Practica 2 Rectificadores

(1)

Pr

Pr´´actica 2: Rectiﬁcadores Monof

actica 2: Rectiﬁcadores Monof ´´asicos Con Carga

asicos Con Carga

RC

Juan S. Ch´

Juan S. Ch´avez M., Adolfo M. Ocampo P., Carlos A. Rico S.avez M., Adolfo M. Ocampo P., Carlos A. Rico S. (jschavezm, admocampopa, caricos)@unal.edu.co

(jschavezm, admocampopa, caricos)@unal.edu.co Universidad Nacional de Colombia

Universidad Nacional de Colombia

Abstract.

Abstract. In In ththis is dodoccumumeent nt is is eexpxpososed ed ththe e teteooryry,, sim

simulaulatiotions ns and and resresultults s of of difdifferferent ent recrectiﬁtiﬁer er circircuicuits ts witwithh resistive

resistive-capasitive -capasitive load.load. Palabras

Palabras Clave Clave — — Capacitancia, Capacitancia, Eﬁciencia, Eﬁciencia, Puente Puente dede diodos,

diodos, Rectificador Rectificador de de media media onda,Rectificador onda,Rectificador de de ondaonda completa,

completa, Rizado, Rizado, Saturacion, Saturacion, TTap ap Central Central

I.

I. MMARCOARCO T TEEORICOORICO´´

A.

A. Media Media onda onda con con carga carga RC RC

El

El recrectiﬁtiﬁcadcador or de de medmedia ia ondonda a perpermitmite e elieliminminar ar la la parpartete negativa de una fuente, esto gracias a que en la parte positiva negativa de una fuente, esto gracias a que en la parte positiva el

el didiododo o se se popolalaririza za en en didirerectcto o y y pepermrmitite e el el ﬂuﬂujo jo de de lala corriente.

corriente.[1[1]] La

La tentensisi´´on on inmeinmediatadiatamente mente despdespuu´´es es dedel l didiododo o titienene e unun comportamiento de la forma

comportamiento de la forma V V P P == sensen((wtwt) ) 00 < w t < π < w t < π

y 0 para

y 0 para π < wt < π < wt < 2 2ππ. El aporte que da el condensador no. El aporte que da el condensador no permite la

permite la ca´ca´ıda de ıda de la tensila tensi ´´on de una forma inmediata, estaon de una forma inmediata, esta tensi´

tensi´on cae de forma exponencial decreciente hasta que eson cae de forma exponencial decreciente hasta que es condensador se descarga completamente o se vuelve a cargar condensador se descarga completamente o se vuelve a cargar en una onda positiva.[

en una onda positiva.[1]1]

Figure 1: Gr´

Figure 1: Gráfica afica alimealimentacntacii´ón, salida rectificada yon, salida rectificada y filtrado[

ﬁltrado[2]2]

B.

B. TTap ap Central Central con con carga carga RC RC

El

El objetobjetivivo o de utilizar la de utilizar la rectirectificaci´ficación de onda completaon de onda completa es tratar de aprovechar los intervalos de tiempo que no se es tratar de aprovechar los intervalos de tiempo que no se utilizan en media onda, esto debido a que su configuraci´ utilizan en media onda, esto debido a que su configuración deon de diodos permite que uno conduzca cuando la onda es positiva diodos permite que uno conduzca cuando la onda es positiva mie

mientrntras as que el que el otrotro o quequeda da en en una configuna configurauracićión on invinversaersa.. Cuando la onda es negativa el estado en los diodos cambia Cuando la onda es negativa el estado en los diodos cambia de

de forforma ma natnaturaural l perpermitmitieniendo do que que ﬂuyﬂuya a la la eneenergrg´´ıa ıa por por lala carga.

carga.[1[1][][33]]

Figure 2: Gr´

Figure 2: Gráfica afica alimealimentacińtación[on[2]2]

Figure 3: Gr

Figure 3: Gr´áfica alimentaciafica alimentaci ´ón, salida rectificada yon, salida rectificada y filtrado

ﬁltrado[2[2]]

C.

C. Onda compOnda completa con cargleta con carga RC a RC

En este caso la singularidad en la rectiﬁcaci´

En este caso la singularidad en la rectiﬁcaci´on de mediaon de media on

(2)

II. C ´ALCULOS TEORICOS´

Se realizar´a el c´alculo de las caracter´ısticas del circuito compuesto por la resistencia de carga RL = 1K Ω, el voltaje

pico V p = 12.72V y dos capacitancias de valores 10µF y

3300µF .

A. Media onda con carga RC

Parametro _10µ _3300µF V dc 7.73 12.56 I dc[mA] 7.73 12.56 P dc[mW ] 59.90 157.76 V RMS 7.34 12.56 I RMS[mA] 7.34 12.56 V ac[V ] 0.486 0.025 I ac[mA] 0.486 0.025 P ac[mV A] 53.93 157.76 ηcarga[%] 99.8 99.9 I f RMS[mA] 45.67 193.82 S ent[mV A] 411 1744 ηent−sal[%] 25.4 90 F.P. 37.19E − 3 76.31E − 6

Table I: Valores te´oricos de media onda con carga RC

B. Tap Central con carga RC

Parametro _10µ _3300µF V dc 10.248 12.56 I dc[mA] 10.248 12.56 P dc[mW ] 105.03 157.76 V RMS 10.38 12.56 I RMS[mA] 10.38 12.56 V ac[V ] 0.486 0.025 I ac[mA] 0.486 0.025 P ac[mV A] 107.86 157.76 ηcarga[%] 99.8 99.9 I f RMS[mA] 45.67 193.82 S ent[mV A] 411 1744 ηent−sal[%] 25.4 90 F.P. 37.19E − 3 76.31E − 6

Table II: Valores te´oricos de tap central con carga RC

C. Onda completa con carga RC

Devido a que se esta suponiendo un diodo ideal para los calculos los resultados para el rectiﬁcador de onda completa y los del rectiﬁcador de tap central son los mismos ya que las formas de onda son iguales.

III. SIMULACIONES

Se simularon los circuitos con un diodo 1N 4004, V f = 12.72 y R = 1kΩ y se obtuvieron los valores de tensi ´on y corriente en la carga y la corriente en los diodos para valores de capacitancias C 1 = 10µF y C 1 = 3300µF .

Figure 4: Rectiﬁcador de media onda con carga RC

Figure 5: Resultado de picos de corriente y tensi ´on de salida para una capacitancia de 10µf

Figure 6: Distribución de los primeros componentes armónicos de la tensión de salida.

Parametro _{10µ 3300µF} V DC [V ] 7.271 11.469 I DC [mA] 7.2715 11.469 P DC [mW ] 52.86 131.53 V RMS[V ] 7.765 11.469 I RMS[mA] 7.765 11.469

Table III: Resultados de la simulaci´on de media onda con carga RC

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Figure 7: Resultado de picos de corriente y tensi´on de salida para una capacitancia de 3300µf

B. Tap Central con carga RC

Figure 9: Rectiﬁcador de tap central con carga RC

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Figure 13: Distribuci ón de los primeros componentes armónicos de la tensión de salida.

Par´ametro _{10µ 3300µF} V DC [V ] 9.642 11.913 I DC [mA] 9.642 11.913 P DC [mW ] 92.682 141.2 V RMS[V ] 9.772 11.913 I RMS[mA] 9.772 11.913

Table IV: Simulaci´on de tap central con carga RC

C. Onda completa con carga RC

Figure 14: Rectiﬁcador de onda completa con carga RC

Figure 16: Distribución de los primeros componentes armónicos de la tensi ón de salida.

Figure 18: Distribuci ón de los primeros componentes armónicos de la tensi ón de salida.

Par´ametro _{10µ 3300µF} V DC [V ] 9.055 11.913 I DC [mA] 9.055 11.913 P DC [mW ] 81.99 141.2 V RMS[V ] 9.180 11.913 I RMS[mA] 9.180 11.913

Table V: Simulaci´on de onda completa con carga RC En todas las simulaciones el modelo de transformador que se uso presento saturaci ´on, al aumentar el valor del

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conden-sador se aumento el valor de los picos de corriente saturando el n´ucleo, esto provoco que el valor pico descendiera.

IV. RESULTADOS EXPERIMENTALES

A. Rectiﬁcador de media onda con carga RC

-0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Tiempo [s] -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 V o l t a j e [ V ]

Entrada-Salida rectificador con carga RC

Vin Vout

Figure 19: Entrada-salida para el primer rectiﬁcador.

-0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Tiempo [s] 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 C o r r i e n t e [ A ] Corriente en el rectificador RC

Figure 20: Corriente para el primer rectiﬁcador.

Table VI: Tabla de resultados para el primer circuito de rectiﬁcaci´on

Var ia bl e Valo r U ni dad

V odc 11.7411 V I odc 0.5209 A P odc 6.1165 W V oac 12.4838 V I oac 0.7965 A P oac 9.9430 W I frms 0.7965 A S ent 11.0710 VA ηcarga 0.6152 -T UF 0.5525

-Table VII: Valores medidos por el mult´ımetro. Primer rectiﬁcador

Variable Valor Unidad

V inDC 0.005 V V inRMS 13.9 V RMS V outDC 0.147 V V outRMS 4.06 V RMS -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Tiempo [s] 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 V o l t a j e [ V ]

Salida. Rectificador con tap central RC

Figure 21: Voltaje de salida para el rectiﬁcador con TAP central -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Tiempo [s] 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 C o r r i e n t e [ A ]

Corriente de salida. Rectificador con tap central RC

Figure 22: Corriente de salida para el rectiﬁcador con TAP central

(6)

V inDC 0 V V inRMS 27.56 V RMS V outDC 15.05 V V inRMS 2.15 V RMS -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Tiempo [s] 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 C o r r i e n t e [ A ]

Corriente del diodo. Rectificador con tap central RC

Figure 23: Corriente de entrada (diodo) para el rectiﬁcador con TAP central

Table VIII: Tabla de resultados para el rectiﬁcador con TAP central

Var ia bl e Valo r U ni dad

V odc 15.2613 V I odc 0.0167 A P odc 0.2549 W V oac 15.4658 V I oac 0.0254 A P oac 0.3934 W I frms 0.0182 A S ent 0.2526 VA ηcarga 0.6480 -T UF 1.0091 --0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Tiempo [s] -20 -15 -10 -5 0 5 10 V o l t a j e [ V ]

Figure 24: Voltaje de entrada-salida para el rectiﬁcador con puente de diodos -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Tiempo [s] 0 0.5 1 1.5 2 C o r r i e n t e [ A ]

Corriente de salida. Rectificador con puente de diodos

Figure 25: Corriente de salida para el rectiﬁcador con puente de diodos

(7)

-0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Tiempo [s] 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 C o r r i e n t e [ A ]

Corriente del diodo. Rectificador con puente de diodos

Figure 26: Corriente de entrada para el rectiﬁcador con puente de diodos -0.02 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Tiempo [s] 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 C o r r i e n t e [ A ]

Corriente del diodo. Rectificador puente de diodos

Figure 27: Corriente del diodo para el rectiﬁcador con puente de diodos

Table X: Tabla de resultados para el rectiﬁcador puente de diodos

V odc 5.7372 V I odc 0.3285 A P odc 1.8846 W V oac 6.1105 V I oac 0.5602 A P oac 3.4229 W I frms 0.5602 A S ent 7.7863 VA ηcarga 0.5506 -T UF 0.2420 -V. ANALISIS´

• Para los rectiﬁcadores de media onda se pueden

obser-var la formas de onda en las imágenes 1, 5 y 11 para el rectificador de media onda,con la teor´ıa, simulación

Table XI: Valores medidos por el mult´ımetro. Rectiﬁcador con puente de diodos

V inDC 0.003 V

V inRMS 13.9 V RMS

V outDC 14.37 V V inRMS 8.0376 V RMS

y medición respectivamente se corresponden a las es-peradas en donde la se ñal posee forma senoidal hasta que comienza la descarga del condensador donde toman forma exponencial decreciente. El mismo fenómeno se ve en las formas de onda para los rectificadores completos.

• En los rectiﬁcadores de media onda y onda completa

con carga RC se observa el rizado causado por el condensador en la se ñal de salida, el condensador se va descargando a medida que la tensión disminuye, hasta que se encuentra de nuevo con el incremento de la tensión y el condensador se carga nuevamente. Este rizado se puede variar dependiendo el valor de la capacitancia, a mayor capacitancia menor nivel de rizado.

• El rectiﬁcador de onda completa tipo puente con carga

RC es mejor en cuanto a su TUF y su ηcarga

pre-sentando una mayor eficiencia en comparación con los demás rectificadores.

• Los datos medidos y simulados son parecidos a

ex-cepción de que la ca´ıda de tensión en los diodos se tienen en cuenta en las simulaciones por lo que las tensiones en los rectificadores de onda completa son diferentes mientras que calculados son iguales.

• Se pueden apreciar diferencias signiﬁcativas en los

resultados obtenidos entre los tres ´ıtems, esto puede deberse a diferentes factores. El primero de ellos se basa en el hecho de que las simulaciones y los c ´alculos te´oricos fueron basados en un voltaje de entrada de 12 V RMS , mientras el transformador estuvo arrojando

al rededor de 14 V RMS . Por otro lado, existe una

gran cantidad de ruido en las mediciones hechas con el osciloscopio. Con el fin de tomar una muestra lo más fiel posible, no se realizó un tratamiento en las señales adquiridas a través del osciloscopio, por lo que el gran ruido presente pudo haber alterado los resultados después de su procesado en MATLAB. Por último, los errores ya conocidos asociados a tolerancia en los elementos, componentes reactivos parásitos o los presentes en las sondas de medici ón. Sin embargo, a ún teniendo en consideración esto, los resultados siguen siendo muy diferentes respecto a lo que el equipo esperaba.

• Una vez m´as, se comprueba la ineﬁciencia del

mult´ımetro cuando se trabaja con este tipo de ondas no sinusoidales, ya que su lectura para este tipo de señales fue muy diferente a las medidas te óricamente, o con los algoritmos en MATLAB y las señales adquiri-das. Se comprueba que este instrumento tiene un

(8)

fun-REFERENCES

[1] Hart, D. H., (2001), Electr ´ onica de Potencia, Madrid - Espa ña, Pearson Educación, S.A. Páginas 88-94. Consultado Febrero 2018.

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[3] Miyara, F. ( 2002). Rectiﬁcaci´on., Disponible [Online]: http : //www.fceia.unr.edu.ar/enica3/rectif.pdf