los circuitos rectificadores pueden ser monofásicos o multifásicos. La mayoría de los rectificadores de baja potencia para equipos domésticos son monofásicos, pero la rectificación trifásica es muy importante para aplicaciones industriales y para la transmisión de energía como CC (HVDC).
rectificadores monofásicoseditar
rectificacióneditar
en la rectificación de media onda de un suministro monofásico, se pasa la mitad positiva o negativa de la onda de CA, mientras que la otra mitad está bloqueada., Matemáticamente, es una función escalonada( para paso positivo, bloque negativo): pasar positivo corresponde a la función de rampa siendo la identidad en entradas positivas, bloquear negativo corresponde a ser cero en entradas negativas. Debido a que solo la mitad de la forma de onda de entrada alcanza la salida, el voltaje medio es menor. La rectificación de media onda requiere un solo diodo en un suministro monofásico, o tres en un suministro trifásico., Los rectificadores producen una corriente continua unidireccional pero pulsante; los rectificadores de media onda producen mucha más ondulación que los rectificadores de onda completa, y se necesita mucho más filtrado para eliminar los armónicos de la frecuencia de CA de la salida.,v>rectificador de media onda
El voltaje DC de salida sin carga de un rectificador de media onda ideal para un voltaje de entrada sinusoidal es:
V r m s = V p E A K 2 V d c = V p e a k π {\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {RMS}}&={\frac {V_{\mathrm {Peak} }}{2}}\\V_{\mathrm {DC}}&={\frac {V_{\mathrm {Peak} }}{\Pi }}\end{aligned}}}
donde:
VDC, VAV-el voltaje de salida de CC o promedio, vpeak, el valor pico de los voltajes de entrada de fase, Vrms, el valor del cuadrado medio de la raíz (RMS) del voltaje de salida.,
de onda Completa rectificationEdit
rectificador de onda Completa, con tubo de vacío, de haber dos ánodos.
un rectificador de onda completa convierte toda la forma de onda de entrada en una de polaridad constante (positiva o negativa) en su salida. Matemáticamente, esto corresponde a la función de valor absoluto. La rectificación de onda completa convierte ambas polaridades de la forma de onda de entrada en CC pulsante (corriente continua) y produce un voltaje de salida promedio más alto., Se necesitan dos diodos y un transformador central, o cuatro diodos en una configuración de puente y cualquier fuente de CA (incluido un transformador sin grifo central). Los diodos semiconductores individuales, los diodos dobles con un cátodo común o ánodo común, y los puentes de cuatro o seis diodos se fabrican como componentes individuales.
Graetz puente rectificador: un rectificador de onda completa con cuatro diodos.,
para la CA monofásica, si el transformador está centrado, entonces dos diodos consecutivos (cátodo a cátodo o ánodo a ánodo, dependiendo de la polaridad de salida requerida) pueden formar un rectificador de onda completa. Se requieren el doble de vueltas en el transformador secundario para obtener el mismo voltaje de salida que para un rectificador de puente, pero la potencia nominal no cambia.
rectificador de onda Completa utilizando una toma central del transformador y 2 diodos.,3fcbb794e7″>
Los voltajes de salida sin carga promedio y RMS de un rectificador de onda completa monofásico ideal son:
v d c = V A V = 2 ⋅ V p E A K π V r m s = V p E A k 2 {\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }&={\frac {2\cdot V_{\mathrm {Peak} }}{\pi }}\\V_{\mathrm {RMS} }&={\frac {V_{\mathrm {peak} }}{\sqrt {2}}}\End{aligned}}}
vacío rectificador de doble diodo muy común los tubos contenían un solo cátodo común y dos ánodos dentro de una sola envoltura, logrando una rectificación de onda completa con salida positiva., El 5U4 y el 80/5Y3 (4 pin)/(octal) fueron ejemplos populares de esta configuración.
rectificadores Trifásicoseditar
los rectificadores monofásicos se utilizan comúnmente para fuentes de alimentación para equipos domésticos. Sin embargo, para la mayoría de las aplicaciones industriales y de alta potencia, los circuitos rectificadores trifásicos son la norma. Al igual que con los rectificadores monofásicos, los rectificadores trifásicos pueden tomar la forma de un circuito de media onda, un circuito de onda completa que utiliza un transformador de conexión central o un circuito de Puente de onda completa.,
los tiristores se utilizan comúnmente en lugar de los diodos para crear un circuito que puede regular el voltaje de salida. Muchos dispositivos que proporcionan corriente continua en realidad generan CA trifásica. Por ejemplo, un alternador de automóvil contiene seis diodos, que funcionan como un rectificador de onda completa para la carga de la batería.,
circuito trifásico de media ondaeditar
un circuito trifásico de media onda no controlado requiere tres diodos, uno conectado a cada fase. Este es el tipo más simple de rectificador trifásico, pero sufre de una distorsión armónica relativamente alta tanto en las conexiones de CA como de CC., = 3 ⋅ 6 ⋅ V L N 2 π {\displaystyle V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot {\sqrt {6}}\cdot V_{\mathrm {ln} }}{2\pi }}} ≈ 1,17 ⋅ V L N {\displaystyle V_{\mathrm {LN} }}
circuito trifásico de onda completa usando transformereditar
circuito rectificador trifásico controlado de onda completa utilizando tiristores como elementos de conmutación, con un transformador de toma central, ignorando la inductancia de suministro
si la alimentación de CA se alimenta a través de un transformador con una toma central, se puede obtener un circuito rectificador con un rendimiento armónico mejorado., Este rectificador ahora requiere seis diodos, uno conectado a cada extremo de cada devanado secundario del transformador. Este circuito tiene un número de pulso de seis, y en efecto, se puede pensar como un circuito de seis fases, de media onda.
antes de que los dispositivos de estado sólido estuvieran disponibles, el circuito de media onda y el circuito de onda completa usando un transformador de Centro-roscado, eran muy comúnmente utilizados en rectificadores industriales usando válvulas de arco de mercurio. Esto se debió a que las tres o seis entradas de alimentación de CA se podían alimentar a un número correspondiente de electrodos de ánodo en un solo tanque, compartiendo un cátodo común.,
con la llegada de los diodos y tiristores, estos circuitos se han vuelto menos populares y el circuito de puente trifásico se ha convertido en el circuito más común.
rectificador de puente trifásico incontroladoeditar
alternador de automóvil desmontado, que muestra los Seis diodos que comprenden un rectificador de puente trifásico de onda completa.
para un rectificador de puente trifásico no controlado, se utilizan seis diodos, y el circuito nuevamente tiene un número de pulso de seis. Por esta razón, también se conoce comúnmente como un puente de seis pulsos., El circuito B6 se puede ver simplificado como una conexión en serie de dos circuitos centrales de tres pulsos.
para aplicaciones de baja potencia, los diodos dobles en serie, con el ánodo del primer diodo conectado al cátodo del segundo, se fabrican como un solo componente para este propósito. Algunos diodos dobles comercialmente disponibles tienen los cuatro terminales disponibles para que el usuario pueda configurarlos para el uso de suministro dividido monofásico, medio puente o rectificador trifásico.
para aplicaciones de mayor potencia, generalmente se usa un solo dispositivo discreto para cada uno de los seis brazos del puente., Para las potencias más altas, cada brazo del puente puede consistir en decenas o cientos de dispositivos separados en paralelo (cuando se necesita una corriente muy alta, por ejemplo en la fundición de aluminio) o en serie (cuando se necesitan tensiones muy altas, por ejemplo en la transmisión de energía de corriente continua de alta tensión).
3-phase AC input, half-wave and full-wave rectified DC output waveforms
si el rectificador de puente trifásico se opera simétricamente (como voltaje de alimentación positivo y negativo), el punto central del rectificador en el lado de salida (o el llamado potencial de referencia aislado) opuesto al punto central del transformador (o el conductor neutro) tiene una diferencia de potencial en forma de un voltaje triangular de modo común., Por esta razón, estos dos centros nunca deben estar conectados entre sí, de lo contrario las corrientes de cortocircuito fluirían. La conexión a tierra del rectificador de puente trifásico en funcionamiento simétrico se desacopla del conductor neutro o de la conexión a tierra de la tensión de red. Alimentado por un transformador, es posible poner a tierra el punto central del puente, siempre que el devanado secundario del transformador esté aislado eléctricamente de la tensión de red y el punto estelar del devanado secundario no esté en tierra., En este caso, sin embargo, las corrientes de fuga (insignificantes) fluyen sobre los devanados del transformador.
el voltaje de modo común se forma a partir de los valores promedio respectivos de las diferencias entre los voltajes de fase positivos y negativos, que forman el voltaje de CC pulsante.,k} }} · 0,25
el valor RMS de la tensión de modo común se calcula a partir del factor de forma para oscilaciones triangulares:
V c O m m O n-m O d E = v ^ c O m m O N − m o d e 3 {\displaystyle V_{\mathrm {common − mode} }={\frac {{\hat {v}}_{\mathrm {common-mode} }}{\sqrt {3}}}}
si el circuito asimétricamente (como una tensión de alimentación simple con un solo polo positivo), tanto los polos positivo y negativo (o el potencial de referencia aislado) pulsan frente al centro (o la tierra) de la tensión de entrada de forma análoga a las formas de onda positivas y negativas de las tensiones de fase., Sin embargo, las diferencias en los voltajes de fase dan como resultado el voltaje de CC de seis pulsos (durante la duración de un período). La separación estricta del centro del transformador del polo negativo (de lo contrario, fluirán corrientes de cortocircuito) o una posible conexión a tierra del polo negativo cuando se alimenta con un transformador de aislamiento se aplican correspondientemente a la operación simétrica.
rectificador de puente trifásico controladoeditar
El rectificador de puente trifásico controlado utiliza tiristores en lugar de diodos.,xpressed in terms of the line to line input voltage:
V d c = V A v = 3 ⋅ V L L p E A K π ⋅ cos α {\displaystyle V_{\mathrm {dc} }=V_{\mathrm {av} }={\frac {3\cdot V_{\mathrm {LLpeak} }}{\pi }}\cdot \cos \alpha }
donde:
VLLpeak, el valor pico de la entrada línea a línea voltajes, vpeak, el valor pico de la fase (línea a neutro) voltajes de entrada, α, ángulo de disparo del tiristor (0 si se utilizan diodos para realizar la rectificación)
Las ecuaciones anteriores solo son válidas cuando no se extrae corriente de la alimentación de CA o en el caso teórico cuando las conexiones de alimentación de CA no tienen inductancia., En la práctica, la inductancia de suministro causa una reducción del voltaje de salida de CC con el aumento de la carga, típicamente en el rango de 10-20% a plena carga.
el efecto de la inductancia de suministro es ralentizar el proceso de transferencia (llamado conmutación) de una fase a la siguiente. Como resultado de esto es que en cada transición entre un par de dispositivos, hay un período de superposición durante el cual tres (en lugar de dos) dispositivos en el puente están conduciendo simultáneamente. El ángulo de superposición se refiere generalmente por el símbolo μ (O u), y puede ser de 20 30° a plena carga., id=»9e7e4daa8e»>
trifásico controlado Graetz puente rectificador en alfa=20° con la superposición de ángulo de 20°
trifásico controlado Graetz puente rectificador en alfa=40° con la superposición de ángulo de 20°
Doce pulso bridgeEdit
Doce pulso puente rectificador utilizando tiristores como los elementos de conmutación., Un puente de seis pulsos consiste en los tiristores pares, el otro es el conjunto impar.
aunque es mejor que los rectificadores monofásicos o los rectificadores trifásicos de media onda, los circuitos rectificadores de seis pulsos aún producen una distorsión armónica considerable tanto en las conexiones de CA como de CC. Para rectificadores de muy alta potencia se utiliza generalmente la conexión de Puente de doce pulsos. Un puente de doce pulsos consiste en dos circuitos de Puente de seis pulsos conectados en serie, con sus conexiones de CA alimentadas desde un transformador de alimentación que produce un cambio de fase de 30° entre los dos puentes., Esto cancela muchos de los armónicos característicos que producen los puentes de seis pulsos.
el cambio de fase de 30 grados generalmente se logra mediante el uso de un transformador con dos juegos de devanados secundarios, uno en conexión star (wye) y uno en conexión delta.
Voltaje multiplicando rectifiersEdit
Conmutable puente completo/doblador de tensión.,
el rectificador simple de media onda se puede construir en dos configuraciones eléctricas con los diodos apuntando en direcciones opuestas, una versión conecta el terminal negativo de la salida directa a la fuente de CA y la otra conecta el terminal positivo de la salida directa a la fuente de CA. Al combinar ambos con el suavizado de salida separado, es posible obtener una tensión de salida de casi el doble de la tensión de entrada de CA de pico. Esto también proporciona un grifo en el medio, que permite el uso de un circuito como una fuente de alimentación de riel dividido.,
una variante de esto es usar dos condensadores en serie para el suavizado de salida en un rectificador de puente y luego colocar un interruptor entre el punto medio de esos condensadores y uno de los terminales de entrada de CA. Con el interruptor abierto, este circuito actúa como un rectificador de puente normal. Con el interruptor cerrado, actúa como un rectificador de duplicación de voltaje. En otras palabras, Esto hace que sea fácil derivar un voltaje de aproximadamente 320 V (±15%, aprox.) DC desde cualquier fuente de alimentación de 120 V o 230 V en el mundo, esto se puede alimentar a una fuente de alimentación de modo conmutado relativamente simple., Sin embargo, para una ondulación deseada dada, el valor de ambos condensadores debe ser el doble del valor del único requerido para un rectificador de puente normal; cuando el interruptor está cerrado, cada uno debe filtrar la salida de un rectificador de media onda, y cuando el interruptor está abierto, los dos condensadores están conectados en serie con un valor equivalente a la mitad de uno de ellos.
Cockcroft Walton voltage multiplier
Se pueden agregar etapas de diodo y condensador en cascada para hacer un multiplicador de voltaje (circuito Cockroft-Walton)., Estos circuitos son capaces de producir un potencial de voltaje de salida de CC hasta aproximadamente diez veces el voltaje de entrada de CA pico, en la práctica limitado por la capacidad de corriente y problemas de regulación de voltaje., Los multiplicadores de voltaje de diodo, utilizados con frecuencia como una etapa de impulso final o fuente primaria de alto voltaje (HV), se utilizan en fuentes de alimentación láser de alto voltaje, alimentando dispositivos como tubos de rayos catódicos (CRT) (como los utilizados en pantallas de televisión, radar y sonar basadas en CRT), dispositivos de amplificación de fotones que se encuentran en tubos intensificadores de imagen y multiplicadores fotográficos (PMT), y dispositivos de radiofrecuencia basados en magnetrón (RF) utilizados en transmisores de radar y hornos de microondas., Antes de la introducción de la electrónica de semiconductores, los receptores de tubos de vacío sin transformador alimentados directamente desde la alimentación de CA a veces usaban dobladores de voltaje para generar aproximadamente 300 VDC a partir de una línea de alimentación de 100-120 V.
