Rectificador trifásico

Convertidores trifásicos de potencia, para transmisiones de alto voltaje(HVDC)

Un rectificador trifásico o convertidor trifásico es un dispositivo electrónico capaz de convertir una corriente alterna de entrada en una corriente continua de salida, mediante dispositivos semiconductores capaces de manejar grandes potencias como diodos, tiristores, válvulas de mercurio (usados hace más de 100 años), entre otros. El rectificador trifásico cumple con la misma función que un rectificador monofásico, con la diferencia que estos rectificadores son alimentados por fuentes trifásicas, por lo que son más eficientes y pueden manejar grandes potencias, ya que en su salida presentan menor rizado de la señal. Son utilizados principalmente en la industria para producir voltajes y corrientes continuas que generalmente impulsan cargas de gran potencia, como motores DC. A pesar de que estos rectificadores presentan menos rizo que un rectificador convencional, en muchas aplicaciones el factor de potencia y la distorsión armónica total de la línea se ven afectados, es por ello que se requiere el uso de filtros de armónicos. Una de las aplicaciones en donde se presenta este fenómeno, es en los enlaces de transmisión de alto voltaje (HVDC), en donde las estaciones de conversión cuentan con filtros de armónicos que reducen la distorsión en la señal que producen los convertidores, para que sea transmitida con calidad y no se introduzcan perturbaciones a la red eléctrica.

El siguiente proyecto es un rectificador trifásico controlado, también conocido como convertidor trifásico ac cc. Está compuesto por 6 tiristores, 2 tiristores por cada fase. El diagrama básico se muestra a continuación.

La principal característica de un rectificador trifásico totalmente controlado es que maneja dos cuadrantes, es decir que puede dar energía a la carga, y tambien la puede recibir de la carga, diferente a un rectificador trifásico semicontrolado en donde solo se puede dar energía a la carga. Para el caso de cargas resistivas el máximo alfa que se puede manejar es de 120 grados. Las señales de control se muestran a continuación.

Las señales de control son PWMs sincronizados con la linea. Entre todas las señales PWM hay un desfase de 60 grados. Las señales de salida son las siguientes.

Para poder observar las señales VX y VY, se deben colocar los canales X y Y del osciloscopio en los extremos de la carga, y tomar como referencia el neutro. A continuación se muestran los componentes, el circuito y cosas a tener en cuenta para realizar el montaje de un rectificador trifásico totalmente controlado.

rectificador trifásico no controlado:

Rectificación no controlada Una característica interesante pero a la vez desafortunada, es la dependencia del voltaje de salida con la carga, lo cual indica que este rectificador posee regulación de carga. Para evitar este fenómeno se utilizará un diodo adicional en el montaje anterior, diodo denominado de libre circulación permitiendo que la corriente en la carga sea continua, y previniendo que el voltaje en la carga sea negativo. Esta configuración se muestra en la siguiente figura, junto con las formas de onda más representativas. Vm senwt D1 carga D2 c.- Diodo volante para carga mixta RL: Sin el diodo volante la corriente en la carga RL es discontinua, ahora con D2 como diodo volante la corriente será continua. Cuando 0 < wt < π, el diodo D1 conduce. Cuando cruce π, vs se hace negativa para π < wt < 2π. Durante este periodo, el inductor no descarga su energía hacia la entrada, dado que hay un camino con un bajo potencial a través de D2. Cuando π < wt < 2π, la corriente circula por la carga decreciendo exponencialmente. Cuando la corriente responde periódicamente en wt = 0 con el mismo valor. De esta forma al valor de la corriente en wt = 0 le denominamos A.

Se denominan de este modo porque no se puede controlar la potencia de salida, es decir, para una tensión fija de entrada la tensión de salida es también fija. En un circuito rectificador trifásico no controlado de 6 pulsos, los diodos se enumeran en el orden de las secuencias de conducción y cada uno conduce 120°.

Rectificador trifásico de doce pulsos

Circuito y formas de onda de un rectificador trifásico de doce pulsos

Un puente trifásico produce un voltaje de salida de seis pulsos. Para aplicaciones con grandes potencias, como por ejemplo transmisión de CC de alto voltaje (HVDC), y para impulsores de CC para motores, se requiere en general una salida de doce pulsos para reducir los rizos en la salida, y para aumentar las frecuencias de los mismos. Se pueden combinar dos puentes de seis pulsos, sea en serie o en paralelo, para producir una salida con 12 pulsos efectivos. Para el circuito del convertidor se puede obtener un desplazamiento de fase de 30° entre los devanados secundarios, conectando un secundario en estrella (Y) y el otro en delta (Δ). Con este rectificador se puede llevar a cabo una reducción mayor de armónicos de salida, que en un rectificador de 6 pulsos. Mediante una conexión en serie la tensión total de salida es la suma de las salidas de los dos puentes de seis pulsos. Los ángulos de disparo de los puentes suelen ser iguales.