SAAEI 2005

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Electrónica Industrial
2do curso de Ingeniería Técnica Industrial
Especialidad Electricidad
Lección 16 Convertidores CA/CC
Profesor Diego González Lamar
Transparencias basadas en el material realizado
por Arturo Fernández y Jorge García García
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Convertidores CA/CC
Índice de la Lección

• Introducción
• Rectificadores no controlados monofásicos
• Rectificador controlado de silicio SCR
• Rectificadores controlados monofásicos
• Rectificadores no controlados trifásicos
• Rectificadores controlados trifásicos

Electrónica Industrial Lección 16
3
Convertidores CA/CC
Introducción
La fuente de distribución de energía eléctrica
más habitual es la red eléctrica. La energía se
distribuye en forma de tensión alterna
Sin embargo, los equipos electrónicos
generalmente necesitan una tensión continua para
funcionar
Electrónica Industrial Lección 16
Por esta razón, la primera etapa de conversión
suele ser en la mayoría de los casos una
transformación CA/CC. Si la tensión obtenida de
esta forma no es adecuada para la aplicación, se
pueden conectar en cascada otros convertidores
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Convertidores CA/CC
Introducción
Los convertidores CA/CC los podemos clasificar de
la siguiente forma

• Monofásicos
• Trifásicos

• Monofásicos
• Trifásicos

No Controlados
Controlados
Electrónica Industrial Lección 16
En un rectificador controlado, un circuito de
control puede modificar los parámetros de
funcionamiento del convertidor y regular en
cierta medida la tensión de salida En el caso de
un rectificador no controlado, no hay ninguna
posibilidad de control y la tensión de salida
depende exclusivamente de la carga
En la actualidad, el esquema más usado se basa en
utilizar un convertidor CA/CC no controlado. A
continuación se conecta otro convertidor en
cascada que es el que se encarga de controlar la
tensión de salida
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Convertidores CA/CC
Introducción
Especificaciones típicas de la tensión de alterna
Red de baja tensión
Europa
Trifásica
220 V, 50 Hz
380 V, 50 Hz
Electrónica Industrial Lección 16
230 V, 50 Hz
240 V, 50 Hz
110 V, 60 Hz
EE.UU
100 V, 60 Hz
Japón
100 V, 50 Hz
3, 6, 10, 15, 20 kV, 50 Hz
Red de media tensión
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Convertidores CA/CC
Rectificadores no controlados monofásicos
Rectificador en puente completo o doble onda
Vin 230 V, 50 Hz
Muy sencillo Muy robusto Barato
VC
Electrónica Industrial Lección 16
Formas de onda

• La tensión de salida es continua
• El rizado depende de la carga
• El valor medio no es controlable
• Corriente de entrada muy picuda
• Mal factor de potencia (? 0.5)

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Convertidores CA/CC
Rectificadores no controlados monofásicos
Rectificador en puente completo
Vin 230 V, 50 Hz
Principio de funcionamiento
Electrónica Industrial Lección 16
Semiciclo positivo
Semiciclo negativo
VC Vin
VC Vin
VC
VC
Vin
Vin
El condensador se carga al valor de pico de la
tensión de entrada
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Convertidores CA/CC
Rectificadores no controlados monofásicos
Rectificador en puente completo
iin
Vin 230 V, 50 Hz
Formas de onda
Electrónica Industrial Lección 16
?VC
El condensador se carga durante el tiempo en el
que hay circulación de corriente. El resto del
tiempo esta descargando la energía sobre la carga
(Rizado)
0.5 1 ms
10 ms
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Convertidores CA/CC
Rectificadores no controlados monofásicos
Doblador de tensión
En la actualidad hay muchos equipos portátiles
que deben poder funcionar con la tensión nominal
de cualquier país. Es el denominado rango de
tensión universal 90-265 V
Electrónica Industrial Lección 16
Al haber tanta diferencia de tensión entre la
mínima y la máxima, los equipos pueden tener
problemas para funcionar. Un posible circuito
para solucionarlo es el doblador de tensión
Con 230 V el interruptor está abierto El
funcionamiento es igual que el de un rectificador
de doble onda normal El condensador equivalente
que verá la red será C/2
C
230 V
110 V
C
10
Convertidores CA/CC
Rectificadores no controlados monofásicos
Doblador de tensión
C
110 V
D3
Cuando la tensión de entrada es de 110 V, se
cierra el interruptor
110 V
C
D4
Electrónica Industrial Lección 16
D3 y D4 se cortan porque están en paralelo con
los condensadores
Semiciclo positivo
Semiciclo negativo
VC1 Vin
VC2 Vin
V0
V0
En total, la tensión en la carga es la suma de la
tensión en los dos condensadores V0 2Vin
(2110 V 220 V)
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Convertidores CA/CC
Rectificador controlado de silicio
Siempre es de Silicio. El SCR es el tiristor por
excelencia
Símbolo
A
C
(Cátodo)
(Ánodo)
A
G
(Puerta)
A
Electrónica Industrial Lección 16
E
p2
I
p2
IA
J1
n2
B
C
n2
J2
C
B
K
p1
G
p1
J3
IG
E
n1
n1
VB
C
VAC
K
Estructura Interna y circuito equivalente
Característica
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Convertidores CA/CC
Rectificador controlado de silicio
Estado de bloqueo
A

• Soporta tensión inversa

y tensión directa
IA
G

• Si se introduce un pulso de corriente por puerta

Electrónica Industrial Lección 16
C
o la tensión alcanza el valor de ruptura directa
VB
Estado de conducción

• Conduce corriente directa

VAC
y se mantiene en conducción siempre que la
corriente esté por encima de im
im Corriente de mantenimiento
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Convertidores CA/CC
Rectificador controlado de silicio
Podemos decir que es un interruptor
unidireccional que se cierra con un pulso de
corriente de puerta (disparo) y se abre cuando la
corriente pasa por cero
A
P
A
Electrónica Industrial Lección 16
N
P
N
G
G
C
C
Modelo ideal de un SCR
El disparo por tensión directa (VB) se considera
indeseable y, como norma general, debe
seleccionarse el SCR para que esto no ocurra
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Convertidores CA/CC
Rectificador monofásico controlado de doble onda
Ejemplo Control de fase
V1
V1
Electrónica Industrial Lección 16
VR
R
?
Disparo
Disparo
Cuando el tiristor recibe un pulso de corriente
en la puerta comienza a conducir, siempre y
cuando tenga polarización directa entre ánodo y
cátodo
VR
Controlando el ángulo de disparo ? controlamos la
energía que pasa
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Convertidores CA/CC
Rectificador monofásico controlado de doble onda
T1
T2
US
Electrónica Industrial Lección 16
230 V,50 Hz
T4
T3
16
Convertidores CA/CC
Rectificador monofásico controlado de doble onda
Cada tiristor conduce 180º El ángulo de disparo
define la tensión que se obtiene a la salida Si
el ángulo de disparo supera los 90º habrá un
balance de potencia negativa? Funcionamiento como
inversor autónomo
Electrónica Industrial Lección 16
17
Convertidores CA/CC
Rectificadores no controlados trifásicos
Rectificador no controlado de media onda

• En entornos industriales se suele usar la red
  trifásica
• Las formas de onda tienen menos rizado de forma
  natural
• Tiene mayor capacidad de manejar potencia

Electrónica Industrial Lección 16
Los circuitos son básicamente iguales a los
monofásicos
UR
D1
UR
US
D2
US
D3
UT
UT
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Convertidores CA/CC
Rectificadores no controlados trifásicos
Rectificador no controlado de media onda
T
S
R
UR
D1
US
D2
Electrónica Industrial Lección 16
D3
UT
Us
360º
60º
120º
180º
240º
300º
0º
210º
270º
330º
30º
150º
90º
En la rama superior, en cada instante conduce el
diodo que tiene más tensión en el ánodo
En la rama inferior, en cada instante conduce el
diodo que tiene más tensión en el cátodo (en este
caso, tensión negativa)
19
Convertidores CA/CC
Rectificadores no controlados trifásicos
Rectificador no controlado de media onda
Cada diodo conduce 120º Cada 120º hay un cambio
en los diodos que conducen Hay 3 intervalos en
360º
Electrónica Industrial Lección 16
20
Convertidores CA/CC
Rectificadores no controlados trifásicos
Rectificador no controlado de onda completa
T
S
R
Electrónica Industrial Lección 16
RS
ST
TR
SR
TS
RT
21
Convertidores CA/CC
Rectificadores no controlados trifásicos
Rectificador no controlado de onda completa
En la rama superior, en cada instante conduce el
diodo que tiene más tensión en el ánodo
Electrónica Industrial Lección 16
En la rama inferior, conduce el diodo que tiene
más tensión negativa en el cátodo
T
S
R
Cada diodo conduce 120º Cada 60º hay un cambio
en los diodos que conducen Hay 6 intervalos en
360º Se le suele llamar rectificador de 6 pulsos
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Convertidores CA/CC
Rectificadores no controlados trifásicos
Rectificador no controlado de onda completa
R
S
T
D1
D2
D3
R
RL
S
Electrónica Industrial Lección 16
US
T
D4
D5
D6
D1
D5
RT
RS
D1
D2
D3
R
RL
S
US
T
D4
D5
D6
23
Convertidores CA/CC
Rectificadores controlados trifásicos
Rectificador controlado de media onda
T
S
R
UR
T1
US
T2
Electrónica Industrial Lección 16
T3
UT
Us
60º
360º
120º
180º
240º
300º
0º
270º
210º
330º
30º
150º
90º
24
Convertidores CA/CC
Rectificadores controlados trifásicos
Rectificador controlado de media onda
a60º
T
S
R
UR
T1
US
T2
Electrónica Industrial Lección 16
T3
UT
Us
60º
360º
120º
180º
240º
300º
0º
270º
210º
330º
30º
150º
90º
Pero la conducción del tiristor depende del
ángulo de disparo
25
Convertidores CA/CC
Rectificadores controlados trifásicos
Rectificador controlado de media onda
a90º
T
S
R
UR
T1
US
T2
Electrónica Industrial Lección 16
T3
UT
Us
60º
360º
120º
180º
240º
300º
0º
270º
210º
330º
30º
150º
90º
Pero la conducción del tiristor depende del
ángulo de disparo
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Convertidores CA/CC
Rectificadores controlados trifásicos
Rectificador controlado de media onda
a120º
T
S
R
UR
T1
US
T2
Electrónica Industrial Lección 16
T3
UT
Us
60º
360º
120º
180º
240º
300º
0º
270º
210º
330º
30º
150º
90º
Pero la conducción del tiristor depende del
ángulo de disparo
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Convertidores CA/CC
Rectificadores controlados trifásicos
Rectificador controlado de onda completa
R
S
T
Electrónica Industrial Lección 16
US
RS
SR
ST
RT
TS
TS
TR
28
Convertidores CA/CC
Rectificadores controlados trifásicos
Rectificador controlado de onda completa
R
S
T
? 30º
Electrónica Industrial Lección 16
RT
TR
SR
ST
TS
TS
RS
US
120º
180º
240º
300º
360º
90º
150º
210º
270º
330º
0º
60º
30º
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Convertidores CA/CC
Rectificadores controlados trifásicos
Rectificador controlado de onda completa
R
S
T
? 60º
Electrónica Industrial Lección 16
RT
TR
SR
ST
TS
TS
RS
US
120º
180º
240º
300º
360º
90º
150º
210º
270º
330º
0º
60º
30º
30
Convertidores CA/CC
Rectificadores controlados trifásicos
Rectificador controlado de onda completa
R
S
T
? 90º
Electrónica Industrial Lección 16
RT
TR
SR
ST
TS
TS
RS
US
0º
60º
120º
180º
240º
300º
360º
30º
90º
150º
210º
270º
330º
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Convertidores CA/CC
Rectificadores controlados trifásicos
Rectificador controlado de onda completa
R
S
T
? 120º
Electrónica Industrial Lección 16
RT
TR
SR
ST
TS
TS
RS
US
0º
60º
120º
180º
240º
300º
360º
30º
90º
150º
210º
270º
330º