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Universidad de Jaén. Escuela Politécnica Superior. Departamento de Electrónica
Electrónica Industrial Aplicada
CONMUTACIÓN EN RECTIFICADORES
1.- Introducción.
2.- Conceptos varios sobre rectificadores
3.- Conmutación
monofásicos.
en
rectificadores
3.1 Circuito ideal ( Ls = 0 e Id(t) = Id ) .
3.2 Efecto de Ls.
4.- Conmutación
trifásicos.
en
rectificadores
4.1 Circuito ideal ( Ls = 0 e Id(t) = Id ) .
4.2 Efecto de Ls.
5.- Funcionamiento como ondulador.
5.1 Ángulo de extinción.
5.2 Fallo de conmutación.
Referencias:
1. Mohan,Undeland,Robbins; Power electronics. John wiley &Sons
2. Curso asistido con simulaciones dinámicas interactivas sobre el tema “ Convertidores cnmutados por
red”http://www.iie.edu.uy
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1.- Introducción.
Hasta ahora hemos considerado que cuando un tiristor se cebaba, el semiconductor lo
hacía instantáneamente, despreciando la influencia de la conmutación natural. Pero siempre
existen inductancias en el circuito que no permiten variaciones tan rápidas de las corrientes, es
decir, la conmutación provoca un solapamiento de las intensidades que circulan por los tiristores.
Este fenómeno implica una reducción de la tensión continua de salida , así como una
modificación de la señal de entrada de línea, además de influir sobre la característica del
convertidor.
Es importante estudiar y analizar también las componentes armónicas generadas por lo
convertidores estáticos y en este caso particular por los rectificadores.
2.- Conceptos previos
Rectificador onda completa monofásico y filtro LC
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Modo de conducción continuo
Modo de conducción discontinuo
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Rectificador Trifásico onda completa
Modo de conducción continua. Ideal
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Típica forma de onda en CCM
Modo de conducción discontinua
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Rectificador trifásico totalmente controlado
DC salida voltaje en función del ángulo de retardo
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Modo inversor
Armónicos y factor de potencia
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Potencias
Acoplamiento. Rectificador 12 pulsos
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3.- Conmutación en rectificadores monofásicos.
3.1.- Circuito ideal.
Al mencionar la palabra ideal nos referimos exactamente a que la inductancia de linea existente
en el circuito es nula, y que refiriéndonos al circuito de la figura, Id(t) = Id. Este circuito puede
ser redibujado resultando la parte b de la gráfica.
La corriente Id fluye a través del grupo de tiristores 1 (1, 3)y de los tiristores del grupo
dos(2,4). Si fuese aplicado un impulso cte a las puertas de los tiristores, los tiristores de la figura
se comportarían como diodos. Estas condiciones quedan representadas en la figura siguiente.
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Ahora consideramos el efecto de añadir un tiempo de retardo llamado ángulo de retardo.
Cuando wt =  la conmutación de la corriente de los tiristores 3 y 4 a los tiristores 1 y 2 es
instantánea debido a que asumimos que Ls = 0. Cuando los tiristores están conduciendo Vd =
Vs. Los tiristores 1 y 2 conducen hasta +, momento en el cual el 3 y 4 son disparados y
empiezan a conducir. Entonces ocurre que la tensión media depende del ángulo de conducción
La potencia consumida a través del convertidor será:
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3.2.- Efecto de Ls.
Tras haber
visto el circuito
anterior,
si
nosotros incluimos
una inductancia tal
y como queda
reflejado en el
circuito
de
la
figura. Para un
ángulo
de
conducción
determinado,
obtenemos
un
intervalo
de
conmutación u.
Durante el
intervalo de
conmutación, todos los tiristores conducen, Vd = 0 y VLs = Vs en la figura 3.2.1.
Vs = VLs = Ls d is
d 't
Multiplicando ambos lados por d(wt) e integrando obtenemos el intervalo de conmutación Au :
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Au = 2 w Ls Id
Esta variación influye negativamente quedándonos:
Vd = 0.9 Vs cos  - 2 /  * wLsId
4.- Conmutación en rectificadores trifásicos.
4.1.- Circuito ideal.
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4.2.- Efecto de Ls.
Al igual que hicimos con los rectificadores mofásicos, incluiremos una inductancia Ls
quedándonos el circuito de la figura .
Ahora, para un ángulo de conducción , la conmutación de la intensidad hace que
obtengamos un ángulo de conducción finito u. Considerando la situación cuando los tiristores 5 y
6 han estado conduciendo previamente, y que wt =  , la corriente comienza a conmutar del
tiristor 5 al 1.
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El instante en el que Van se hace más positivo que Vcn ( instante de conducción natural para el
tiristor) es elegido como origen wt = 0 en esta figura. Durante el intervalo de conmutación, los
tiristores 1 y 5 conducen simultáneamente.
La corriente ia de la figura crece desde 0 a Id mientra que ic decrece desde Id hasta 0, en cuyo
instante la conmutación acaba.
durante el intervalo de conmutación
 < wt <  + u
Vpn = Van - VLs
Donde
La reducción de tensión debido a la
conmutación es:
Durante la conmutación , las fases a y c se solapan (de ahí que se llame efecto de solapamiento) ,
ocurre:
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Asumimos que Id(=ia+ic) es cte durante el intervalo de conmutación.
El ángulo de conmutación tendrá un valor(ver razonamiento en ref 1)de :
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5.- Funcionamiento como ondulador.
El fenómeno de solapamiento implica problemas específicos en el funcionamiento como
ondulador. La solicitación a la que se somete el tiristor llega a ser crítica en lo que concierne al
tiempo de descebado tq a respetar.
Como vamos a ver, este fenómeno
implica una limitación del rango
admisible de variación del ángulo de
retardo de disparo.
5.1.- Ángulo de extinción
La figura 5.1.1 muestra la forma
de las tensiones y de las corrientes para
 = 150º. A causa de gran ángulo de
disparo, la tensión en bornes del tiristor
es positiva durante la mayor parte del
tiempo. Solamente es negativa durante
un período correspondiente a wt =, 
es llamado ángulo de extinción.
 debe ser superior a tq del
tiristor a fin de asegurar un bloqueo
perfecto. Se tiene pues:
t = /w > tq
tq nos indica el tiempo el cual el semiconductor (una vez terminada la conmutación y en estado
de bloqueo) permanecerá polarizado inversamente (Ua-k<0). Este es un parámetro importante
puesto que los tiristores necesitan permanecer un tiempo finito polarizados en inversa para
volver a bloquear tensión directa (Ua-k>0), de lo contrario al polarizarse nuevamente en directa
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podría volver al estado de conducción bloqueando al otro tiristor de la conmutación.
Es por esto por lo que el ángulo () debe ser superior siempre a (wtq), siendo (tq) un
dato ofrecido por el fabricante del componente.
En la hoja de datos de un tiristor común de 2000 A, 3000 V, podemos ver que (tq) vale 250 uS,
lo que aproximadamente equivale a 4.5º. En la práctica el ángulo () suele ser bastante mayor.
Este tiempo que ofrece el fabricante suele estar definido como Hold-off, que según la norma IEC
551-05-38, es el tiempo que va entre la extinción de corriente en una llave y la capacidad de
soportar tensión directa.
Un ángulo de extinción = 10º debe ser tenido en cuenta en todos los casos. El ángulo de
retardo del disparo admisible depende además de u. En general se limita  = 150º.
Para el límite de funcionamiento como ondulador se tiene:
 + u = 180º -
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5.2 Falla de conmutación
Estos fallos en las conmutaciones pueden ser debidos:



A un cebado prematuro
A un no bloqueo al final de la conducción
Al no producirse cebado
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