UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA
LABORATORIO LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA
Fecha: 25/07/2016
RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA CONTROLADO Alex Vinicio Zurita Zurita Canchignia
[email protected] R E S U M E N : En el presente informe, se realiza la
simulación de un rectificador trifásico completamente controlado, en el que podremos observar a diferentes ángulos de disparo cómo se comporta la onda es decir su variación, además además que se lo acoplará en un motor motor para ver su variación de velocidad, es decir realizamos el control de velocidad, el comportamiento básico de la tensión en diferentes cargas , primero se observa el comportamiento con carga resistiva , luego cargas cargas inductivas como motores con la ayuda de SCR.
RECTIFICADOR RECTIFI CADOR 3ᵩ CONTROLADO [3] Un rectificador trifásico controlado por SCR’s tiene las siguientes características:
2.2
1. 2. 3.
Utiliza más tiristores por lo que lo circuitos de disparo son más complejo. La tensión de salida es una combinación de tensiones de línea. El valor medio y RMS es una función del ángulo de disparo.
PALABRAS CLAVES: SCR, controlador de freno, rpm,
ángulo de disparo. 1.
OBJETIVOS
1.1
OBJETIVO GENERAL
Comprobar mediante la simulación en el programa SIMULINK el funcionamiento de nuestro circuito a distintos ángulos de disparo en los diodos SCR, además de obtener una onda completamente rectificada.
Figura1. Rectificador trifasico de onda completa controlado po SCR´s.Imagen de la figura 18.1a de [3]
4. 1.2
2.
OBJETIVOS ESPECIFICOS Observar en el simulador los valores de voltaje y corriente en los diodos y en la carga, comparar estos valores con los calculados. Observar las formas de onda de los voltajes de entrada y salida del circuito de rectificación c on puentes de SCR’s y carga resistiva e inductiva como el motor. Analizar el funcionamiento del circuito de rectificación de onda completa con diferentes ángulos de disparo, especialmente en cargas inductivas.
MARCO TEORICO
2.1 RECTIFICADOR TRIFASICO Un sistema trifásico de tensiones se dice que es equilibrado cuando sus corrientes son iguales y están desfasados simétricamente. [2] Cuando alguna de las condiciones anteriores no se cumple (tensiones diferentes o distintos desfases entre ellas), el sistema de tensiones es un desequilibrado o más comúnmente llamado un sistema desbalanceado. Recibe el nombre de sistema de cargas desequilibradas el conjunto de impedancias distintas que dan lugar a que por el receptor circulen corrientes de amplitudes diferentes o con diferencias de fase entre ellas distintas a 120°, aunque las tensiones del sistema o de la línea sean equilibradas o balanceadas.
5.
6.
7.
El transformador provee las tres tensiones secundarias de fase, pero la tensión rectificada que aparece en la carga es la compuesta entre dos fases. En consecuencia para que exista circulación de corriente, es necesario que dos tiristores de distinta fase conduzcan al mismo tiempo; “caso contrario no funciona”; sin embargo la secuencia de encendido y su correspondiente cese de conducción es de un tiristor por vez. De hecho, cada uno de los seis tiristores comienza a conducir con el mismo ángulo θ.1 respecto a su tensión de fase y semiciclo de conducción. Los tiristores T1; T3 y T5 conducen con los semiciclos positivos de las respectivas Tensiones vs1; vs2 y vs3 mientras que los T4; T6 y T2 lo hacen con los semiciclos negativos de dichas tensiones.
La secuencia de encendido y el periodo de conducción de 120° de cada tiristor se encuentran indicados en la figura 2.
Figura 2. Tensiones de entrada al rectificador de color azul, rojo y verde y tension de salida en la carga de color morado. Imagen tomada de la figura 18.1b de [3].
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8.
9.
La pulsación de la tensión rectificada es p = 6 y su forma de onda será siempre una porción de selenoide de la tensión compuesta fase-fase. La corriente en la carga sólo tendrá la misma forma de onda que la tensión si la carga es resistiva pura.
2.3 CARGAS RESISTIVAS
[4] Por definición, una carga pasiva es aquella que no contiene una fuente de energía propia. La carga pasiva más simple es un resistor. La figura 3 indica una carga resistiva conectada en serie a un tiristor. La fuente produce un voltaje sinusoidal que tiene un valor pico Em. Los pulsos en la compuerta están sincronizados con la frecuencia de línea y, en nuestro ejemplo, están retrasados un ángulo de 90°. Por consiguiente, la conducción inicia cada vez que el voltaje de AC alcanza su valor positivo máximo. Por consiguiente, la fuente de CA tiene que suministrar potencia reactiva Q además de la potencia activa P. El factor de potencia de desplazamiento disminuye conforme el pulso de activación se retrasa, por otra parte si el SCR se activa a 0°, el rectificador no absorbe potencia reactiva.
Figura 4. Motor DC imanes permanentes rotatorio, gracias a la acción del campo magnético.
2.5
CIRCUITO SCR-INDUCTOR
[1]Después de la apertura del diodo (es d ecir cuando el diodo está en polarización inversa), la tensión a los bornes de la inductancia aumenta (con signo contrario). En el instante , la tensión es suficiente para crear un arco entre dos vueltas de la bobina. El arco presenta poca resistencia eléctrica y descarga rápidamente las capacidades parásitas. La corriente, en lugar de continuar cargando las capacidades parásitas, comienza a pasar por el arco. Hemos dibujado el caso en el cual la tensión del arco es relativamente constante. La corriente del inductor disminuye hasta que al instante sea demasiado pequeña para mantener el arco y este se apaga y deja de conducir. La corriente vuelve a pasar por las capacidades parásitas y esta vez la oscilación continúa amortiguándose y sin crear nuevos arcos, ya que esta vez la tensión no alcanzará valores demasiado grandes. Recordemos que este es solamente un caso posible.
Figura 3. SCR que abastece a una carga pasiva conectada en serie. Imagen tomada de la figura 21.30 de [4].
2.4 CONTROL DE VELOCIDAD DE
UN MOTOR POR SCR’S. [4] Usualmente, una unidad de potencia de estado sólido convierte la energía AC de la planta a un voltaje DC ajustable. Este voltaje alimenta a la armadura del motor. Los sistemas de excitación de alta potencia, para cd, se alimentan con frecuencia con una fuente de corriente alterna trifásica. En este caso deben haber tres circuitos de control de disparo, separados, uno por cada uno de los tres SCR de línea La velocidad del motor DC varía proporcionalmente al voltaje de armadura asumiendo:
[1] Figura 5. Formas de onda de la corriente y el voltaje en la bobina cuando el diodo pasa a polarización inversa.
El motor es suficientemente grande para alimentar a la carga conectada. 2. La corriente de campo del motor es constante. 3. Los motores DC tienen dos componentes principales: armadura y campo. La interacción de los campos magnéticos de ambos componentes provoca la rotación del rotor. La etapa puede ser implementada mediante el uso de Tiristores. 1.
[2]Figura 6. Circuito rectificador trifásico R-S-T de onda completa conectado en estrella.
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MATERIALES Y EQUIPO
3
4.3
Osciloscopio. EM 3320 Break Controller EM 3320 Magnetic Power Break Generador de señales de disparo. Módulo de laboratorio de potencia. Cámara. Unidad de carga resistiva. Gafas de protección Cables de osciloscopio. Unidad de carga inductiva. Transformador de aislamiento. Multímetro Cables para Osciloscopio Cables de conexión Cable serial Adaptador de tres a dos. Juego de tiristor PE-5310-2B Amplificador diferencial PE-5310-3C Unidad de carga resistiva EM-3320-1N Controlador de freno EM-3320-1ª Unidad de freno de potencia magnética
RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA CONTROLADO CON CARGA INDUCTIVA (MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA).
Figura 9. Circuito de rectificación monofásico de onda completa sin control CON CARGA INDUCTIVA MOTOR DC.
DESARROLLO Y PROCEDIMIENTO
4
HAY Q MODIFICAR Y LA SIMULACION 4.2
RECTIFICADOR CONTROLADO RESISTIVA.
CON
TRIFASICO CARGA
Figura 8. Circuito de rectificación trifásico de onda completa sin control CON CARGA RESISTIVA.
Figura 10. Motor de corriente continua del laboratorio.
Figura 11. Modulo controlador de freno magnético EM3320.
Se procedió a armar el circuito de la figura 8, teniendo en cuenta que para poder medir los voltajes se tuvo que conectar las señales de entrada y salida a la unidad de amplificación diferencial. En este circuito, se procederá a ubicar los cables del osciloscopio de la manera indicada en la figura 8. En el canal 2 ira la señal del voltaje de la fuente, mientras que en el canal 1 ira la señal del voltaje rectificado en la carga. Figura 12. Módulo de freno magnético EM3320.
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Se procedió a armar el circuito de la figura 9, teniendo en cuenta que para poder medir los voltajes se tuvo que conectar las señales de entrada y salida a la unidad de amplificación diferencial.
cuando se lo ha conectado como carga del rectificador trifásico de onda completa totalmente controlada se analizó que el control de velocidad disparando el ángulo de disparo de los SCR´s es de 90° (Arranque del motor) hasta los 180° (Velocidad máxima controlable).
En este circuito, se procederá a ubicar los cables del osciloscopio de la manera indicada en la figura 9. En el canal 2 ira la señal del voltaje de la fuente, mientras que en el canal 1 ira la señal del voltaje rectificado en la carga. 5
ANALISIS Y RESULTADOS Hay que cambiar
Se obtuvieron los siguientes resultados: Figura9. Control de velocidad del motor DC.
En la Figura7 se observa la señal del rectificador trifásico de onda completa totalmente controlado cuando se le ha conectado una carga resistiva de 200Ω, también se observa la señal de voltaje de entrada (V R ) de una fase; el funcionamiento normal para el ángulo de disparo de los tiristores va de 30° a 180°.
.
6
CONCLUSIONES
V. Cando: Se obtuvo que en la configuración de nuestro
Figura7. Rectificador trifásico de onda completa totalmente controlado con caga puramente resistiva. En la Figura8 se muestra la señal del rectificador trifásico de onda completa totalmente controlado cuando se le ha conectado como carga un motor DC, también se observa la señal de voltaje de entrada (V R ) de una fase; debido a que el motor posee bobinados se observa colas de inductancia.
frenado de motor la velocidad en rpm se llega a igualar en el momento que llega a tomar sus resultados por ejemplo en nuestro caso el frenado era 1500 rpm , entonces dicho valor freno al inicio y luego igualo a esta velocidad que notros proporcionamos al módulo de frenado . E.Cruz: Como se pudo observar en las ondas obtenidas al usar un motor AC como carga obtuvimos una distorsión en la onda de salida la cual es creada por los armónicos creados por el motor lo cual afecta tanto al motor como a la red eléctrica del circuito.
7
RECOMENDACIONES
Se recomienda el uso de una potencia relativamente baja para realizar las practicas ya que los elementos del laboratorio se pueden quemar.
8
REFERENCIAS
[1],(EC. 1), (EC. 2) J. Gómez Campomanes, “Componentes pasivos de los circuitos eléctricos”, Circuitos eléctricos, Universidad de Oviedo, servicio de publicaciones, 1990, capítulo 1, ISBN: 84-7468-288-6, pp. 8-19. Figura8. Rectificador trifásico de onda completa
totalmente controlado conectado como carga un motor DC.
[2] LORENZO, S., RUIZ, J.M., MARTÍN, A. “Simulación, control digital y diseño de convertidores electrónicos de potencia”. Dto. Tecnología Electrónica – U. de Valladolid. 1996. Documento Electrónico. Bibl-EUP: E-0091, E0092, E-0093. Capítulo 5.
En la Figura9 se visualiza el funcionamiento del motor [3] R. Goméz, “Cap. IV Rectificador trifásico de onda
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completa controlado”, Departamento de Ingeniería electrónica,,Disponible[online]: http://potencia.eie.fceia.unr.edu.ar/electronica%20IV/a %20subir/RPTC1de22Parte.pdf
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