ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS PRÁCTICA # 3 DESDE EL 04 HASTA EL 08 DE MAYO DEL 2015 RETARDO EN LA CONMUTACIÓN DE UN CONVERSOR AC-DC MONOFÁSICO SEMICONTROLADO 1. OBJETIVO: Estudiar el retardo en la conmutación que se produce en los conversores AC-DC y sus efectos tanto en la carga como en la red de alimentación. 2. TEORÍA: La Figura 1, muestra el esquema típico de un conversor 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. Conversor AC/DC Trifásico Tipo Puente 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 . LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS 1 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS 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. El standard IEEE 519-1981 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. CLASE ATENUACION DE LA PERTURBACION  (%) Aplicaciones especiales Sistema General Sistema dedicado 10 20 50 AREA DE LA PERTURBACION EN LA LINEA (V.uS) 16400 22800 36500 DISTORSION ARMINICA TOTAL EN EL VOLTAJE (%) 3 5 10 Dónde: FACTOR DE POTENCIA El factor de potencia en un conversor 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 conversor Vd y el voltaje máximo posible Vdo. Así, cuando se tiene el LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS 2 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS 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 conversor sea menor, el factor de potencia se verá reducido en forma proporcional (Figura 3). Figura 3. 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 conversor estático produce cambios bruscos en la corriente de línea. Normalmente las formas de onda resultan 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 conversor 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 LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS 3 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS generalmente pueden aparecer armónicos de otro orden, aunque en magnitudes muy pequeñas. La Figura 4 muestra el esquema típico de un conversor monofásico semicontrolado. La conversión de corriente alterna en corriente continua se logra mediante la operación de los tiristores y diodos, los tiristores conducen en forma alternada la corriente desde la entrada hacia la carga durante 2 veces cada período de la red. Durante este proceso, de igual forma que en los conversores trifásicos breves cortocircuitos producen perturbaciones en las formas de onda de los voltajes de entrada conocidos también como "conmutaciones". Figura 4. Rectificador monofásico semicontrolado 3. TRABAJO PREPARATORIO 3.1 Realizar el análisis teórico completo del conversor AC/DC monofásico semicontrolado. Establecer las relaciones de P, S, fp, fpd y además las relaciones que permitan evaluar los efectos de la operación de los conversores en la red como: ángulo de traslape, voltajes por perdidas, voltaje de salida, etc. 3.2 Calcular los parámetros establecidos en el literal anterior, en base a los valores de: Ventrada= 120 V Icarga = 0.5 A Vo = 100 V L1 = L2 = 0.1 mH Transformador: 100 kVA, 120 VLL, Zpu=3% Carga altamente inductiva LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS 4 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS 3.3 Realizar la simulación del circuito a implementar en la práctica y presentar las formas de onda de voltaje y corriente obtenidas en la simulación estableciendo el ángulo de traslape. 3.4 Diseñar y traer armado el conversor AC/DC monofásico semicontrolado con los valores establecidos en el literal 4.2. El diseño debe incluir el circuito de control. 4. PROCEDIMIENTO 4.1 Colocar un transformador 1:1 antes del puente monofásico semicontrolado. Utilizando el conversor AC-DC monofásico semicontrolado observar el efecto del retardo en la conmutación y calcular la reducción de voltaje medio que se provoca por este efecto. 4.2 Observar las perturbaciones que la operación del conversor produce en el voltaje de la red, tanto a la entrada del conversor, como en el punto de acoplamiento (antes del transformador). Evaluar en base estas observaciones el coeficiente de atenuación de la red. 4.3 Repetir este procedimiento para diferentes ángulos de activado. 4.4 En cada caso tomar una muestra de la forma de onda de la corriente en la red que alimenta al conversor y el voltaje de la entrada a conversor y en el punto de acoplamiento. 5. INFORME 5.1 Realizar una comparación de los valores del ángulo de traslape obtenidos en la práctica respecto a la simulación. 5.2 Comentar los resultados obtenidos en la práctica. 5.3 Conclusiones y Recomendaciones. NOTA: EL INFORME SE REALIZARÁ AL FINAL DE LA PRÁCTICA LABORATORIO DE CONVERSORES ESTÁTICOS 5