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En la presenta práctica de laboratorio, se expone las propiedades de la configuración de diodos como rectificador de onda completa. Se observa mediante el osciloscopio la veracidad de la teoría expuesta en clases y se analiza la configuración en la realidad y se presenta la diferencia entre el caso ...

Description

DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA ASIGNATURA: Electrónica Fundamental NRC: 5170 INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO

Tema: Circuitos rectificadores de onda completa No. 2 Profesor: Ing. Carlos Ponce INTEGRANTES

Fabricio Veintimilla

23 de abril 2019 Sangolquí

UNIDAD N° 1

1. Tema: CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

2. Introducción En la presenta práctica de laboratorio, se expone las propiedades de la configuración de diodos como rectificador de onda completa. Se observa mediante el osciloscopio la veracidad de la teoría expuesta en clases y se analiza la configuración en la realidad y se presenta la diferencia entre el caso ideal y real.

3. Objetivo: • •

Verificar las características de funcionamiento de los circuitos Rectificadores de Onda Completa (ROC) diseñados por el estudiante. Analizar los resultados, comparando los datos calculados, simulados y medidos.

4. Materiales • • • • • • •

Resistencias Diodos Cables Protoboard Transformador Osciloscopio Multímetro

5. Marco teórico Circuitos Rectificadores con diodos El rectificador de onda completa es un circuito empleado para aprovechar ambos semiciclos de la corriente alterna y obtener corriente directa como resultado ideal (positivo y negativo) aunque el resultado aparenta ser el mismo que en el rectificador de media onda, en este caso los niveles de intensidad son superiores y la caída de tensión es menor cuando se le aplica una carga al sistema. [1] Rectificación de onda completa puente de diodos El nivel de cd obtenido a partir de una entrada senoidal se puede mejorar 100% mediante un proceso llamado rectificación de onda completa. La red más conocida para realizar tal función aparece en la figura 2.53 con sus cuatro diodos

en una configuración de puente. Durante el periodo t=0 para T/2 la polaridad de la entrada es como se muestra en la figura 2.54. Las polaridades resultantes a través de los diodos ideales también se muestran en la figura 2.54 para revelar que D2 y D3 están conduciendo, mientras que D1 y D4 están “apagados”. El resultado neto es la configuración de la figura 2.55 con su corriente y polaridad indicadas a través de R. Como los diodos son ideales, el voltaje de carga es vo=vi, como se muestra en la misma figura.

En la región negativa de la entrada los diodos que conducen son D1 y D4 y la configuración es la que se muestra en la figura 2.56. El resultado importante es que la polaridad a través del resistor de carga R es la misma de la figura 2.54, por lo que se establece un segundo pulso positivo, como se muestra en la figura 2.56. Durante un ciclo completo los voltajes de entrada y salida aparecerán como se muestra en la figura 2.57.

Como el área sobre el eje durante un ciclo completo ahora es el doble de la obtenida por un sistema de media onda, el nivel de cd también se duplica y

Si se utilizan diodos de silicio en lugar de ideales como se muestra en la figura 2.58, la aplicación de la ley de voltajes de Kirchhoff alrededor de la trayectoria de conducción da

Por consiguiente, el valor pico del voltaje de salida vo es En situaciones donde Vm >> 2VK, se puede aplicar la siguiente ecuación para el valor promedio con un nivel de precisión relativamente alto:

PIV El PIV requerido de cada diodo (ideal) se determina en la figura 2.59

obtenida en el pico de la región positiva. Para el lazo indicado el voltaje máximo a través de R es Vm y el valor nominal del PIV está definido por: [2]

Rectificación de onda completa de toma central En la figura 2.60 aparece un segundo rectificador de onda completa muy conocido con sólo dos diodos, pero que requiere un transformador con derivación central (CT, por sus siglas en inglés) para establecer la señal de entrada a través de cada sección del secundario del transformador. Durante la parte positiva de vi aplicada al primario del transformador, la red aparecerá como se muestra en la figura 2.61. El diodo D1 asume el equivalente de cortocircuito y el D2 el equivalente de circuito abierto, como lo determinan los voltajes secundarios y las direcciones de la corriente resultantes. El voltaje de salida aparece como se muestra en la figura 2.61.

Durante la parte negativa de la entrada la red aparece como se muestra en la figura 2.62, y los roles de los diodos se invierten, pero mantienen la misma polaridad del voltaje a través del resistor de carga R. El efecto neto es la misma salida que aparece en la figura 2.57 con los mismos niveles de cd.

[2] Factor de rizado. El rizado, algunas veces llamado fluctuación o ripple (del inglés), es el pequeño componente de alterna que queda tras rectificarse una señal a corriente continua. El rizado puede reducirse notablemente mediante un filtro de condensador, este proceso es llamado a veces "filtrar", y debe entenderse como la reducción a un valor mucho más pequeño de la componente alterna remanente tras la rectificación, pues, de no ser así, la señal resultante incluye un zumbido a 60 ó 50 Hz muy molesto, por ejemplo, en los equipos de audio.

El factor de rizado es un indicador de la efectividad del filtro y se define como:

Vr es el voltaje de rizado eficaz (rms, valor medio cuadrático) y Vcd es el valor de CD (corriente continua promedio) del voltaje de salida del filtro. Cuanto menor sea el factor de rizado, mejor será el filtro. El factor de rizado puede reducirse incrementando el valor del condensador del filtro.[3]

Eficiencia de la rectificación. La eficiencia de un rectificador está definido como la potencia de salida (DC) entre la potencia de entrada (ac):[4]

Factor de utilización de un transformador Es la razón que existe entre la demanda máxima y la capacidad instalada.

Donde: FdU = Factor de utilización Dmáx = Demanda máxima CAPinstalada = Capacidad instalada La capacidad instalada se refiere a la potencia nominal del equipo de suministro. [4]

Factor de utilización del transformador. Es la razón que existe entre la demanda máxima y la capacidad instalada.

Donde: FdU = Factor de utilización Dmáx = Demanda máxima CAPinstalada = Capacidad instalada La capacidad instalada se refiere a la potencia nominal del equipo de suministro.[5]

6. Procedimiento 6.1

Diseñe un Circuito Rectificador de Onda Completa Tipo Puente, utilizando como entrada la señal proporcionada por la Empresa Eléctrica y que cumpla con las siguientes especificaciones: VDC, IDC. Cada grupo se impone los valores. 6.1.1 En el circuito diseñado

Figura 1 Circuito rectificador con puente de diodos diseñado Gráfico obtenido en el simulador

Figura 2 Señal de entrada obtenida por el simulador del circuito rectificador con puente de diodos

Figura 3 Señal de salida obtenida por el simulador del circuito rectificador con puente de diodos

Figura 4 Señal de entrada y salida obtenida por el simulador del circuito rectificador con puente de diodos

⬧

Gráfico obtenido en el laboratorio

Figura 5 Señal de entrada; del circuito rectificador con puente de diodos, obtenida de manera experimental por el osciloscopio

Figura 6 Señal de salida; del circuito rectificador con puente de diodos, obtenida de manera experimental por el osciloscopio

Figura 7 Señal de entrada y salida; del circuito rectificador con puente de diodos, obtenida de manera experimental por el osciloscopio 6.2

Diseñe un Circuito Rectificador de Onda Completa con toma Central, utilizando como entrada la señal proporcionada por la Empresa Eléctrica y que cumpla con las siguientes especificaciones: VDC, IDC. Cada grupo se impone los valores

6.2.1

En el circuito diseñado

Figura 8 Circuito rectificador con transformador de derivación central diseñado

⬧

Gráfico obtenido en el simulador

Figura 9 Señal de entrada obtenida por el simulador del circuito rectificador con transformador de derivación central

Figura 10 Señal de salida obtenida por el simulador del circuito rectificador con transformador de derivación central

Figura 11 Señal de salida obtenida por el simulador del circuito rectificador con transformador de derivación central ⬧

Gráfico obtenido en el laboratorio

Figura 12 Señal de la entrada; del circuito rectificador con transformador de derivación central, obtenida de manera experimental por el osciloscopio.

Figura 13 Señal de salida; del circuito rectificador con transformador de derivación central, obtenida de manera experimental por el osciloscopio.

Figura 14 Señal de salida y salida; del circuito rectificador con transformador de derivación central, obtenida de manera experimental por el osciloscopio.

7. Preguntas 7.1. ¿Qué tipo de señal se obtiene a la salida de un Circuito Rectificador? La onda obtenida es:

7.2. ¿Con cuál Circuito Rectificador se obtiene mayor nivel de tensión Continua? Con el circuito de trasformador con derivación central tendremos mayores niveles de tensión continua ya que la corriente en cada polarización solo pasa por un solo diodo. 𝑉𝑐𝑑 =  0.636(𝑉𝑚 − 𝑉𝑘 )

7.3. ¿Cuál circuito Rectificador presenta un mayor valor de componentes alternas? El circuito que tiene mayor valor, pero solo en el PIV, es el rectificador de transformador con derivada central. Ya que es el doble del rectificador del puente de diodos. 7.4. ¿Qué relación existe entre la frecuencia de la señal de entrada y la frecuencia de la señal de salida en los rectificadores?

La frecuencia de la tensión de salida es el doble de la frecuencia de la tensión de entrada 7.5. ¿Cuál circuito genera un mayor rendimiento? El circuito que va a tener mayor rendimiento es el circuito de transformador con derivación central. Ya que tiene mayor potencia de salida 7.6. A su criterio, ¿cuál es el mejor circuito rectificador? Para mí el mejor circuito rectificador es de trasformador con derivación central, ya que entrega mayor potencia en la carga.

8. Conclusiones •

•

•

Nos podemos dar cuenta que una de las mejores utilidades que tiene el diodo es su configuración de rectificador de onda completa ya que nos permite aprovechar la parte de corriente continua de una señal alterna. Además, si añadimos un capacitor nos puede entregar corriente continua lo cual es muy aprovechado dentro de la electrónica. Es muy importante el hecho que las propiedades inherentes del diodo son las que haces posible este tipo de rectificación. Y que el tiempo de respuesta del diodo es muy veloz ya que se polariza en directa y luego en inversa sin tener mayor repercusión por el tiempo de recuperación del diodo. Este tipo de rectificación es mucho más eficiente que el de media onda en el cual solo de aprovecha la mitad de voltaje continuo que en el de onda completa.

9. Recomendaciones •

Es muy importante tener en cuanta, al momento de la medición con el osciloscopio, la referencia que se toma, ya que puede dar errores de medición muy grandes que hace parecer al circuito como un rectificador de media onda.

10. Bibliografía [1]

EcuRED, “Rectificador de onda completa - EcuRed.” [Online]. Available: https://www.ecured.cu/Rectificador_de_onda_completa. [Accessed: 03-May2019].

[2]

R. BOYLESTAD and L. NASHELSKY, Boylestad nashelsky.pdf, DECIMA. MEXICO: Pearson Educación.

[3]

“Rizado - Wikipedia, la enciclopedia libre,” 2017. [Online]. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Rizado. [Accessed: 17-Apr-2019].

[4]

Wikipedia, “Rectificador trifásico - Wikipedia, la enciclopedia libre,” 2018.

[Online]. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_trifásico#Eficiencia. [Accessed: 17Apr-2019]. [5]

D. P. Haro Naranjo, “MEJORA DEL FACTOR DE UTILIZACION DE TRANSFORMADORES DE DISTRIBUCIÓN DE LA EEQ. PROYECTO,” Quito, 2015....