UNIDAD 3 CIRCUITOS CONVERTIDORES DE CORRIENTE CONVERTIDOR CA-CD

UNIDAD 3 CIRCUITOS CONVERTIDORES DE CORRIENTE CONVERTIDOR CA-CD

Un convertidor de corriente alterna a corriente directa pare de un rectificador de onda completa. Su carga puede ser puramente resistiva. Al agregarle a este rectificador un capacitor en paralelo, el convertidor se comporta como un filtro ya que se produce un voltaje a la salida que es esencialmente continuo.

El convertidor CA-CD nos proporciona una señal de salida rectificada (casi constante) de valor Vm donde Vm es igual al valor pico del voltaje de entrada. Este voltaje casi constante presenta una variación de V0 . Este valor se puede considerar muy pequeño y de esta manera encontrar el valor del resistor y del capacitor para un valor de voltaje directo deseado, de acuerdo a la siguiente expresión

∆V_0≈(V_m π)/ωRC

Media Onda monofásica (Rectificadores)

La función de este circuito es eliminar uno de los dos semiperiodos de una señal alterna senoidal, proveniente del secundario del transformador. El componente electrónico que se usa para este fin es el diodo, que tiene la propiedad de conducir en un solo sentido.

El esquema y las formas de onda son las que se representan en la figura.

R1 carga o elemento al que vamos a alimentar con la tensión rectificada.

Vsec, tensión de entrada al rectificador (V secundario) Fig. 1 V secundario del transformador

Aplicamos una onda senoidal a la entrada (transformador reductor). En el semiciclo positivo el diodo queda polarizado directamente y se comporta prácticamente como un interruptor cerrado (excepto los 0.6V de la barrera de potencial). Esto hace que por el circuito circule una corriente cuya forma de onda está representada en la fig. 3. Esta corriente provoca una caída de tensión senoidal como la de la fig.2.

Fig. 3 I por el diodo y la resistencia

En el semiciclo negativo, es diodo se polariza inversamente (ánodo más negativo que el cátodo), comportándose como un interruptor abierto. No existe corriente por el circuito y en la resistencia de carga R1 no hay caída de tensión, esto supone que toda la tensión de entrada estará en extremos del diodo como se ve en la fig.4

Fig. 4 V inversa en el diodo

Onda completa semicontrolada monofásica

Onda completa controlada monofásica

Los rectificadores controlados reemplazan los diodos de un sistema rectificador por tiristores (rectificadores de silicio controlados) con el fin de proporcionar control sobre la tensión media en la carga del sistema y, en definitiva, de la potencia proporcionada a ésta.

Principio de operación de un rectificador controlado:

En la figura se representa el diagrama de bloques un rectificador controlado. El valor medio de la tensión aplicada a la carga, Vd, puede variar de un valor máximo positivo a un valor máximo negativo, sin embargo la corriente Id sólo puede tener sentido positivo. Por tanto, el convertidor sólo puede actuar en el primer cuadrante como, en el que actúa como rectificador, o en el cuarto cuadrante en el que actúa como inversor.

En el caso que se necesite trabajar en los cuatro cuadrantes (por ejemplo en el caso de controlar un motor), se utilizaran dos convertidores de dos cuadrantes conectados en anti-paralelo.

Media Onda trifásica

Puede construirse a partir de tres rectificadores controlados monofásicos de mediaonda.Cada tiristor conducirá durante un tiempo T/3, así que cada uno debe ser capaz deregular 1/3 de potencia.-Para"#30°CORRIENTE CONTINUADA-Para30°< "<150°CORRIENTEDISCONTINUA

Onda completa semi-controlada trifasica

Esta configuración se conseguiría uniendo un RECTIFICADOR TRIFÁSICO CONTROLADO DEMEDIA ONDA y un RECTIFICADOR TRIFÁSICO NO CONTROLADO DE MEDIA ONDA

Onda completa controlada trifásica

Para cada período de la tensión de alimentación, el circuito de disparo ha de suministrar 6 impulsos de control, distanciados 60° en el tiempo. Estos impulsos de control tienen una duración de (180°-"), contado "desde el punto de conmutación natural.

Aplicaciones

Algunas de las aplicaciones para los convertidores de corriente CA-CD son:

La fuente de bajo voltaje CD para circuitos electrónicos; fuente de alto voltaje CD para rieles eléctricos; convertidor reversible de alta potencia para transmisiones de CD; control de velocidad de molinos de balanceo en trabajos de acero de locomotoras eléctricas y elevadores servo-control de maquinas.

CIRCUITO CONVERTIDORES DE CORRIENTE CONVERTIDOR CD-CD

Los convertidores CD-CD, denominados también choppers, se emplean en gran cantidad de aplicaciones industriales, aunque de forma especial en fuentes de alimentación de corriente continua reguladas (conmutadores) y en accionamientos de motores de corriente continua.

La figura 3.1 muestra en diagrama de bloques un convertidor de cc-cc. La entrada a estos convertidores consiste normalmente en una tensión continua no controlada procedente de un rectificador de diodos, y en algunos casos de una batería, aunque esta última circunstancia no resulta usual. Antes de pasar al convertidor, la tensión no controlada atraviesa un filtro capacitador, que le proporciona una baja impedancia interna así como un rizado también pequeño. Ya en el chopper, la tensión continua no regulada se convierte en otra de voltaje deseado.

A la salida del convertidor de cc-cc existe un filtro paso bajo que se trata como parte integrante del propio convertidor. La tensión resultante (ya controlada) alimenta a una carga, que se representa como una resistencia en el caso de fuentes de alimentación continua conmutadas, o como una fuente de tensión continua en serie con una resistencia y una bobina en el caso de un motor de continua.

Cuando estos convertidores se utilizan en fuentes de continua conmutadas, se suelen implementar con un transformador incluído en la propia topología del circuito para conseguir un aislamiento galvánico. Sin embargo, en aplicaciones de accionamientos de motores de corriente continua, los convertidores se implementan sin dicho aislamiento.

Reductor (BUCK)

Como su nombre indica, un convertidor reductor produce una tensión media de salida menor que su tensión continua de entrada. La figura 3.14 muestra un convertidor reductor. Como puede observarse, la topología seguida es la misma que la de los convertidores reductores directos (ver figura 3.10-a), pero con sentido de corriente contrario al anteriormente considerado para lograr que la potencia generada en el circuito sea igual a la disipada en el mismo.

Para eliminar rizados se emplea un filtro paso-bajo consistente en una bobina y un condensador Convertidor reductor (buck).

La figura siguiente muestra la forma de onda de la tensión voi de entrada al filtro paso-bajo, en tanto que la figura 3 siguiente presenta su espectro de frecuencias. La frecuencia de corte del filtro fc se elige a un valor mucho menor que la de conmutación del interruptor fs, de modo que nunca sobrepase la frecuencia de conmutación ni sus múltiplos.

Forma de onda y espectro de frecuencias de la tensión voi.

Si la carga acoplada al circuito se trata de una bobina, es el interruptor el que tendría que absorber o disipar la energía inductiva, lo que podría originar su destrucción. Este problema se soluciona mediante el empleo de un diodo. Así, durante el intervalo en que el interruptor controlable S se encuentra cerrado, el diodo se encuentra polarizado en inversa, por lo que la energía proporcionada por la entrada se distribuye entre la carga y el inductor. En cambio, cuando el interruptor S se encuentra abierto, la corriente acumulada por la bobina del filtro fluye a través del diodo, transfiriendo parte de esta energía a la carga.

En el análisis de los convertidores reductores se supondrá que el valor del condensador que forma parte del filtro es muy alto, de forma que la tensión de salida del circuito v0 sea prácticamente constante y de valor V0. Más adelante se calculará cuánto vale este rizado de la tensión de salida. Asimismo, la intensidad media en la bobina IL es igual a la corriente media de salida I0, por ser la intensidad media en el condensador de valor cero.

Atendiendo a la conducción en la bobina, se analizan los convertidores reductores en los siguientes modos de operación:

Modo de conducción continúa.

Límite entre los modos de conducción continua y discontinua.

Modo de conducción discontinua.

Elevador (BOOST)

La figura siguiente representa un

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