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RECTIFICACION |
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1. Diversos tipos de rectificadores monofásicos La elección de un circuito rectificador depende de la economía del rendimiento y de los valores límite de los diodos utilizados. Para los circuitos de baja potencia puede resultar adecuada la alimentación desde la red monofásica (circuitos rectificadores monofásicos de media onda u onda completa), si se consideran aceptables una frecuencia de ondulación baja y un factor de ondulación relativamente elevado. Pero si se necesita mayor potencia de salida, resulta preferible la alimentación a partir de una red trifásica (con circuitos rectificadores trifásicos o hexafásicos), debido al menor factor de ondulación y al mayor rendimiento de conversión, aun cuando sean mayores las pérdidas por conmutación. Si la red de c.a. disponible lo permite, ciertos circuitos rectificadores pueden conectarse directamente sin transformador (con ahorro de espacio y dinero), tomando las debidas precauciones de seguridad para el usuario. 1.1. Rectificadores de media onda
El circuito rectificador más simple, que utiliza un solo diodo, es el que aparece en la figura 1. Se tiene una tensión alterna sinusoidal en el primario del transformador T (conectado generalmente a la red de energía alterna, 220V), que se reduce o aumenta en el secundario, en función de las necesidades. La tensión alterna Vi presente en el secundario, se aplica al diodo, que conduce solamente cuando la tensión en el ánodo es superior a la tensión en el cátodo. Si la tensión Vi es suficientemente elevada, se puede pasar por alto tranquilamente la presencia de la tensión umbral Vd del diodo. En estas condiciones, únicamente la parte positiva de la señal de entrada podrá atravesar el diodo y llegar a los bornes de salida, proporcionando a la salida una tensión unidireccional (aunque no sea constante) con valor medio Vm distinto de cero. Por esta razón, a este circuito se lo denomina circuito rectificador de media onda. La figura 1 muestra un circuito monofásico de media onda. El ángulo de conducción del diodo es de 180º (medio ciclo de la onda). En los rectificadores de media onda:
En general, la red monofásica suele ser suficiente para alimentar rectificadores de potencia mediana o pequeña. Si se utiliza un transformador para alimentar el circuito monofásico de media onda, por el secundario de dicho transformador pasa una corriente unidireccional cada vez que el diodo conduce. El transformador ha de estar calculado para la máxima corriente eficaz que circule por el rectificador; el factor de utilización del transformador es bajo. Esta corriente unidireccional puede ocasionar la saturación del núcleo, lo cual implica un aumento en la corriente de imanación y en las pérdidas por histéresis e introduce armónicos en la tensión del secundario. La regulación y el rendimiento de conversión del circuito monofásico de media onda son bajos. Por los inconvenientes que presenta, normalmente este sistema se utiliza para aplicaciones de consumo reducido, por ejemplo en receptores de radio y de televisión.
1.2. Rectificadores de onda completa Con el rectificador monofásico de media onda se obtiene en la salida una tensión continua pulsante, inservible en la mayoría de los casos. Una mejor solución es mediante el uso de rectificadores de onda completa, que se pueden considerar como dos rectificadores de media onda. Circuito de onda completa bifásico Se lo ha representado en la figura 2.Vemos que el secundario del transformador está subdividido, a través de una toma central de corriente, en dos partes que presentan dos tensiones, V1 y V2 , desfasadas 180º entre sí.
De esta forma, los dos diodos presentes en el circuito conducen alternativamente, cada uno de ellos una semionda. El valor medio Vm que se obtiene a la salida (fig. 2b) será así, el doble del rectificador de media onda. En este circuito hay que prestar atención y comprobar que la tensión inversa que se aplica a los dos diodos no supere los valores tolerables. El ángulo de conducción de los diodos es también de 180º (medio ciclo).
Aunque el circuito rectificador de onda completa necesita sólo dos diodos, en lugar de los cuatro del circuito monofásico tipo puente (fig. 3), la potencia del transformador debe ser mayor y, por consiguiente, el coste de dicho transformador constituye el principal inconveniente de dicho circuito. Circuito de onda completa tipo puente El circuito monofásico de onda completa tipo puente es el más utilizado. Se aplica generalmente cuando interesa que la tensión de salida sea de valor similar al de la tensión eficaz de alimentación.
Para determinar los. valores de los componentes utilizados, es importante conocer el tipo de carga a que será sometido el rectificador (resistiva, capacitiva o inductiva). La figura 3 presenta un circuito rectificador monofásico de onda completa tipo puente en el cual el ángulo de conducción de los diodos vale 180º.
En este
circuito puente se emplean cuatro diodos: cuando la tensión de entrada Vi
es positiva, conducen los diodos D2 y D4 ; cuando es
negativa, conducen D1 y D3
, y los otros dos están en
corte. Las corrientes media y eficaz que circulan por cada diodo son iguales a las del circuito monofásico de onda completa con transformador con punto medio.
Esta fórmula es la representación matemática de la onda de salida del rectificador. Valor pico de la tensión de salida (Vomax) El valor pico de la tensión de salida (Vomax) es igual al valor de pico de la tensión de entrada Valor eficaz de la tensión de salida (Vorms) La tensión eficaz de salida (Vorms), en función del valor máximo de salida, se deduce de:
Valor medio de la tensión de salida (Vo) La tensión media de salida (Vo), en función del valor máximo de salida, es:
Corrientes Valor instantáneo de la corriente
La forma
de onda de la corriente de salida es idéntica a la de la tensión de
salida para carga resistiva
(fig- 3b)
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