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Prácticas Electrónica de Potencia. 3ºGIERM
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PRÁCTICA 3. Análisis mediante Simulación de Rectificadores
controlados y no controlados
1. Objetivo
El objetivo de esta práctica es analizar mediante simulación varios rectificadores, tanto
no controlados como controlados.
2. Software de simulación
La práctica se realizará en el Centro de Cálculo de la E.S. de Ingenieros de la Universidad
de Sevilla, donde se hará uso de:
 Software de simulación Matlab – Simulink
 SimPowerSystems Toolbox.
3. Conocimientos previos
El alumno debe haber estudiado y asimilado los conceptos referentes al tema de
rectificadores no controlados y controlados.
4. Realización de la práctica (2 horas)
NOTA GENERAL ACERCA DE LAS SIMULACIONES EN SIMSCAPE:
Cualquier simulación que incluya bloques de la librería Simscape de Simulink
necesita del bloque POWERGUI. Por tanto, hay que incluir dicho bloque y
configurarlo como continuo permitiendo el funcionamiento de componentes
ideales y deshabilitando los snubbers.
Se debe configurar el tipo de simulación que se va a realizar en Simulink. Para
configurar esto se debe acceder a las opciones de configuración del “Solver” a
través de la ventana “Configuration parameters” empleando el menú
“Simulation→Configuration Pameters”. Configurar la simulación como de paso
variable con el solver ode45 con un paso máximo de simulación de 10
microsegundos y una tolerancia relativa de 1e-6.
4.1 Rectificador trifásico no controlado utilizando Matlab-Simulink (2.5 PUNTOS)
Para estudiar el funcionamiento de los rectificadores no controlados se realizará el
montaje del circuito de la figura 1. Dicho circuito consta de una fuente de tensión senoidal
trifásica de 400 VRMS de tensión fase-fase y 50 Hz de frecuencia, un puente trifásico de
diodos, bobinas de alisado para la conexión a red, un condensador de dc-link y una carga
resistiva de 30 ohmios conectada al dc-link. Dicha carga representa de forma equivalente
al resto del sistema que se estudiará en el resto de prácticas.
Realizar el montaje del circuito en simulink empleando los componentes de la librería
SimPowerSystems Simscape.
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Figura 1. Esquema del rectificador de diodos trifásico
Montar el circuito pero sin considerar la existencia de las bobinas de alisado ni el
condensador de salida. Determinar mediante resultados de simulación visualizando los
resultados bloques tipo display:
 la tensión media en la carga
 la potencia media disipada en la resistencia de salida
 el factor de rizado del rectificador
Representar en scopes (para medir las tensiones emplear el componente “Voltage
Measurement” y para las corrientes el “Current Measurement”):
 en un mismo scope, pero usando dos ejes distintos, la tensión y la corriente de
salida
 en otro scope, también usando dos ejes diferentes, la tensión y la corriente
suministrada por la red
Repetir la simulación y obtener los resultados considerando la existencia de la bobina de
alisado y el condensador de salida con los siguientes valores: L=5mH, C=10mF.
4.2 Rectificador monofásico controlado utilizando Matlab-Simulink
Figura 2. Esquema del rectificador monofásico controlado basado en tiristor
El circuito rectificador monofásico controlado de tiristores se empleará para controlar el
funcionamiento de un horno industrial de 3 kW de potencia nominal. El modelo
simplificado de dicho horno es equivalente a una resistencia de 2 ohmios. La temperatura
en el interior del horno se puede estimar como una décima parte de la potencia media
consumida en dicha resistencia durante 20 ms. Utilizar como fuente de entrada la tensión
fase-neutro de la fuente trifásica usada en el circuito realizado en los apartados
anteriores.
Simular el comportamiento del rectificador monofásico basado en tiristores representado
en la figura 2 utilizando Matlab – Simulink y la librería SimPowerSystems Simscape.
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Para el correcto funcionamiento del rectificador se debe incluir un método para iniciar el
disparo del tiristor. La entrada de disparo es una variable digital de forma que el tiristor
se dispara si esa entrada vale ‘1’. Una forma sencilla de generar un ángulo de disparo
configurable por usuario es usar un bloque constante que sea el número de grados del
ángulo de disparo y una señal diente de sierra para compararla con este valor (generada
con un bloque repeating sequence). La salida del comparador (realizado con un bloque
relational operator) será la señal de disparo. El circuito de disparo se muestra en la figura
3. Al hacer el montaje se debe considerar que el periodo de la onda diente de sierra debe
ser igual al periodo de la red, es decir, Tg = 20 ms.
Figura 3. Esquema del circuito de generación de disparos para el tiristor
A. Simulación en bucle abierto del rectificador monofásico controlado (3.5
PUNTOS)
Simular el circuito para los siguientes ángulos de disparo:
  = 0º
  = 90º
  = 135º
Para cada valor:
a) Representar la corriente y la tensión de salida.
b) Comprobar que la tensión media de salida del rectificador depende del ángulo de
disparo del tiristor. Para ello, representar los valores medios de la corriente y la
tensión, la potencia y la temperatura. Mostrar las medidas mediantes bloques
“displays” indicando que la media se hace para una frecuencia de 50Hz. Para
calcular valores medios usar el bloque “Mean” de la librería Simscape. A la hora
de calcular la temperatura media del horno, tener en cuenta que ésta se calcula
como una décima parte de la potencia media consumida en la resistencia.
c) Representar mediante displays los valores RMS en un periodo de la corriente y
la tensión de la red mediante el bloque RMS de la librería Simscape.
d) Calcular el factor de rizado del rectificador y representarlo mediante un display.
B. Simulación en bucle cerrado del rectificador monofásico controlado (4
PUNTOS)
Se desea controlar de forma automática la temperatura del horno. Para ello, el
valor de referencia de la temperatura se fija mediante un bloque Constant. El
control en bucle cerrado de la variable temperatura se realiza mediante un
controlador PID (bloque de Simulink PID discreto configurado como ideal) que
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se ejecute cada periodo de red (configurando el parámetro sample time). Para
ello, tomar la medida de temperatura del horno gracias a la potencia media y
calcular el error cometido en cada instante como T *-T, siendo T* el valor de
referencia y T la medida. Este error es la entrada del bloque de control PID. La
salida del bloque de control se debe restar al valor de ángulo de disparo, que
inicialmente estará fijado a un valor de 180º mediante otro bloque Constant. El
esquema del controlador a diseñar se basa en este concepto y se muestra en la
figura 4 haciéndose un control sobre la potencia.
Las constantes de control del bloque PID se definen como:
 Kp: Constante proporcional = 0.001
 Ki: Constante integral = 150
 Kd: Constante derivativo = 0
Representar mediante un scope la temperatura deseada y la temperatura real del
horno así como el valor instantáneo del ángulo de disparo del tiristor.
T*
10
(Vo,RMS)2
P*
+
PI
P
-
Ángulo
+
180º
Divide
Req
Figura 4. Esquema del bucle de control para la temperatura del horno
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