Cnvertidor Ac Dc

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

SISTEMAS DE CONVERSION AC_DC

RECTIFICADOR CONTROLADO

GUÍA DE CLASES

PROFESOR: AUGER AYÇAGUER H.

2006

Auger Ayçaguer 2006 EP_Conv_v6b.doc

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SISTEMAS DE CONVERSIÓN AC_DC

1. CONVERSOR O RECTIFICADOR CONTROLADO

Función.

El conversor trifásico, permite transformar tensión alterna trifásica en tensión continua de magnitud

ajustable. Permite un flujo bidireccional de potencia con una carga activa en el lado de continua.

Configuración.

La configuración corresponde a la de cualquier rectificador, reemplazando todos los diodos por

SCR.

Elementos de un Sistema de Conversión AC-DC (Diagrama de bloques)

R L E

Fuente Transformador SCR Filtro Carga

Vac Vcc

Metodología de análisis.

Con el propósito de establecer un modelo que represente al sistema no lineal en régimen

permanente, se adoptan las siguientes simplificaciones. Luego podrá incorporarse al modelo el

efecto de los parámetro del sistema real.

a) Tensión de alimentación alterna sinusoidal y simétrica:

va(t) = 2 V sen t

vb(t) = 2 V sen (t - 2/3)

vc(t) = 2 V sen (t + 2/3)

b) Transformador ideal:

La razón de transformación corresponde al nº de vueltas de los enrollados.

Resistencia de enrollados, Reactancia de fuga y Corriente de magnetización nulas.

c) SCR ideal para determinar las corrientes (Caida de tensión directa nula). Sin embargo, se

considerará el modelo linealizado por tramos del SCR para determinar sus pérdidas.

d) Filtro inductivo serie en el lado de continua (L  ).

e) Carga del tipo R, L y E en serie.

Definiciones.

Voltaje continuo = Valor medio de la tensión en la carga:

0

1

( )

T

cc s V v t dt

T

 

Corriente continua = Valor medio de la corriente de salida:

0

1

( )

T

cc s I i t dt

T

 

Potencia continua: Pcc = Vcc Icc

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2. CONVERSOR TRIFÁSICO BIDIRECCIONAL ( 2 CUADRANTES) IDEAL.

2.1 Tensión continua en conversor bidireccional ideal.

Mediante el desplazamiento del ángulo de encendido  de los SCR, proceso denominado control

de fase, se obtiene tensión continua ajustable (positiva, nula o negativa) de acuerdo a la siguiente

relación para el conversor ideal:

0

1 1

( ) cos

2

p

p

T

cc s m V v t dt p V t d t

T









 





 

   

cos 0 cc cco V V   

: ángulo de disparo (encendido)

( 0, 0) ( ) / ( ) cco cc m V V  u V sen  p  p

Se distinguen dos zonas de operación:

Régimen de Rectificación: 0 ≤≤π/2 Vcc > 0

Régimen de Inversión: π/2 ≤< π Vcc < 0

Fig.1: Tensión continua en función del ángulo de encendido.

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2.2 Corrientes.

La forma de onda de las corrientes en los SCR, transformador y líneas es similar a las de un sistema

rectificador salvo en su fase. Estas corrientes, de forma rectangular o escalonada, se desplazan junto

con el ángulo de encendido .

2.3 Potencia activa y Factor de potencia.

Pent = 3 VL IL1 cos1

IL1: corriente fundamental de línea.

1

: desfase entre la fundamental de corriente y la tensión fase neutro.

Asumiendo que Pent = Psal = Pcc = Vcc Icc , resulta la siguiente aproximación:

cos1  Vcc/Vcco = cos 

: ángulo de encendido

La potencia activa será positiva, nula o negativa según el valor del ángulo .

FP = IL1 / IL * cos 1 = Factor de distorsión * Factor de desplazamiento

Ejemplo: En un conversor tipo puente de 6 SCR

IL1 = (23/) Icc IL = (2 /3) Icc

FP = (3/ ) cos  = 0.955 cos 

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3. CONVERSOR TRIFÁSICO BIDIRECCIONAL ( 2 CUADRANTES)

3.1 Efecto de la reactancia de dispersión del transformador

La presencia de reactancia en el lado de alterna (transformador y sistema) , obliga a una

transferencia gradual de la corriente de un SCR a otro, con lo cual habrá conducción simultánea de

dos tiristores. La conducción simultánea conduce a un cortocircuito momentáneo entre las dos fases

en conmutación. El efecto se traduce en una modificación de la onda de corriente en el SCR y una

reducción de la tensión continua a la salida del rectificador.

La duración de la transferencia se expresa mediante el ángulo de conmutación u (traslapo o

recubrimiento).

Fig.2: Efecto de la reactancia del lado de alterna.

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Siguiendo un procedimiento similar al caso del Rectificador de diodos, resulta la ecuación de

conmutación (Anexo 1):

[cos – cos (+ u) ] /2 = Icc /Vcco * pL / 2 para u < 2/q (1)

El ángulo de conmutación u crece al aumentar Icc o la inductancia L, y varía con el ángulo 

como se muestra en la Fig.3.

Puede expresarse u en función del ángulo de conmutación inicial uo , correspondiente a α=0 , para

el mismo valor de corriente Icc:

cos – cos (+ u ) = 1 – cos uo (2)

Fig.3: Variación del ángulo u en función de  para uo fijo (Icc = cte).

La caída de tensión continua provocada por la conmutación resulta:

i) Vcc = Vcco [cos – cos(+u) ] /2 (3)

ii) Vcc = Vcco (1 – cos uo) /2 (4)

iii) Vcc = (pL / 2) * Icc (5)

Nota 1: En esta ultima relación Icc corresponde a la corriente continua efectivamente conmutada

por cada SCR . En el caso de existir r conversores conectados en paralelo, la corriente total en la

carga será r * Icc , y la caída de tensión continua será:

Vcc = (p/r) (L/ 2) * (Icc_total / r)

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3.2 Efecto en la tensión continua a la salida del conversor.

La tensión continua considerando el efecto de la conmutación será Vcc = Vcco cos – Vcc

con lo cual se obtienen las siguientes expresiones para Vcc:

i) Vcc(,u) = Vcco

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