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  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.1

    TEMA: 2 CONVERTIDORES CA/CC. NDICE:

    2.1 INTRODUCCIN. 2.2 CLASIFICACIN DE LOS CONVERTIDORES CA/CC. 2.3 PARMETROS DE RENDIMIENTO. 2.4 RECTIFICADORES: CIRCUITO BSICO. 2.5 RECTIFICADORES NO CONTROLADOS. 2.6 EFECTO DE LA INDUCTANCIA DE LA FUENTE EN LA

    CONMUTACIN DE CORRIENTE. 2.7 RECTIFICADORES CONTROLADOS. 2.8 ANLISIS DE LOS CONVERTIDORES CA/CC MEDIANTE LA

    FUNCIN EXISTENCIAL BIBLIOGRAFA:

    [1] RASHID, M.H. Electrnica de potencia: Circuitos, dispositivos y aplicaciones. Ed: Pearson Prentice Hall. 2004. ISBN: 970-26-0532-6. Bibl-EUP: A-8781. Captulos 3 y 10 .

    [2] UREA UREA, J y Otros. Electrnica de Potencia. Ed: Servicio de publicaciones de la U. de Alcal de Henares. 1999. ISBN: 84-8138-332-5. Bibl-EUP: A-7928, A-7929, A-8702, A-8814. Captulo 5.

    [3] HART, D.W. Electrnica de Potencia. Ed: Prentice Hall. 2001. ISBN: 84-205-3179-0. Bibl-EUP: A-7594, A-7704, A-7706. Captulos 3 y 4.

    [4] LORENZO, S., RUIZ, J.M., MARTN, A. Simulacin, control digital y diseo de convertidores electrnicos de potencia. Dto. Tecnologa Electrnica U. de Valladolid. 1996. Documento Electrnico. Bibl-EUP: E-0091, E-0092, E-0093. Captulo 5.

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  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.2

    2.1 INTRODUCCIN.

    Su misin fundamental es proporcionar energa elctrica en forma de corriente continua a partir de una fuente de corriente alterna (normalmente la red).

    La corriente continua se obtiene aprovechando determinados trozos de la corriente alterna de cada una de las fases de entrada:

    El resultado es una corriente de una sola polaridad pero variable. Se pueden utilizar distintos filtros para eliminar las componentes variables de la salida y conseguir una corriente continua ms pura.

    Utilizando semiconductores controlables (tiristores) se puede ajustar la duracin del trozo de tensin alterna aprovechable y de esa forma conseguir corriente continua con valor medio variable entre ciertos lmites (incluso negativos):

  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.3

    2.2 CLASIFICACIN DE LOS CONVERTIDORES CA/CC

    Para la clasificacin de estos dispositivos se utilizan diversos criterios:

    I.- EN FUNCIN DEL N DE FASES DE LA FUENTE DE ALTERNA:

    a) Monofsicos. b) Trifsicos. c) Hexafsicos, etc.

    II.- EN FUNCIN DE LA POSIBILIDAD DE CONTROL:

    a) No controlados o rectificadores. No se puede controlar la magnitud de la tensin continua, que ser

    siempre fija. Se construyen con diodos.

    b) Controlados. Se puede regular la magnitud de la tensin CC mediante el control

    de la zona de conduccin de los semiconductores de cada fase. Tradicionalmente se construyen con tiristores de los que se controla

    el instante de comienzo de conduccin (control por fase). La extincin se produce de forma natural: cuando pasa la corriente por cero o cuando se dispara el tiristor de otra fase hacia el que se desva la corriente continua.

    c) Semicontrolados Se construyen de forma mixta con diodos y tiristores y pueden

    controlar la magnitud de la tensin continua de salida, aunque de manera menos flexible.

    NOTA: Algunos autores denominan Rectificadores a todos los convertidores CA/CC, y as hablan de: Rectificadores controlados y no controlados.

  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.4

    III.- EN FUNCIN DE LA ESTRUCTURA DEL CONVERTIDOR:

    a) En matriz de conversin. Entre cada fase de entrada (alterna) y la salida (continua) existe

    slo un nico polo de potencia.

    b) En puente. La carga es alimentada por una matriz de conversin en cada

    extremo (una de nodo comn y otra de ctodo comn).

  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.5

    EJEMPLO 1: Rectificador monofsico/bifsico no controlado en matriz de conversin y en puente:

    EJEMPLO 2: Convertidor CA/CC trifsico semicontrolado en puente:

    EJEMPLO 3: Rectificador hexafsico controlado en matriz de conversin:

  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.6

    2.3 PARMETROS DE RENDIMIENTO.

    Requisitos exigidos a un convertidor CA/CC de calidad: a) Que produzca a su salida tensin continua con un contenido mnimo de

    armnicos. b) Que no distorsione las corrientes de entrada (debe mantenerlas tan

    senoidales como sea posible para no afectar a otros dispositivos conectados a la red).

    c) Que no desfase tensin y corriente de entrada, es decir, que su factor de potencia sea cercano a la unidad.

    El rendimiento de un rectificador se evala en funcin de los siguientes

    parmetros:

    A.- PARMETROS RELATIVOS A LA SALIDA DEL CONVERTIDOR:

    1.- Valor medio de la tensin de salida: Vo = Vo CD = Vo (AV).

    =T

    0 o)AV(dt)t(v

    T1Vo

    2.- Valor medio de la corriente de salida: Io = Io CD = Io (AV). 3.- Potencia de salida en continua: PCD

    )AV(O)AV(OCD IVP =

    4.- Valor eficaz de la tensin de salida: Vo RMS.

    =T

    02ORMS dt)t(vT

    1Vo

    5.- Valor eficaz de la corriente de salida: Io RMS.

  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.7

    6.- Factor de forma del rectificador: FF

    AVO

    RMSO

    VV

    FF =

    7.- Potencia de salida en alterna: PCA

    RMSORMSOCA IVP =

    8.- Eficiencia (o razn de rectificacin) de un rectificador:

    CA

    CDPP

    =

    9.- Valor eficaz de la componente alterna de la salida: Vo ca 2

    AVO2

    RMSOcaO VVV =

    10.- Factor de rizado (ripple factor): RF

    1FFVV

    RF 2AVO

    caO ==

    B.- PARMETROS RELATIVOS A LA ENTRADA DEL CONVERTIDOR:

    Se supone que la tensin que alimenta al rectificador, Vs (procedente de la red), es puramente sinusoidal.

    1.- Factor de Potencia de Desplazamiento: DPF.

    = cosDPF donde es el desfase entre las componentes fundamentales de is(t) y vs(t).

  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.8

    2.- Factor de Potencia: PF.

    cosII

    IVcosIV

    SPPF

    rmsS

    rms1S

    rmsSrmsS

    rms1SrmsSACTIVA ===

    donde IS1 se refiere a la componente fundamental de iS(t). Si vS(t) es senoidal pura, slo la componente fundamental de iS(t) produce potencia activa. Si la carga del rectificador es puramente resistiva, se puede calcular PF como:

    rmsSrmsS

    rmsOrmsOCAIVIV

    SPPF ==

    3.- Corriente de distorsin en la entrada: idis(t)

    ==1n

    sn1SSdis )t(i)t(i)t(i)t(i

    ==1n

    2rmssn

    2rms1s

    2rmssrmsdis IIII

    4.- Distorsin armnica total de la corriente de entrada: THD

    rms1s

    rmsdis2

    rms1s

    rmss2

    rms1s

    2rms1s

    2rmss

    II

    1II

    III

    THD =

    =

    =

    Normalmente se expresa en tanto por ciento:

    %100II

    THDrms1s

    rmsdis=

    5.- Factor de cresta: CF

    rmss

    picos

    rmss

    mxs

    II

    II

    CF ==

    Un rectificador ideal deber tener:

    = 100% Vo ac = 0 FF = 1 RF = 0 THD = 0 PF = DPF = 1

    En general, la determinacin analtica de los parmetros de rendimiento de

    un rectificador ser muy complicada y en la mayora de los casos se necesitar utilizar una herramienta de simulacin.

  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.9

    2.4 RECTIFICADORES: CIRCUITO BSICO.

    Como introduccin al anlisis de rectificadores se estudiar el rectificador de media onda con distintas cargas:

    A.- RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA CON CARGA RESISTIVA:

  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.10

    Los parmetros de rendimiento de este rectificador son: 1.- Valor medio de la tensin de salida: Vo (AV).

    =

    = M0 M)AV(

    V)wt(d)wtsen(V21Vo

    2.- Valor medio de la corriente de salida: Io (AV).

    RV

    RVo

    Io M)AV()AV( ==

    3.- Potencia de salida en continua: PCD

    RVIVP 2

    2M

    )AV(O)AV(OCD

    ==

    4.- Valor eficaz de la tensin de salida: Vo RMS.

    [ ]2

    V)wt(d)wtsen(V21Vo M

    02

    MRMS ==

    NOTA: Recordad que: Cte42sen

    2dsen2 +=

    5.- Valor eficaz de la corriente de salida: Io RMS.

    R2V

    RV

    I MRMSORMSO ==

    6.- Factor de forma del rectificador: FF

    2VV

    FFAVO

    RMSO ==

    7.- Potencia de salida en alterna: PCA

    R4VIVP

    2M

    RMSORMSOCA ==

    8.- Eficiencia (o razn de rectificacin) de un rectificador:

    %5'40405'04PP

    2CA

    CD =

    ==

    9.- Factor de rizado: RF

    %12121'11FFRF 2 == 10.- Tensin mxima repetitiva de bloqueo del diodo:

    MinvD VV =

  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.11

    11.- Factor de Potencia: PF.

    Como: 2

    VV MRMSS = y RMSORMSS II =

    707'022

    IVIV

    SPPF

    rmsSrmsS

    rmsOrmsOCA ====

    12.- Factor de cresta de la corriente de entrada: CF

    2II

    CFrmss

    mxs ==

    13.- Determinacin de los armnicos de la tensin de salida, vo(t):

    ( ) ( )

    =++=

    1nnncdO )nwtcos(B)nwtsen(AVtv

    == M)AV(Ocd

    VVV

    ( ) ( )

    =

    =

    0M

    2

    0On )tw(d)twncos(wtsenV

    1)tw(d)twncos(wtV1A

    ( )

    +

    ==

    ==

    2

    nM

    n

    n

    n111VA...,6,4,2n

    0A...,5,3,1n

    ( ) ( )

    =

    =

    0M

    2

    0On )tw(d)twnsen(wtsenV

    1)tw(d)twnsen(wtV1B

    ==

    ==

    0B...,4,3,2n2

    VB1n

    n

    M1

    ...wt6cos35V2wt4cos

    15V2wt2cos

    3V2wtsen

    2VV)t(v MMMMMo

    +

    =

  • ELECTRNICA DE POTENCIA I Nm: 2.12

    14.- Determinacin de los armnic