LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS PRÁCTICA N 4


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1 FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Electrónica y Control LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS 1. TEMA PRÁCTICA N 4 RETARDO EN LA CONMUTACIÓN DE UN CONVERTIDORAC - DC TRIFÁSICO TIPO PUENTE 2. OBJETIVOS Estudiar el retardo en la conmutación que se produce en los conversores AC - DC y sus efectos tanto sobre la carga como en la red de alimentación de corriente alterna. 3. MARCO TEÓRICO La Figura 1, muestra el esquema típico de un convertidor trifásico controlado tipo puente. La conversión de corriente trifásica alterna en corriente continua se logra mediante la operación de los tiristores, que por pares conducen la corriente en forma alternada desde la entrada hacia la carga 6 veces durante cada período de la red. Durante este proceso, conocido como "conmutación", breves cortocircuitos producen perturbaciones en las formas de onda de los voltajes de entrada. Figura 1. Convertidor AC/DC Trifásico Tipo Puente

2 Si se considera que la corriente en el rectificador ha estado circulando desde la línea R a través del tiristor 1. Cuando el tiristor 3 es activado la corriente es transferida desde la línea R a la línea S. Debido a la presencia de la reactancia de la línea, esta transferencia no puede ser instantánea y el intervalo requerido para que se efectúe la conmutación origina las perturbaciones transitorias de duración. La perturbación resultante en el voltaje entre las líneas de alimentación es mostrada en la Figura 2. Figura 2. Perturbaciones en la red de alimentación, debido al retardo en la conmutación. [1] El standard IEEE establece ciertas categorías para las redes de alimentación y los límites del área (V.us) de las perturbaciones que introduce la operación de un conversor. Para atenuar este efecto y reducir las ranuras se debe colocar una impedancia antes del convertidor AC/DC al que se llama LS2, mientras que LS1 corresponde a la impedancia propia de la acometida. Un modelo de trabajo de muestra en la Figura 3. Figura 3. Modelo de estudio para atenuar las perturbaciones Se define al factor de atenuación de la siguiente forma:

3 Un cuadro basado en el standard IEEE relacionado a este parámetro se muestra a continuación CLASE Aplicaciones especiales Sistema General Sistema dedicado ATENUACION DE LA PERTURBACION (%) AREA DE LA PERTURBACION EN LINEA (V.uS) LA DISTORSION ARMÓNICA TOTAL EN EL VOLTAJE (%) FACTOR DE POTENCIA El factor de potencia en un convertidor estático varía en la medida en que se modifique el ángulo de retardo en el activado de los tiristores y además en cierto grado con los cambios en la corriente de salida. Se puede verificar que el factor de potencia es igual a la relación entre el voltaje de salida del convertidor y el voltaje máximo posible Vdo. Así, cuando se tiene el máximo valor de voltaje DC de salida, el factor de potencia se aproxima a la unidad. En cualquier punto de operación en el que el voltaje de salida del convertidor sea menor, el factor de potencia se verá reducido en forma proporcional (Figura 4). Vd Figura 4. Factor de Potencia vs. Voltaje de salida. CONTENIDO ARMONICO DE LA CORRIENTE DE LINEA La conmutación de la corriente de un ramal a otro en un convertidor estático produce cambios bruscos en la corriente de línea. Normalmente las formas de onda resultan

4 rectangulares y segmentadas, en general, no sinusoidales, pudiéndose descomponer en la fundamental y sus componentes armónicos. El orden y la magnitud de las componentes armónicas de la corriente de línea dependen de la conexión del transformador, número de pulsos del conversor, la reactancia de conmutación y el ángulo de activado de los tiristores. Generalmente se asume en el análisis teórico las formas de onda de la corriente con segmentos rectangulares, lo cual simplifica el análisis sin introducir errores apreciables. En un convertidor controlado de p pulsos, la corriente de línea contiene los armónicos de orden: np ± 1 donde: n es cualquier número entero. En la práctica las corrientes con segmentos totalmente rectangulares no existen y la magnitud real de la corriente armónica es aproximadamente un 10% a 15% menor que lo esperado. De igual manera, las condiciones ideales de operación no se dan y generalmente pueden aparecer armónicos de otro orden, aunque en magnitudes muy pequeñas. 4. TRABAJO PREPARATORIO 4.1. Dibujar a mano las formas de onda esperadas incluyendo el efecto del traslape para un convertidor AC/DC trifásico de 6 pulsos controlado (Figura 1), además realizar el análisis teórico para encontrar las ecuaciones para determinar μ (ángulo de traslape), Vdα (Voltahe ideal), Aµ (área de la ranura), ΔVdµ (reducción del voltaje medio), y Vdµ ( Voltaje medio en la carga incluido el efecto del traslape) Dibujar a mano las formas de onda esperadas incluyendo el efecto del traslape para un convertidor AC/DC semicontrolado trifásico Calcular los parámetros establecidos en el numeral 4.1, en base a los valores de: Ventrada= 220 V Icarga = 10A. (altamente inductiva) Vo = 130 V Transformador asociado: 170 kva, 220 VLL, Zpu=3% (para hallar Ls1) Además se conecta otro transformador con relación 2:1 antes del convertidor cuyas inductancias (Ls2) son: L1 = 162.7mH (inductancia del primario) L2 = 45.7mH (inductancia del secundario) 4.4. Realizar la simulación de los circuitos de los numerales 4.1 y 4.2 a implementar en la práctica y presentar las formas de onda obtenidas en la simulación estableciendo el ángulo de traslape. 5. EQUIPO Y MATERIALES Módulo convertidor AC - DC trifásico totalmente controlado Transformador trifásico

5 Cargas resistivas Inductancias Multímetro Osciloscopio Sonda de voltaje (atenuación x100) Sonda de corriente Módulo de diodos 6. PROCEDIMIENTO 6.1. Utilizando el convertidor AC - DC trifásico controlado observar el efecto del retardo en la conmutación y las perturbaciones que la operación del convertidor produce en el voltaje de la red, tanto a la entrada del conversor, como en el punto de acoplamiento. Evaluar en base a estas observaciones el coeficiente de atenuación de la red y medir el ángulo de traslape para diferentes ángulos de activado Tomar las formas de onda del ángulo de traslape, voltaje de salida, corriente etc. Repetir este procedimiento para diferentes ángulos de activado a fin de observar como varía cada parámetro en función de α En cada caso tomar una muestra de la forma de onda de la corriente en la red que alimenta al convertidor y observar el análisis armónico de la misma. Establecer en cada caso la distorsión armónica total de dicha corriente Repetir el procedimiento los numerales anteriores para el convertidor AC-DC trifásico tipo puente semicontrolado sin diodo de conmutación. 7. INFORME 7.1. Realizar una comparación de los valores del ángulo de traslape obtenidos en la práctica respecto a la simulación Comprobar los valores de los ángulos de traslape obtenidos en la práctica con respecto a los valores teóricos Presentar las formas de onda obtenidas en el laboratorio Comentar los resultados obtenidos en la práctica Adicionalmente presentar lo solicitado por el instructor de laboratorio Conclusiones y Recomendaciones 7.7. Bibliografía. 8. REFERENCIAS [1] B. Ledesma, Efectos de la operación de los convertidores estáticos en la red de suministro.

6 [2] M. Rashid, Power Electronics Handbook, Devices, Circuits and Applications, USA: Elsevier, [3] Ned Mohan, "Power Electronics, a First Course", John Wiley & Sons, Inc. USA 2012, ISBN13: [4] M. Rashid, "Electrónica de Potencia,"3ra edición Prentice Hall, 2010, ISBN-10: Elaborado por: Patricio Chico Revisado por: Patricio Chico.- Responsable de la asignatura

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