S. E. P. D.G.E.S.T.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ORIZABA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA

ELÉCTRICA-ELECTRÓNICA

(ÁREA ELECTRÓNICA)

LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA

REPORTE DE PRÁCTICA #5

RECTIFICADORES NO CONTROLADOS

BIFÁSICOS

INTEGRANTES:

Arisbeth Luciano Hernández David Jacinto Villegas Santiago Escamilla Cid

Isaac Téllez Jaime

PRÁCTICA NO. 5

RECTIFICADORES NO CONTROLADOSBIFÁSICOS

Objetivo: El alumno construirá circuitos rectificadores no controlados de media onda y de onda completa para rectificar la señal de una fuente de voltaje bifásica

I. Desarrollo Teórico

I.1. Marco Teórico

La rectificación es el proceso de convertir una señal alterna (CA) en otra que se restringe a una sola dirección. Un rectificador es un circuito electrónico construido con diodos o TRIAC´s para tal fin. Atendiendo al semiciclo de la señal de entrada que el rectificador transforma en energía de corriente directa útil, la rectificación se clasifica en:

Rectificación de media onda. Rectificación de onda completa.

Rectificador de media onda

Para el caso de los rectificadores bifásicos, la señal de entrada proviene de dos fuentes de sinusoidales, A y B, cuyo voltaje se encuentra desfasado 120° entre sí. El rectificador de media onda bifásico debe su nombre a que solo aprovecha un semiciclo de la señal de cada una de las señales de entrada.

La figura 1 muestra un rectificador de media onda bifásico. La fuente de corriente

alterna A produce una tensión sinusoidal vA=V m sen (wt ) y la fuente B una tensión

vB=V m sen(wt−2π3 ) . Suponiendo diodos ideales, el semiciclo positivo de la señal de

entrada A polarizara a D1 en directa durante 0<wt< 5π6

. En esta condición el diodo

actúa como un interruptor cerrado, como consecuencia la sección del semiciclo

positivo de A comprendida entre 0<wt< 5π6

aparecerá a través de la resistencia de

carga. A partir del instante en que wt=5π6

, el D1 se polariza en inversa y D2 en

directa mediante el voltaje aplicado por la fuente B. En este caso, D2 se comportara como un circuito cerrado y la sección del semiciclo positivo de B comprendida entre 5π6

<wt< 10 π6

aparcera a través de la resistencia de carga. A partir de instante de

tiempo donde wt=10π

6 y hasta que wt=2π el voltaje aplicado a la carga es cero.

Figura 1. Rectificador de media onda bifásico

La señal de salida de este tipo de rectificador es una tensión continua pulsante que

incrementa su valor desde cero hasta V m, decrece a V m2

, después incrementa de nuevo

su magnitud hasta V m, decrece a cero y permanece en este valor hasta que los voltajes de las fuentes A y B dejan de cancelare entre sí, luego comienza el ciclo nuevamente. Las gráficas que ilustran la operación de este circuito aparecen en la figura 2.

Figura 2. Formas de onda del rectificador de media onda

Para un rectificador de media onda bifásico, el valor del voltaje de CD se obtiene resolviendo la siguiente integral:

V CD=V PROM= 1T∫0

T

V m sen (wt )d (wt )

V CD=√3V m

2 π+V mπ

=1.867π

V m=0.594V m

Otra característica sobresaliente de este tipo de rectificador es que la frecuencia de la señal de salida es igual la frecuencia de la señal de entrada.

Rectificador de onda completa

El rectificador de onda completa bifásico aprovecha ambos semiciclo de las señales de entrada A y B, de esta forma el voltaje promedio obtenido en un rectificador de este tipo es mayor que el que se consigue en el rectificador de media onda, además el rectificador de onda completa presenta menor rizado a su salida. La figura 3 muestra un tipo de rectificador de onda bifásico.

Figura 3. Rectificador de onda completa bifásico

El rectificador de onda completa funciona como se describe a continuación. La

fuente de corriente alterna A produce una tensión sinusoidal vA=V m sen (wt ) y la fuente

B una tensión vB=V m sen(wt−2π3 ) . Durante el intervalo

−π6

<wt< 5π6

, D1 y D4

quedan polarizados en directa, así actúan como interruptores cerrados y el voltaje V A - V B aparece a través de la resistencia de carga. Mientras D1 y D4 conducen, a D3 y D2

se les aplica un voltaje positivo en su cátodo de tal forma que permanecen polarizados

inversamente durante todo este lapso. En el instante de tiempo donde wt=5π6

, los

voltajes de entrada A y B se cancelan mutuamente y el voltaje de salida es cero. A

partir del instante wt=5π6

D3 y D2 se polarizan directamente, como resultado aparece

a través de la resistencia de carga el voltaje V A - V B. Mientras transcurre intervalo D1 y D4 permanecen abiertos al estar polarizados inversamente.

La señal de salida de este tipo de rectificador es una tensión continua pulsante que

incrementa su valor hasta √3V m, decrece a cero, y repite el ciclo de nuevo. Las gráficas

que ilustran la operación de este circuito aparecen en la figura 4.

Figura 2. Formas de onda del rectificador onda completa

El valor de continua de una señal es igual a su valor promedio. Para un rectificador de onda completa bifásico, el valor del voltaje de CD se obtiene resolviendo la siguiente integral:

V CD=V PROM= 1T∫−π

6

5π6

V m sen (wt )d (wt )

V CD=2√3V mπ

=1.103V m

Si se compara la fórmula para el voltaje promedio de un rectificador de onda completa con la de un rectificador de media onda se observa que, en el primero el voltaje promedio es mayor que en el segundo. Otra característica del rectificador de onda completa bifásico es que su frecuencia de salida es el doble que la de la señal de entrada. Por otro lado la resistencia de carga no comparte la referencia de tierra con la fuente de entrada como sucede con el rectificador de media onda.

I.2. Análisis

A continuación se presenta el desarrollo para calcular el voltaje promedio de salida de los rectificadores construidos para esta práctica.

Análisis del rectificador de media onda bifásico (V m=14.78V )

V CD=1T∫−π

6

5π6

V m sen (wt )d (wt )−V m sen(wt−2 π3 )d (wt )

V CD=1

2π¿

V CD=V m2π

¿

V CD=V m2π {[−cos (wt ) ]0

5π6 +[−cos (wt ) ] 5π

6

10π6 }

V CD=−V m2π [cos( 5 π

6 )−cos (o )]+[cos(10 π6

−2π3 )−cos (5 π

6−2π

3 )]V CD=

−V m2π [−√3

2−1]+[−1−√3

2 ]V CD=

−V m2π

(−√3−2 )= (√3+2 )2π

V m

V CD=(√3+2 )

2πV m=0.594V m

V CD=0.594V m=0.594 (14.78 )=8.77V

Análisis del rectificador de onda completa bifásico (V m=14.78V )

V CD=1T∫−π

6

5π6

V m sen (wt )d (wt )−V m sen(wt−2 π3 )d (wt )

V CD=1π

¿

V CD=V mπ {[−cos (wt ) ]−π

6

5π6 −[−cos(wt−2 π

3 )]−π6

5π6 }

V CD=−V mπ [cos(−π6 )−cos( 5 π

6 )]+[cos(−π6 −2π3 )−cos(5 π

6−2π

3 )]V CD=

−V mπ [−√3

2−√3

2−√3

2−√3

2 ]=4√32

V mπ

=2√3V mπ

V CD=2√3V mπ

=1.103V m

V CD=1.103V m=1.103 (14.78 )=16.3V

I.3. Prereporte

Las imágenes siguientes presentan las simulaciones de los rectificadores de media onda y onda completa construidos en esta práctica.

Simulación del rectificador bifásico de media onda

Formas de onda del rectificador bifásico de media onda

Simulación del rectificador de onda bifásico

Forma de onda de salida del rectificador de onda completa bifásico

Desarrollo Práctico

I.4. Material y equipo a utilizar: Resistencias 4 diodos 1N4007 1 Transformador de 9V Osciloscopio Multímetro Caimanes Protoboard

I.5. Procedimiento y resultados

1. Armar un rectificador de media onda bifásico, graficar la señal de salida y medir el voltaje promedio de dicha señal.

Captura del osciloscopio de la señal de entrada y salida del rectificador de media onda bifásico

Comparación de resultados:

Teórico Simulado PracticoVoltaje

promedio8.77V 9.07V 8.77V

2. Armar un rectificador de onda completa bifasico, graficar la señal de salida y medir el voltaje promedio de dicha señal.

Captura del osciloscopio de la señal de entrada y salida del rectificador de onda completa en puente.

Comparación de resultados:

Teórico Simulado PracticoVoltaje

promedio16.3V 14.55V 15.5V

Observaciones y Conclusiones:

Los circuitos construidos en esta práctica se usan para conseguir una señal de corriente directa a partir de dos fuentes de corriente alterna monofásicas con sus voltajes de salida desfasados 120°. Los rectificadores bifásicos se clasifican en rectificadores de media onda y onda completa. Comparando ambos, el de onda completa es más eficiente porque aprovecha el periodo completo de ambas señales de entrada. La frecuencia de la señal de salida de un rectificador de onda completa es el doble que la de la señal de entrada.

El voltaje promedio de un rectificador de onda completa es mayor que voltaje promedio de un rectificador de media onda. A partir de lo anterior se puede concluir que la corriente promedio de salida también es mayor para un rectificador de onda completa y por lo tanto la potencia eléctrica entregada. Como desventaja se puede mencionar, que en un rectificador de onda completa la caída de voltaje debido a los diodos polarizados en directa mayor que la del rectificador de media porque operan dos diodos a la vez, sin embargo, si la amplitud de la señal de entrada es considerablemente mayor al voltaje de polarización de un diodo, dicha caída de tensión se puede despreciar.