Lab Electronica de Potencia 1

7/27/2019 Lab Electronica de Potencia 1

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CURSO: ELECTRONICA DE POTENCIA PROFESOR: HILDA

APELLIDOS Y NOMBRES:

TEJEDA ECHEGOYEN ROBERTH CARLOS 08190028

HORARIO: Lunes (6 -8pm)

CICLO: X

SEMESTRE: 2013-II

Laboratorio

Electrnica de

Potencia

[TRABAJO N1]RECTIFICADORES MONOFSICOS Y TRIFSICOS CONDIFERENTES TIPOS DE CARGAS

Universidad Nacional Mayor de San Marcos(Universidad del Per, DECANA DE AMRICA)

FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA Y ELCTRICAE.A.P. INGENIERA ELECTRNICA


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RECTIFICADORES MONOFSICOS Y TRIFSICOS CONDIFERENTES TIPOS DE CARGAS

OBJETIVO

Familiarizarse con los Rectificadores Monofsicos y Trifsicos.

MATERIALES

1. Diodos, puente rectificador, resistencias, (no considerar ningn valor de resistenciao cdigo de diodo de los circuitos de las grfica, los componentes se compran de

acuerdo a su diseo).

2. Inductancia de 76mH, 38mH, 27mH, 16mH, 7H. (Inductancias que hay en ellaboratorio).

3. Transformador reductor monofsico de 220V/9V, 220V/6V, 220V/12, 220V/14,220V/24, transformador trifsico 220V/48V, 220V/50, 220V/51 (transformadores quehay en el laboratorio). Escoger segn su diseo. (En los circuitos el voltaje de entrada

esta con generadores, en la prctica usar un transformador de acuerdo a su diseo).

4. 2 Pilas de 1.5V. (Traer)5. Resistencia de carga de (40 - 50 ) con potencia de 20 a 40 watts. (Comprar una

resistencia)

6. Traer los diodos y puentes de acuerdo a su diseo.7. Equipos de Laboratorio.

CUESTIONARIO

1. Definir y determinar las expresiones para calcular:a) El valor promedio de voltaje de salida, Vcd.

Es el valor medio o DC, es el promedio de la seal en el tiempo. Este valor nos determinala componente CC del voltaje en la carga. Lo obtenemos de la siguiente manera:

b) El valor promedio de la corriente de salida, Icd.Este valor nos determina la componente CC de la corriente en la carga. Lo obtenemos de la

siguiente manera:

c) La salida de potencia en dc, Pcd.


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Es el valor de la potencia en la carga en CC. Se calcula de la siguiente forma: d) El valor medio cuadrtico del voltaje de salida, Vrms.

El valor RMS es el valor del voltaje en C.A. que produce el mismo efecto de disipacin decalor que su equivalente de voltaje en CC. Se calcula de la siguiente manera:

()

e) El valor medio cuadrtico de la corriente de salida Irms, as como la salida depotencia en ca, Pca.

El valor RMS es el valor de la corriente en C.A. que produce el mismo efecto de disipacin

de calor que su equivalente de corriente en CC. Se calcula de la siguiente manera:

La salida de potencia es el valor de la potencia en la carga en CA. Se calcula de la

siguiente forma: f) La eficiencia (o relacin de rectificacin) .

La eficiencia (o relacin de rectificacin) de un rectificador, que es una cifra de mrito y

nos permite comparar la efectividad, se define como:

g) El valor efectivo (rms) de la componente de ca del voltaje de salida Vca.Es el valor rms de los componentes de CA del voltaje de salida. Se calcula de la siguiente

manera:

h) El factor de forma, FF.

El factor de forma, que es una medida de la forma del voltaje de salida, es:

i) El factor del componente de ondulacin RF.

El factor de componente ondulatoria, que es una medida del contenido de la componente

ondulatoria, es:


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j) Indicar el RF suministrada por los rectificadores monofsicos de media onda,

onda completa, trifsico de media onda y trifsico de onda completa, para una

carga R y RL.En la siguiente tabla se puede apreciar los valores del parmetro de RF con carga R y RL de

los diferentes tipos de rectificadores:

Carga R Carga RL

Rectificador monofsico de media onda 1.21 1.64

Rectificador monofsico de onda completa 0.482

Rectificador trifsico de media onda 0.177

Rectificador trifsico de onda completa 0.0405

2. Definir el factor de utilizacin del transformador TUF, El factor armnico HF, elfactor de potencia PF.

El factor de utilizacin del transformador (TUF):

Donde Vrms e Irms son los valores cuadrticos medios de la bobina secundaria del

transformador.

El factor armnico (HF):

Donde Is1 es la componente fundamental de la corriente de entrada Is.

El factor de potencia (PF):

Donde es el ngulo entre las componentes fundamentales de la corriente y el voltajede entrada.

3. Un rectificador ideal debera tener =?, Vca=?, RF=?, TUF=?, HF=?, PF=?Un rectificador ideal debera tener los siguientes parmetros:

= 100% Vca = 0


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RF = 0 TUF = 1 HF = THD = 0 PF = DPF = 1

4. En un rectificador la tensin continua aumenta al aumentar el N de diodos?Explique.

No, porque al aumentar la cantidad de diodos cada uno de ellos consume una cantidad de

voltaje, 0.7V, por lo tanto la salida tendr una menor amplitud de tensin continua.

5. Qu sucede en el rectificador monofsico de onda completa si un diodo se abre?Se comportara como un rectificador de media onda, debido a que la seal siendo

rectificada en un solo sentido.

6. Qu sucede en un rectificador trifsico de media onda y onda completa si undiodo se abre?

Existira una de las tres fases de corriente (R, S, T) que no llegara a la carga por lo tanto en

esta existira discontinuidades en la curva en la carga o existiran puntos de vaco decorriente o tensin.

7. Qu es una fuente trifsica?Una fuente trifsica de tensin est constituida por tres fuentes monofsicas de igual valor

eficaz pero desfasadas 120 entre ellas, como se aprecia en la siguiente figura:

Las nuevas fuentes de alimentacin para 24V CC se basan en un concepto totalmente

nuevo. Lo destacado es la modularidad. Se tratan de equipos compactos para corriente

continua de salida de 20A o 40A en 24V estabilizados. Luego se les pueden agregar

mdulos para funciones extra dependiendo de requerimientos particulares.

8. Cul es la desventaja del rectificador trifsico sin transformador?


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No se regula la seal en forma adecuada y puede generar accidentes a las personas,adems de la alta cantidad de voltaje que liberara de un solo momento.

Otra de las desventajas es el total de las prdidas en conduccin en los diodos es eldoble. Por lo tanto, cuando se trabaje con tensiones elevadas ser conveniente emplear

un rectificador en puente, y cuando se tengan corrientes elevadas ser mejor una tomaintermedia.

9. Cules son las relaciones de fase entre las lneas del trifsico?Secuencia de fase positiva

Por convencin se toma siempre como voltaje de referencia al voltaje de fase a.

Cuando el voltaje de fase b est retrasado del voltaje de fase a 120 y el voltaje de fase c

est adelantado al de fase a por 120 se dice que la secuencia de fase es positiva. En esta

secuencia de fase los voltajes alcanzan su valor pico en la secuencia a-b-c.

Los voltajes de a, b y c representados con fasores son los siguientes:

En donde Vm es la magnitud del voltaje de la fase a.

Secuencia de fase negativa

En la secuencia de fase negativa el voltaje de fase b est adelantado 120 al de la fase a. y

el voltaje de fase c est atrasado 120 al de la fase a.

10.Hallar la frecuencia de rizado de los circuitos rectificadores monofsicos de media

onda, onda completa monofsica, trifsicos de media onda y onda completa. Rectificador Monofsico de media onda: Posee una frecuencia de rizado igual a la de

la tensin de lnea: 60Hz.

Rectificador Monofsico de onda completa: Posee una frecuencia de rizado cuyovalor es el doble de la tensin de lnea; 120Hz.

Rectificador Trifsico de media onda: Posee una frecuencia de rizado igual al triplede la frecuencia de la tensin de lnea; 180Hz.

Rectificador Trifsico de onda completa: Posee una frecuencia de rizado cuyo valores el doble de la frecuencia de rizado del rectificador trifsico de media onda; 360Hz.


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11.Simular en Simulink los circuitos de las Figuras 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.PROCEDIMIENTO

12.Disear tericamente los circuitos de acuerdo a los requerimientos indicados.13.

En el Rectificador monofsico de media onda con carga R, Figura 1. Consideraruna carga entre 40 y 50 , disear el circuito tal que el voltaje dc en la carga sea 5voltios. Medir en el osciloscopio Vs, Vd, VR. Llenar la TABLA 2. (Vs = salida

transformador, Vd = voltaje en el diodo, VR= voltaje en la carga R).

Se considera una carga resistiva de 47, con lo cual se procede a calcular los parmetrosrequeridos en la tabla 2:

Calculados

Simulados en

SimPower

systemVmed 5 V 4.982 V

Vrms 7.854 V 7.948 V

Vac 6.057 V 6.193 V

Pactiva 1.313 W 1.429 W

Preactiva 0 VAR -0.002415 VAR

PF (Factor de potencia ) 1 1

(Eficiencia ) 40.53% 39.29%


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FF (Factor de forma) 1.5708 1.595

RF (Factor comp. ondulacin) 1.2114 1.243

14.Conectarle un condensador en paralelo a la carga de la Figura 1, tal que el rizadode pico a pico sea menor al 5% de Vm, ver en el osciloscopio.

El voltaje de rizado debe ser menor al 5% del voltaje pico, el cual tiene un valor de

15.708V; entonces calculando el 5% del valor anterior tenemos un valor de 0.7854V.

He seleccionado como voltaje de rizado pico a pico el valor de 0.785V, con lo cual

podemos hallar el valor del condensador que hace posible este efecto.Para hallar el voltaje de rizado pico a pico utilizamos la siguiente frmula:


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Por lo tanto, el valor del condensador ser: .Lo que produce el siguiente efecto en el voltaje de salida:

15.En el rectificador monofsico de media onda con carga R-L, Figura 2. Considerarque la impedancia en la resistencia es aproximadamente igual a la impedancia enla bobina, medir en el osciloscopio las seales V s, Vd, VL, VR, VLR, Indicar las

grficas obtenidas experimentalmente, explicarlas. Llenar la TABLA 2.

(Vs = salida transformador, Vd = voltaje en el diodo, VR = voltaje en la carga R,

VLR= voltaje en la resistencia y bobina).Con la condicin mencionada tenemos la siguiente relacin:

L R

76 mH 28.65

38 mH 14.33

27 mH 10.1816 mH 6.03

De la tabla podemos escoger cualquier par de valores para realizar la experiencia. Para

realizar este circuito he seleccionado los siguientes valores: y .Analizando el circuito cuando el diodo conduce tenemos la siguiente ecuacin:


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Resolviendo la ecuacin diferencial anterior con respecto a :

Donde:

Para poder hallar los clculos tericos debemos trabajar con la solucin permanente, debidoa que la solucin transitoria estar presente por unos momentos y luego desaparecer, con

lo cual la solucin permanente es la que regir el comportamiento de la corriente.

[ ]


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Calculados Simulados enSimPower

system

Vmed 4.268 V 4.194 V

Vrms 8.19 V 8.389 V

Vac 7 V 7.266 V

Pactiva 1.171 W 1.484 W

Preactiva 1.169 VAR 1.061 VAR

PF (Factor de potencia ) 0.708 0.8136

(Eficiencia ) 27.16% 33.58%FF (Factor de forma) 1.912 2



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16.En el rectificador monofsico de media onda con diodo volante, Figura 3. Mediren el osciloscopio las seales Vs, Vd, VL, VLR, VdV. Explicar las grficas obtenidas.

Llenar la TABLA 2.

Para poder calcular la tensin rectificada de este rectificador debemos utilizar la serie de

Fourier.

El voltaje medio en la carga corresponde al primer trmino de la serie de Fourier:

Calculados

Simulados en

SimPower

system

Vmed 5.402 V 4.688 V

Vrms 8.485 V 7.956 VVac 6.543 V 6.428 V

Pactiva 1.736 W 1.554 W

Preactiva 0.796 VAR 0.7962 VAR

PF (Factor de potencia) 0.91 0.89

(Eficiencia ) 0.405 0.434FF (Factor de forma) 1.57 1.697



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17.En el rectificador monofsico de onda completa puente con carga R, Figura 4.Considerar una carga entre 40 y 50 , disear el circuito tal que el voltaje dc en lacarga sea aproximadamente 10.8 voltios. Medir en el osciloscopio las seales VS,

Vd, VR. Indicar las grficas obtenidas experimentalmente. (En este circuito usar

un puente de diodos). Llenar TABLA 2. Observar con el osciloscopio la seal de la

corriente de entrada, medir los armnicos.

En este caso se utiliz una carga resistiva de valor 47 y conociendo el voltaje en continua

de la carga podemos disear el circuito:


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Calculados

Simulados en

SimPower

system

Vmed 10.8 V 10.8 V

Vrms 12 V 12.32 V

Vac 5.231 V 5.918 V

Pactiva 3.064 W 3.595 W

Preactiva 0 VAR -0.03256 VAR

PF (Factor de potencia ) 1 1

(Eficiencia ) 81% 76.92%FF (Factor de forma) 1.11 1.14


Para poder obtener un valor de 10.8V en continua en Simulink debemos cambiar el voltaje

eficaz del bobinado secundario del transformador a un valor de 13.8V, con lo cual se

obtienen todos los valores de la tabla.


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18.Conectarle un condensador en paralelo a la carga de la Figura 4. Tal que elrizado de pico a pico sea menor al 3% de Vm, tomar los datos de la pregunta 17.

Comparar este condensador con el obtenido en la pregunta 14. Medir con el

osciloscopio la corriente de entrada al rectificador. Medir los armnicos de la

lnea, primero sin el condensador luego con el condensador.

El voltaje de rizado debe ser menor al 3% del voltaje pico, el cual tiene un valor de16.965V; entonces calculando el 3% del valor anterior obtenemos un valor de 0.50895V.He seleccionado como voltaje de rizado pico a pico el valor de 0.5V, con lo cual podemos

hallar el valor del condensador que hace posible este efecto.

Para hallar el voltaje de rizado pico a pico utilizamos la siguiente frmula:

Por lo tanto, el valor del condensador ser: .Lo que produce el siguiente efecto en el voltaje de salida:


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Sin condensador:

Con condensador: 19.En el rectificador monofsico de onda completa puente, con carga RL, Figura 5.

Medir en el osciloscopio las seales VS, Vd, VL, VR, VRL. Indicar las grficas

obtenidas experimentalmente. Explicar los resultados.


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20.En el rectificador monofsico de onda completa puente de la Figura 6, V 2 = 3voltios. Medir en el osciloscopio las seales VS, VRL. Explicar los resultados con

referencia a la pregunta 19.


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21.En el circuito de la Figura 7, considerar los datos del transformador trifsicoindicado en la seccin II de la gua.

a) Poner una carga de 1 k. Llenar la TABLA 1. Siendo S1S6 cables que conecta elD1...D6 con la lnea, cuando est conectado se especifica con X, cuando esta

desconectado con -.

b) Medir la frecuencia para el paso 1.c) Conectar un condensador en paralelo con la carga tal que el rizado sea menor al 1%,

medir con el osciloscopio la corriente en la entrada del rectificador, medir los

armnicos de la lnea.

Tomando el paso 1 de la TABLA 1, llenar la TABLA 2.

TABLA 1

Paso S1 S2 S3 S4 S5 S6Vdc

(carga)Idc

(carga)

FrecuenciaForma de Onda en la carga

1 X X X X X X65.15 V 29.6 mA 360 Hz


23/26

2 X X X - X X

3 X X - - X X


24/26

Voltaje medio:

Voltaje RMS:

* ( )

+

TABLA 2

Calculados

Simulados en

SimPowersystem

Vmed 64.82 V 63.1 V

Vrms 64.88 V 63.16 V

Vac 2.79 V 2.847 V

Pactiva 1.138 W

Preactiva 0.2239 VAR

PF (Factor de potencia ) 0.9812

(Eficiencia ) 0.9982 0.998FF (Factor de forma) 1 1.001


22.En el circuito de la figura 7. Poner una carga RL y medir el voltaje de salida en lacarga RL.


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Figura 1. Figura 2.

Figura 3. Figura 4.

Figura 5. Figura 6.

0

L1

7H

V1

R1

2.2k

D2

1N4500

1 2

D2

1

2

D4

1

2

D3

1

2

D1

1

2

R1

2

1

V1

1Vac

R1

2

1

D1

1

2

V2

Vdc

D3

1

2

D2

1

2

L1

1

2

V1

Vac

D4

1

2

D2

1

2

D4

1

2

D3

1

2

D1

1

2

R1

2

1

L1

1

2

V1

1Vac


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Figura 7.

Date post:	14-Apr-2018
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