario S en estrella” T

DC(+60 V)

DC(-60 V)

Universidad de Oviedo

COMUN

Lecciones 4 y 5. - Rectificadores trifásicos

76