El documento presenta los resultados de un experimento que analizó un rectificador trifásico no controlado con diferentes tipos de cargas. Se realizaron simulaciones que luego fueron comparadas con mediciones experimentales de voltajes y corrientes. El filtro inductivo tuvo una mayor eficiencia y menor distorsión armónica que el filtro capacitivo, aunque este último proporcionó una salida casi continua. Las inductancias de entrada mejoraron la calidad de la corriente pero empeoraron ligeramente el factor de potencia.

1. UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA
DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA
Laboratorio de Electrónica Industrial
INFORME FINAL
“Rectificación no controlada”
Experiencia
Grupo
Fecha
1
Lautaro Narváez
8
Juan Vargas H.
19/10/2010
Revisado por
Nota

2. Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010
INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS
En esta experiencia realizamos el análisis de un rectificador trifásico conectado a distintos tipos
de cargas, se efectuaron previamente simulaciones y luego fueron contrastadas con las formas de
ondas obtenidas de manera experimental. Obtuvimos ciertas características de forma teórica y las
comparamos con los resultados obtenidos a través de una serie de instrumentos. Todo esto tanto
para comprender el funcionamiento del sistema como para ver el funcionamiento de este en la
práctica y la familiarización con los instrumentos de medición y los equipos. Este informe
presenta los contrastes entre los resultados teóricos obtenidos en el pre-informe con las
mediciones experimentales obtenidas en el laboratorio analizando sus diferencias y comprobando
sus similitudes.
1.
INFORME FINAL
1.1
Simulaciones y Mediciones, contrastes y diferencias
a) Con carga resistiva pura
Voltajes entrada y salida:
Figura 1. Simulación, voltajes de entrada(azul) y salida(rojo) con carga R
1

3. Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010
Figura 2. Fotografía del osciloscopio, voltajes de entrada(café) y salida(rojo) con carga R
La tensión media de salida esperada por las simulaciones era de 513[V] resultando en la realidad
de 490[V] esto se debe en parte a que la tensión línea-línea de entrada esperada era de 380[V]
RMS y en la práctica podemos observar que fue de 365[V], otro factor son la caída en cables y
diodos de potencia.
Corrientes de entrada y salida:
Figura 3. Simulación, corrientes de entrada(azul) y salida(rojo) con carga R
2

4. Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010
Figura 4. Fotografía del osciloscopio, corrientes de entrada(azul) y salida(rojo) con carga R
La carga resistiva conectada fue de aproximadamente 90[ohm]. La corriente de media de salida
se obtiene del valor de la resistencia y del voltaje de salida, obtenido anteriormente. Se considera
un error despreciable de 20[mA], debido probablemente a la tolerancia de las resistencias de
540[ohm] conectadas en paralelo.
b) Con carga resistiva-inductiva.
Voltajes de entrada y salida:
Los resultados obtenidos fueron idénticos, debido a que la característica de la carga inductiva no
modifica la forma de onda del voltaje de salida. Por su parte el voltaje de entrada, o de línea,
tampoco se ve afectado. Este hecho se debe a que la carga RL es básicamente un filtro de
corriente y por ende, el voltaje no sufre alteraciones.
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5. Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010
Corrientes de entrada y salida
Figura 5. Simulación, corriente de entrada por fase(azul) y salida(rojo) con carga RL
Figura 6. Fotografía del osciloscopio, corrientes de entrada por fase(azul) y salida(rojo)
con carga RL
Se logra apreciar tanto en la simulación como en las imágenes obtenidas desde el osciloscopio
una distorsión de los lóbulos provocada por el efecto filtro de la carga inductiva que disminuye
las componentes armónicas de alta frecuencia, si la inductancia tendiera a infinito estos pulsos
serian cuadrados y la corriente de salida sería totalmente rectificada.
4

6. Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010
c) Carga inductiva-resistiva con inductancia línea
Voltajes de entrada y salida:
Figura 7. Fotografía del osciloscopio, voltajes de entrada(café) y salida(verde) con carga
RL e inductancia de línea
Se puede observar un cambio en el voltaje de salida que se manifiesta como una variación del
ángulo de conmutación. Este fenómeno será analizado más adelante.
d) Carga capacitiva-resistiva:
Voltajes de entrada y salida:
Figura 8. simulación, corrientes de entrada(azul) y salida(rojo) con carga RC
5

7. Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010
Figura 9. Fotografía del osciloscopio, voltajes de entrada (café) y salida (verde) con carga
RC
Claramente se puede observar una rectificación casi perfecta pues el condensador de salida se
carga con el peak del voltaje línea a línea. Las componentes fundamentales y las armónicas se
reducen prácticamente a 0.
Corrientes de entrada y salida:
Figura 10. Simulación, corrientes de entrada por una fase(azul) y salida(rojo) con carga RC
6

8. Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010
Figura 11. Fotografía del osciloscopio, corrientes de entrada por una fase (azul) y
salida(rojo) con carga RC
La simulación coincide prácticamente con la realidad, excepto por las salvedades ya mencionadas
que el voltaje de entrada de la simulación era mayor que el voltaje que nos proporcionaba la red
del laboratorio. Cabe notar la componente a frecuencia de red que modula la señal de 6 pulsos de
la corriente.
e) Voltaje ánodo-cátodo en un diodo:
Figura 12. Fotografía del osciloscopio, caídas de tensión en un diodo
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9. Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010
Se puede observar la tensión de los diodos corresponde a lo esperado. Una tensión negativa a
causa de que solo con esta bloquea la corriente. Se puede observar mejor el fenómeno en la
siguiente fotografía:
Figura 13. Fotografía del osciloscopio, caídas de tensión en un diodo
Donde se puede apreciar el voltaje línea a línea, la corriente por una fase y la caída de tensión
en el diodo. El diodo conduce en un ciclo durante 60 grados.
1.2
Tabla con Pa, Pr, PF, DPF.
Conectamos todos los terminales del aparato de medición Hioki Power Meter a las fases de
entrada al sistema, y obtuvimos los siguientes valores.
Tabla 1. Mediciones (Pa, Pr, PF, DPF) del Hioki Power Meter
Parámetro
Pa1
Pa2
Pa3
Pa total
Pr1
Pr2
Pr3
Pr total
PF1
PF2
PF3
PF trifásico
RL
0.884 kW
0.898 kW
0.885 kW
2.668 kW
0.245 kVAr
0.44 kVAr
0.243 kVAr
0.732 kVAr
0.9633
0.9653
0.9648
0.9645
8
RC
0.902 kW
1.040 kW
1.073 kW
3.016 kW
1.222 kVAr
-1.367 kVAr
1.414 kVAr
1.268 kVAr
0.5989
-0.6058
0.6040
0.6030

10. Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010
DPF1
DPF2
DPF3
DPF trifásico
0.8617
0.86336
0.8576
1.000
0.8359
0.8973
0.8137
0.9975
De estas mediciones obtenidas se puede realizar una comparación entre los 2 tipos de filtros RL y
RC. El sistema con filtro capacitivo consume una mayor potencia activa debido a las perdidas en
las resistencias de descarga conectadas en paralelo con los condensadores. Además, una potencia
reactiva 1.7 veces mayor que la consumida por el sistema con filtro RL y un factor de potencia
muy lejano a 1, revelando lo que ya se había observado al medir grandes cantidades de potencia
reactiva que no genera trabajo. Este fenómeno se debe a las grandes cantidades de componentes
armónicas que genera el tipo de filtro RC, que se pueden observar en su corriente muy lejana a
una sinusoidal pura. El factor de potencia del filtro inductivo se debe principalmente a las no
linealidades inducidas por el arreglo de diodos. Con respecto al ángulo de desfase trifásico los
valores son 1 o aproximados a 1 que es lo esperado pues el ángulo de disparo es 0. Los DPF de
cada fase (0.86) están porque el Hioki Power Meter mide el desfase entre las tensiones línea a
línea y las corrientes de fase por defecto, correspondiendo esto justamente a Cos(30)= 0.866.
1.3
THD RL RC, comparar y comentar
Tabla 2. Mediciones del Hioki Power Meter
Parámetro
fundamental
5ª
7ª
11ª
THD
RL
4.134
0.962
0.461
0.369
30.25
RC
4.329
3.947
3.328
2.436
139.34
El THD (Total Harmonic Distorsion, o Distorsión Armónica Total) es un factor que mide la
distorsión de una señal respecto de una sinusoidal perfecta. En este caso es posible apreciar que la
distorsión en el circuito con filtro capacitivo es alrededor de 4.6 veces la distorsión en un circuito
con filtro inductivo.
Aquí es donde está el criterio de diseño, pues si bien la carga RC entrega un voltaje y por ende
una corriente casi perfectamente CC con muy poco contenido fundamental y menos aun
armónico, el filtro LR provoca una distorsión en la red considerablemente menor y los efectos
oscilatorios en el voltaje de salida pueden ser filtrados en otras etapas.
9

11. Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010
1.4
Efector de los inductores de entrada, fundamentación experimental
La siguiente es una imagen ampliada y con cursores del efecto provocado en la tensión de
salida por las inductancias de línea
Figura 14. Fotografía del osciloscopio, corrientes de entrada(café) y salida(verde) con carga
RC
El efecto buscado de los inductores de entrada es disminuir las componentes armónicas de la
corrientes, pues solo con filtros inductivos en serie a la carga es imposible cumplir con las
normativas para las componentes armónicas de la potencia recomendadas por la IEEE.
el efecto indeseado es la modificación del ángulo de disparo de los diodos semiconductores por
ser forzarlos a conducir un cierto tiempo luego de su punto de conmutación natural. En la imagen
previa pudimos observar un ángulo de conmutación de: 10.8 grados. Esto modifica el DPF de la
siguiente manera:


DPF  cos    
2

Y como en este caso =0, este factor se convierte en una distorsión mas para el factor de potencia
( PF  DF  DPF ).
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12. Laboratorio de Electrónica Industrial, Segundo Semestre 2010
1.5
Eficiencia RL y RC
Tabla 3. Potencias activas y eficiencia
Parámetro
Pin
Pout

RL
2.668 kW
2.623 kW
0.983
RC
3.016 kW
2.66252 kW
0.8828
Se puede apreciar claramente la mayor eficiencia del filtro inductivo, sus pérdidas se deben
únicamente a las caídas en los diodos y en el cobre.
CONCLUSIONES
En esta experiencia básicamente hicimos un paralelo entre el rectificador trifásico no controlado
con filtro inductivo y el con filtro capacitivo.
Las conclusiones fueron claras, el filtro capacitivo la única ventaja que presenta es su casi nulo
contenido armónico en la salida de voltaje, entregando casi perfectamente CC. Esto podría ser
útil en aplicaciones específicas en las que sea difícil implementar filtros en la salida y se necesite
CC de alta calidad.
Esta ligera ventaja esta en contraposición con la serie de desventajas que tiene este tipo de
configuración respecto al filtro inductivo.
Para los condensadores es necesario implementar una resistencia en serie que limite los peaks de
corriente y otra resistencia en paralelo a estos para la descarga. Estas resistencias disipan potencia
activa en forma de calor.
Las formas de onda de la corriente de entrada de la red en cada fase muestran una grave
distorsión, prácticamente imposible de compensar, que inhabilitan al filtro capacitivo para
cumplir con las normas exigidas en chile para los armónicos, propuestas por la IEEE.
Esta distorsión aumenta la cantidad de potencia reactiva que consume el sistema.
Los problemas con los armónicos son solucionables en cambio con el filtro RL, incluyendo
además de las inductancias de filtrado del voltaje de salida, inductancias de entrada en las líneas
de alimentación con lo que es posible cumplir con los requerimientos de THD.
Las inductancias de línea le otorgan cierto grado de inercia a las corrientes modificando el ángulo
de disparo (normalmente el natural en los diodos) y empeorando ligeramente el factor de
potencia.
Los aspectos técnicos rescatables son el uso de las puntas diferenciales que nos dieron una mayor
libertad y seguridad a la hora de realizar las mediciones, el acercamiento al uso del instrumento
Hioki Power Meter que probablemente sea muy similar a los instrumentos de medición de
parámetros que nos encontraremos en el ejercicio de la carrera.
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