Contenido
- ¿Qué es un rectificador de media onda?
- Teoría del rectificador de media onda
- Filtro de condensador rectificador de media onda
- Fórmula rectificadora de media onda
- Factor de ondulación del rectificador de media onda
- Eficiencia del rectificador de media onda
- Valor RMS del Rectificador de Media Onda
- Pico de tensión inversa del rectificador de media onda
- Factor de forma del rectificador de media onda
- Voltaje de salida DC
- Aplicaciones del rectificador de media onda
- Ventajas del rectificador de media onda
- Desventajas del rectificador de media onda
- Rectificador trifásico de media onda
¿Qué es un rectificador de media onda?
A rectificador de media onda se define como un tipo de rectificador que sólo permite un medio ciclo de un AC voltaje la forma de onda para pasar, bloqueando el otro medio ciclo. Los rectificadores de media onda se usan para convertir el voltaje de CA en voltaje de CC, y sólo requieren un único diodo para construir.
Un rectificador es un dispositivo que convierte la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC). Se hace utilizando un diodo o un grupo de diodos. Los rectificadores de media onda utilizan un diodo, mientras que un rectificador de onda completa utiliza múltiples diodos.
El funcionamiento de un rectificador de media onda aprovecha el hecho de que los diodos sólo permiten actual para que fluya en una dirección.
Teoría del rectificador de media onda
Un rectificador de media onda es la forma más simple de rectificador disponible. Veremos un circuito rectificador de media onda completo más tarde, pero primero debemos entender exactamente lo que este tipo de rectificador está haciendo.
El siguiente diagrama ilustra el principio básico de un rectificador de media onda. Cuando una forma de onda CA estándar pasa a través de un rectificador de media onda, sólo queda la mitad de la forma de onda CA. Los rectificadores de media onda sólo permiten el paso de un medio ciclo (medio ciclo positivo o negativo) del voltaje de CA y bloquearán el otro medio ciclo en el lado de la CC, como se ve a continuación.
Sólo se necesita un diodo para construir un rectificador de media onda. En esencia, esto es todo lo que el rectificador de media onda está haciendo.
Dado que los sistemas de CC están diseñados para que la corriente fluya en una sola dirección (y el voltaje constante que se describe bien más adelante), poner una forma de onda de CA con ciclos positivos y negativos a través de un dispositivo de CC puede tener consecuencias destructivas (y peligrosas). Así que usamos rectificadores de media onda para convertir la energía de entrada de CA en energía de salida de CC.
Pero el diodo es sólo una parte de él un circuito rectificador de media onda completo consiste en 3 partes principales:
- A transformador
- Una carga resistiva
- A diode
Un diagrama de circuito rectificador de media onda se ve así:
Bueno, ahora veamos el proceso de cómo un rectificador de media onda convierte un voltaje de CA en una salida de CC..
Primero, se aplica un alto voltaje de CA al lado primario de la transformador de reducción y obtendremos un bajo voltaje en el devanado secundario que se aplicará al diodo.
Durante el medio ciclo positivo del voltaje de la CA, el diodo se sesgará hacia adelante y la corriente fluye a través del diodo. Durante el medio ciclo negativo del voltaje de CA, el diodo se polarizará en sentido inverso y el flujo de corriente se bloqueará. La forma de onda del voltaje de salida final en el lado secundario (DC) se muestra en la figura 3 anterior.
Esto puede ser confuso a primera vista, así que ahondemos un poco más en la teoría de esto.
Bien, enfócate en el lado secundario del circuito. Si reemplazamos las bobinas del transformador secundario por una fuente de voltaje, podemos simplificar el circuito del rectificador de media onda como:
Ahora no tenemos la parte transformadora del circuito distrayéndonos.
Para el medio ciclo positivo del voltaje de la fuente de CA, el circuito equivalente se convierte efectivamente:
Esto se debe a que el diodo está sesgado hacia adelante, y por lo tanto permite que la corriente pase a través de él. Así que tenemos un circuito cerrado.
Pero para el medio ciclo negativo del voltaje de la fuente de CA, se convierte en el circuito equivalente:
Debido a que el diodo está ahora en modo de polarización inversa, ninguna corriente es capaz de pasar a través de él. Por lo tanto, ahora tenemos un circuito abierto. Dado que la corriente no puede fluir a través de la carga durante este tiempo, el voltaje de salida es igual a cero.
Todo esto sucede muy rápidamente ya que una forma de onda de CA oscilará entre positiva y negativa muchas veces cada segundo (dependiendo de la frecuencia).
Aquí se muestra cómo se ve la forma de onda del rectificador de media onda en el lado de la entrada (Ven), y cómo se ve en el lado de salida (Vfuera) después de la rectificación (es decir, la conversión de CA a CC):
El gráfico de arriba muestra un rectificador de media onda positivo. Se trata de un rectificador de media onda que sólo permite el paso de los semiciclos positivos a través del diodo, y bloquea el semiciclo negativo.
La forma de onda de voltaje antes y después de un positivo media onda El rectificador se muestra en la figura 4.
Por el contrario, un rectificador de media onda negativa sólo permitirá que los medios ciclos negativos pasen a través del diodo y bloqueará el medio ciclo positivo. La única diferencia entre un Posive y el rectificador de media onda negativa es la dirección del diodo.
Como pueden ver en la figura 5, el diodo está ahora en la dirección opuesta. Por lo tanto, el diodo ahora estará sesgado hacia adelante sólo cuando la forma de onda de la CA esté en su medio ciclo negativo.
Filtro de condensador rectificador de media onda
La forma de onda de salida que hemos obtenido de la teoría anterior es una forma de onda de DC pulsante. Esto es lo que se obtiene cuando se utiliza un rectificador de media onda sin filtro.
Los filtros son componentes que se utilizan para convertir (suavizar) las formas de onda de CC pulsantes en formas de onda de CC constantes. Lo consiguen suprimiendo las ondulaciones de CC en la forma de onda.
Aunque los rectificadores de media onda sin filtros son teóricamente posibles, no pueden utilizarse para ninguna aplicación práctica. Como los equipos de corriente continua requieren una forma de onda constante, necesitamos suavizar esta forma de onda pulsante para que sea de utilidad en el mundo real.
Por eso en realidad usamos rectificadores de media onda con filtro. A condensador o un inductor puede utilizarse como filtro, pero lo más habitual es utilizar un rectificador de media onda con filtro de condensador.
El siguiente diagrama de circuito muestra cómo se puede utilizar un filtro capacitivo para suavizar una forma de onda de CC pulsante y convertirla en una forma de onda de CC constante.
Fórmula rectificadora de media onda
Ahora derivaremos las diversas fórmulas para un rectificador de media onda basadas en la teoría anterior y en los gráficos de arriba.
Factor de ondulación del rectificador de media onda
El rizo es el componente de CA no deseado que queda al convertir la forma de onda de voltaje de CA en una forma de onda de CC. Aunque tratamos de eliminar todos los componentes de CA, todavía queda una pequeña cantidad en el lado de salida que pulsa la forma de onda de CC. Este componente de CA no deseado se denomina ondulación.
Para cuantificar lo bien que el rectificador de media onda puede convertir el voltaje de CA en voltaje de CC, utilizamos lo que se conoce como el factor de ondulación (representado por o r). El factor de ondulación es la relación entre el Valor RMS del voltaje de CA (en el lado de entrada) y del voltaje de CC (en el lado de salida) del rectificador.
La fórmula del factor de ondulación es:
Que también puede ser reorganizado para igualar:
El factor de ondulación del rectificador de media onda es igual a 1,21 (es decir, = 1,21).
Tenga en cuenta que para construir un buen rectificador, queremos mantener el factor de ondulación lo más bajo posible. Por eso usamos condensadores e inductores como filtros para reducir las ondulaciones en el circuito.
Eficiencia del rectificador de media onda
La eficiencia del rectificador () es la relación entre la potencia de CC de salida y la de CA de entrada. La fórmula para la efficieny es igual a:
La eficiencia de un medio ola rectificador es igual al 40,6% (es decir.max = 40.6%)
Valor RMS del Rectificador de Media Onda
Para derivar el valor RMS del rectificador de media onda, necesitamos calcular la corriente a través de la carga. Si la corriente de carga instantánea es igual a iL = Imsint, luego el promedio de la corriente de carga (IDC) es igual a:
Donde Im es igual al pico de corriente instantánea a través de la carga (Imax). De ahí la salida de corriente continua (IDC) obtenido a través de la carga es:
Para un rectificador de media onda, la corriente de carga RMS (Irms) es igual a la corriente media (IDC) múltiple por /2. De ahí el valor RMS de la corriente de carga (Irms) para un rectificador de media onda es:
Donde yo…m= Imax que es igual al pico de corriente instantánea a través de la carga.
Pico de tensión inversa del rectificador de media onda
El pico de voltaje inverso (PIV) es el máximo voltaje que el diodo puede soportar durante la condición de polarización inversa. Si se aplica un voltaje mayor que el PIV, el diodo será destruido.
Factor de forma del rectificador de media onda
El factor de forma (F.F) es la relación entre el valor RMS y el valor medio, como se muestra en la fórmula siguiente:
El factor de forma de un rectificador de media onda es igual a 1,57 (es decir, F.F= 1,57).
Voltaje de salida DC
El voltaje de salida (VDC) a través de la carga resistencia se denota por:
Aplicaciones del rectificador de media onda
Media ola Los rectificadores no se utilizan tan comúnmente como rectificadores de onda completa. A pesar de esto, todavía tienen algunos usos:
- Para las solicitudes de rectificación
- Para aplicaciones de demodulación de señales
- Para aplicaciones de pico de señal
Ventajas del rectificador de media onda
La principal ventaja de los rectificadores de media onda es su simplicidad. Como no requieren tantos componentes, son más simples y más baratos de Configuración y construir.
Como tal, las principales ventajas de los rectificadores de media onda son:
- Simple (menor número de componentes)
- Es más barato por adelantado (ya que hay menos equipo). Aunque hay un mayor costo a lo largo del tiempo debido al aumento de las pérdidas de energía)
Desventajas del rectificador de media onda
Las desventajas de los rectificadores de media onda son:
- Sólo permiten un medio ciclo por onda senoidal, y el otro medio ciclo se desperdicia. Esto lleva a la pérdida de energía.
- Producen un bajo voltaje de salida.
- La corriente de salida que obtenemos no es puramente DC, y aún así contiene mucha ondulación (es decir, tiene un alto factor de ondulación)
Rectificador trifásico de media onda
Toda la teoría anterior se ha ocupado de un rectificador de media onda monofásico. Aunque el principio de un rectificador trifásico de media onda es el mismo, las características son diferentes. La forma de onda, el factor de ondulación, la eficiencia y los valores de salida RMS no son los mismos.
El tres fases El rectificador de media onda se utiliza para la conversión de energía trifásica de CA en energía de CC. Aquí los interruptores son diodos, y por lo tanto son interruptores no controlados. Es decir, no hay forma de controlar los tiempos de encendido y apagado de estos interruptores.
El rectificador trifásico de diodo de media onda se construye generalmente con un suministro trifásico conectado a un transformador trifásico donde el devanado secundario del transformador está siempre conectado a través de conexión en estrella. Esto se debe a que el punto neutro es necesario para conectar la carga de nuevo a los bobinados secundarios del transformador, proporcionando una vía de retorno para el flujo de energía.
A continuación se muestra una configuración típica de un rectificador trifásico de media onda que suministra a una carga puramente resistiva. Aquí, cada fase del transformador se considera como una fuente alterna individual. La simulación y la medición de los voltajes son como se muestra en el circuito de abajo. Aquí hemos conectado un individuo voltímetro a través de cada fuente así como a través de la carga.
Los voltajes trifásicos se muestran a continuación.
El voltaje a través de la carga resistiva se muestra a continuación. El voltaje se muestra en negro.
Así que podemos ver en la figura anterior que el diodo D1 conduce cuando la fase R tiene un valor de el voltaje que es mayor que el valor del voltaje de las otras dos fasesy esta condición comienza cuando la fase R está en un 30o y se repite después de cada ciclo completo. Es decir, la próxima vez que el diodo DI comience a conducirse es a los 390o. El diodo D2 toma el control de la conducción de D1 que deja de conducir en el ángulo 150o porque en este instante el valor del voltaje en la fase B se hace más alto que los voltajes en las otras dos fases. Así que cada diodo conduce por un ángulo de 150o – 30o = 120o.
Aquí, la forma de onda de la señal de voltaje DC resultante no es puramente DC ya que no es planapero… más bien contiene una onda. Y la frecuencia de la onda es 3 50 = 150 Hz.
El promedio del voltaje de salida a través de la carga resistiva viene dado por
Dónde,
El valor RMS del voltaje de salida está dado por
El voltaje de rizado es igual a,
Y el factor de ondulación del voltaje es igual a,
La ecuación anterior muestra que la onda de voltaje es significativa. Esto es indeseable ya que conduce a una pérdida de energía innecesaria.
Potencia de salida de DC,
Energía de entrada de CA,
Eficiencia,
Aunque la eficiencia del rectificador trifásico de media onda es aparentemente alta, sigue siendo menor que la eficiencia proporcionada por un Rectificador de diodo de onda completa trifásico. Aunque los rectificadores trifásicos de media onda son más baratos, este ahorro de costes es insignificante comparado con el dinero perdido en sus mayores pérdidas de potencia. Por ello, los rectificadores trifásicos de media onda no se utilizan comúnmente en la industria.
