Electrónica de potencia ca monofásica
Electricidad y Nuevas
Energías
LabVolt Series
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Electrónica de potencia ca monofásica
Canadá
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86359-12
Electricidad y Nuevas Energías
Electrónica de potencia ca monofásica
Guía del profesor
86359-12
Nº de artículo: 86359-12
Primera edición
Actualización: 03/2016
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propia empresa, aunque siempre indicando la fuente. En el caso de escuelas/colegios técnicos, centros
de formación profesional y universidades, el derecho de utilización aquí definido también se aplica a los
escolares, participantes en cursos y estudiantes de la institución receptora.
En todos los casos se excluye el derecho de publicación, así como la inclusión y utilización en Intranet e
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suministran bajo un acuerdo de licencia o de confidencialidad.
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registradas por sus respectivos titulares.
Todas las otras marcas de comercio son propiedad de sus respectivos dueños. Es posible que en este
manual se utilicen otras marcas y nombres de comercio para referirse a la entidad titular de las marcas y
nombres o a sus productos. Festo Didactic renuncia a todo interés de propiedad relativo a las marcas y
nombres de comercio que no sean los propios.
Símbolos de seguridad y de uso frecuente
Los siguientes símbolos de seguridad y de uso frecuente pueden encontrarse en
este manual y en los equipos:
Símbolo
Descripción
PELIGRO indica un nivel alto de riesgo que, de no ser evitado,
ocasionará la muerte o lesiones de gravedad.
ADVERTENCIA indica un nivel medio de riesgo, que de no ser
evitado, puede ocasionar la muerte o lesiones de gravedad.
ATENCIÓN indica un nivel bajo de riesgo, que de no ser evitado,
puede ocasionar lesiones menores o leves.
ATENCIÓN utilizado sin el símbolo de riesgo , indica una
situación de riesgo potencial que, de no ser evitada, puede
ocasionar daños materiales.
Precaución, riesgo de descarga eléctrica
Precaución, superficie caliente
Precaución, posible riesgo
Precaución, riesgo al levantar
Precaución, riesgo de atrapar las manos
Aviso, radiación no ionizante
Corriente continua
Corriente alterna
Corriente alterna y continua
Corriente alterna trifásica
Terminal de tierra (común)
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III
Símbolos de seguridad y de uso frecuente
Símbolo
Descripción
Terminal de conductor protegido
Terminal de chasis
Equipotencial
Encendido (fuente)
Apagado (fuente)
Equipo protegido con aislamiento doble o reforzado
Botón biestable en posición pulsado
Botón biestable en posición no pulsado
IV
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Índice
Prefacio ................................................................................................................ VII
Acerca de este manual ......................................................................................... IX
Al profesor ............................................................................................................. XI
Introducción Electrónica de potencia ca monofásica .................................... 1
PRINCIPIOS FUNDAMENTALES ........................................................... 1
Introducción ............................................................................ 1
Ejercicio 1
Diodos rectificadores monofásicos .......................................... 3
PRINCIPIOS ..................................................................................... 3
El diodo ................................................................................... 3
Principios de funcionamiento de un diodo .............................. 4
Curva característica de tensión y corriente de un diodo ........ 5
Rectificador monofásico de media onda................................. 7
Rectificador monofásico de onda completa (puente) ............. 9
PROCEDIMIENTO ............................................................................ 11
Montaje y conexiones ........................................................... 11
Curva característica de un diodo .......................................... 12
Rectificador monofásico de media onda............................... 14
Rectificador monofásico de onda completa (puente) ........... 18
Operación del circuito.............................................................. 18
Observación de las formas de onda del rectificador y
medición de los parámetros .................................................... 21
Ejercicio 2
Inversor PWM monofásico ....................................................... 29
PRINCIPIOS ................................................................................... 29
Utilización de un cortador de cuatro cuadrantes como
inversor ................................................................................. 29
Relación entre la tensión de salida, la tensión de entrada
y el índice de modulación en un inversor PWM
monofásico ............................................................................ 31
PROCEDIMIENTO ............................................................................ 35
Montaje y conexiones ........................................................... 35
Implementación de un inversor PWM monofásico
utilizando un cortador de cuatro cuadrantes – Parte I .......... 38
Implementación de un inversor PWM monofásico
utilizando un cortador de cuatro cuadrantes – Parte II ......... 42
Relación entre la tensión de salida, la tensión de entrada
y el índice de modulación ..................................................... 46
Comparación del inversor PWM monofásico con el
cortador de cuatro cuadrantes .............................................. 47
Apéndice A
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Tabla de utilización del equipo ................................................ 53
V
Índice
Apéndice B
Tabla de resistencias para el módulo Carga resistiva .......... 55
Apéndice C
Glosario de términos nuevos ................................................... 57
Apéndice D
Símbolos de los diagramas de circuitos ................................ 59
Índice .................................................................................................................... 65
Siglas.................................................................................................................... 67
Bibliografía ........................................................................................................... 69
VI
© Festo Didactic 86359-12
Prefacio
La producción de energía a partir de recursos naturales renovables como el viento, la luz
del sol, la lluvia, las mareas, el calor geotérmico, etc., ha ganado mucho protagonismo en
estos últimos años dado que es un medio eficaz para reducir la emisión de gases de
efecto invernadero (GEI). Últimamente, ha surgido como una tendencia importante la
necesidad de tecnologías innovadoras para hacer que las redes sean más inteligentes
debido a que el aumento de la demanda de energía eléctrica que se observa en todo el
mundo hace que para las redes actuales de muchos países resulte cada vez más difícil
satisfacer la demanda de energía. Además, en muchas partes del mundo se desarrollan y
comercializan vehículos eléctricos (desde bicicletas hasta automóviles) cada vez con más
éxito.
Para responder a las necesidades cada vez más diversificadas en materia de
capacitación en el amplio sector de la energía eléctrica, se ha desarrollado el Programa
didáctico en tecnologías de la energía eléctrica, un programa de aprendizaje modular
destinado a escuelas técnicas, colegios y universidades. El organigrama de más abajo
muestra el programa en el que cada caja representa un curso específico.
Programa didáctico en tecnologías de la energía eléctrica.
© Festo Didactic 86359-12
VII
Prefacio
El programa comienza con una variedad de cursos que tratan en profundidad los temas
básicos relacionados con el campo de la energía eléctrica, como los circuitos de corriente
continua y alterna, transformadores de potencia, máquinas rotatorias, líneas de
transmisión de corriente alterna y electrónica de potencia. El programa se basa en los
conocimientos adquiridos por el estudiante a través de esos cursos básicos para luego
aprender temas más avanzados como la producción doméstica de energía a partir de
recursos renovables (viento y luz solar), generación de hidroelectricidad a gran escala,
producción de energía eléctrica a gran escala a partir de la energía eólica (utilizando las
tecnologías de los generadores de inducción de doble alimentación [DFIG], asincrónicos y
sincrónicos), tecnologías de redes inteligentes (SVC, STATCOM, transmisión HVDC,
etc.), almacenamiento de la energía eléctrica en baterías y sistemas de control para
pequeños vehículos y automóviles eléctricos.
Invitamos a los lectores de este manual a enviarnos sus opiniones,
comentarios y sugerencias para mejorarlo.
Por favor, envíelos a did@de.festo.com.
Los autores y Festo Didactic estamos a la espera de sus comentarios.
VIII
© Festo Didactic 86359-12
Acerca de este manual
Este curso introduce a los estudiantes en los circuitos de la electrónica de
potencia (rectificadores e inversores) que se utilizan para efectuar conversiones
ca/cc en circuitos monofásicos. El curso inicia con el estudio de los diodos
rectificadores monofásicos. Luego, el estudiante se familiariza con la operación
del inversor monofásico y del inversor PWM monofásico. El curso concluye con
el estudio del flujo de potencia en un inversor PWM monofásico.
Objetivos del manual
Cuando usted complete el presente manual, estará familiarizado con los
principales tipos de cortador y con la conmutación de potencia de alta velocidad
(circuitos de tensión, circuitos de corriente, diodos de transferencia, etc.).
Finalmente, aprenderá a controlar el rizado en los cortadores y a construir un
cargador de baterías empleando un cortador reductor.
Consideraciones de seguridad
Los símbolos de seguridad que pueden emplearse en este manual y en los
equipos están listados en la tabla de Símbolos de seguridad al principio de este
manual.
Los procedimientos de seguridad relacionados con las tareas que se le pedirán
realizar están indicados en cada ejercicio.
Asegúrese de emplear el equipo protector adecuado al realizar las tareas
requeridas en los ejercicios prácticos. Nunca realice una tarea si tiene alguna
razón para pensar que una manipulación podría ser peligrosa para usted o sus
compañeros.
Prerrequisito
Como prerrequisito a este curso, usted debe haber leído los manuales
Circuitos cc, p.n 86350, Electrónica de potencia cc, p.n 86356, y Circuitos ca
monofásicos, p.n 86358.
Sistemas de unidades
Los valores de los parámetros medidos se expresan utilizando el Sistema
internacional de unidades SI seguidos por los valores en el sistema de unidades
anglosajón (entre paréntesis).
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IX
Al profesor
En esta Guía del profesor se encuentran todos los elementos incluidos en el
Manual del estudiante, además de respuestas a todas las preguntas, resultados
de las mediciones, gráficos, explicaciones, sugerencias y, en ciertos casos,
instrucciones para guiar a los estudiantes a través de su proceso de aprendizaje.
Toda la información que se aplica al profesor se encuentra limitada por
marcadores y aparece en rojo.
Precisión de las mediciones
Los resultados numéricos de los ejercicios prácticos pueden variar de un
estudiante a otro. Por esta razón, esos resultados y las respuestas dadas en
este manual se deben considerar como una guía solamente. Es de suponer que
los estudiantes que realicen los ejercicios correctamente serán capaces de
demostrar los principios estudiados y hacer observaciones y mediciones
similares a las que se dan como respuestas.
Instalación de los equipos
Para que los estudiantes puedan realizar los ejercicios del manual del
estudiante, el equipamiento didáctico correspondiente debe estar instalado de
manera apropiada, según las instrucciones dadas en el manual del usuario
Equipos del Sistema didáctico en tecnología de la energía eléctrica
(p/n 38486-E).
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XI
Introducción
Electrónica de potencia ca monofásica
RESUMEN DE LOS
PRINCIPIOS
PRINCIPIOS
FUNDAMENTALES
Los Principios fundamentales cubren los siguientes puntos:

Introducción
Introducción
Los circuitos de la electrónica de potencia se encuentran en todos los sistemas
en donde es necesario modificar una forma de energía eléctrica (es decir,
cambios en la tensión, la corriente o en la frecuencia). En los sistemas
modernos, la conversión se realiza con dispositivos de conmutación de
semiconductores tales como diodos, tiristores y transistores. En contraste con
los sistemas de microelectrónica encargados de la transmisión y procesamiento
de señales y datos, la electrónica de potencia procesa niveles elevados de
energía eléctrica.
Dado que la eficiencia es un factor decisivo en la electrónica de potencia, las
pérdidas que un dispositivo electrónico de potencia causa deben ser lo más
bajas posible. La potencia instantánea disipada en un dispositivo es igual al
producto de la tensión por la corriente que lo atraviesa. De esto, se puede
observar fácilmente que las pérdidas de potencia en un dispositivo son mínimas
cuando la tensión es cero o cuando no fluye corriente a través del mismo. Por lo
tanto, un convertidor electrónico de potencia se basa en uno o más dispositivos
operando como interruptores (ya sea de encendido o de apagado). Con esta
estructura, la energía se transfiere desde la entrada del convertidor a la salida
por ráfagas y con mínimas pérdidas de energía.
Por ejemplo, los sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS - del
inglés uninterruptible power supplies) utilizan una batería (alimentación cc) y un
inversor como fuente de alimentación ca cuando la alimentación principal no
está disponible. Cuando se restaura la alimentación principal, se utiliza un
rectificador para suministrar alimentación cc con el fin de recargar la batería. La
siguiente figura muestra un sistema típico de alimentación ininterrumpida para
equipos informáticos.
© Festo Didactic 86359-12
1
Introducción – Electrónica de potencia ca monofásica  Principios fundamentales
Figura 1. Sistema de alimentación ininterrumpida para equipos informáticos.
2
© Festo Didactic 86359-12
Ejercicio
1
Diodos rectificadores monofásicos
OBJETIVO DEL EJERCICIO
Cuando haya completado este ejercicio, usted sabrá qué es un diodo y cómo
funciona. Usted se familiarizará con dos tipos de circuitos que utilizan diodos
para convertir tensión ca monofásica en tensión cc: el rectificador de media onda
y el rectificador de onda completa (puente). Asimismo, usted se familiarizará con
las formas de onda de las tensiones y corrientes presentes en estos
rectificadores y aprenderá cómo calcular la tensión continua promedio
proporcionada por cada tipo de rectificador.
RESUMEN DE LOS
PRINCIPIOS
Los Principios de este ejercicio cubren los siguientes puntos:





PRINCIPIOS
El diodo
Principios de funcionamiento de un diodo
Curva característica de tensión y corriente de un diodo
Rectificador monofásico de media onda
Rectificador monofásico de onda completa (puente)
El diodo
Un diodo es un dispositivo semiconductor que permite que la corriente
eléctrica fluya en una sola dirección. La figura 2 muestra un típico diodo de baja
potencia. El diodo tiene dos terminales, llamados ánodo y cátodo. Una marca
circular identifica el terminal correspondiente al cátodo. El otro terminal
corresponde al ánodo.
Marca en forma
circular
Ánodo
Cátodo
Figura 2. El diodo.
La figura 3 muestra la construcción y el símbolo esquemático de un diodo.
Capa P
A
La punta de la flecha señala hacia
el cátodo, es decir, en el sentido
convencional de la corriente.
Capa N
Ánodo
Cátodo
Construcción
K
A
K
Símbolo
Figura 3. Construcción y símbolo esquemático de un diodo.
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3
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Principios
Como muestra la figura, el diodo está formado por dos capas de material
semiconductor (semiconductores):

Una capa semiconductora tipo P que contiene los portadores de carga
positivos (huecos). La capa de tipo P corresponde al ánodo (A) del
diodo.

Una capa semiconductora tipo N que contiene portadores de carga
negativa (electrones). La capa de tipo N corresponde al cátodo (K) del
diodo.
Principios de funcionamiento de un diodo
Como verá más adelante, el diodo es un componente esencial de los circuitos
rectificadores. Cuando se utiliza en un rectificador, el diodo actúa como un
interruptor de alta velocidad sin partes móviles.

Cuando no se aplica ninguna tensión en los terminales del diodo, éste
se encuentra en el estado “apagado” (bloqueado). No fluye corriente por
el diodo y actúa como un interruptor abierto, tal como se ilustra en la
figura 4.
Sin tensión
Interruptor abierto
A
K
Figura 4. Cuando no hay tensión en los terminales del diodo, éste actúa como un interruptor
abierto. Por lo tanto, ninguna corriente circula por el diodo.
Los símbolos + y – cerca a
la tensión
en la figura
indican la convención en las
mediciones de esta tensión.
Estos símbolos indican que
la tensión en el punto A ( )
de la figura es mayor que la
del punto K ( ) cuando la
tensión
es positiva (es
decir, cuando
10 V).
Por el contrario, el valor
de
es negativo cuando
la tensión en el punto A ( )
es menor que la tensión del
punto K ( ) (es decir,
cuando
10 V).
4

Cuando se aplica una tensión en los terminales del diodo y la tensión en
el ánodo es menor que la tensión en el cátodo, el diodo actúa como un
interruptor abierto. Por lo tanto, ninguna corriente circula por el diodo. En
esta condición, se dice que el diodo está polarizado inversamente
como se ilustra en la figura 5.
Tensión inversa
Interruptor abierto
0V
A
10 V
K
Figura 5. Cuando la tensión en el ánodo es menor que la tensión en el cátodo (es decir,
cuando la tensión EAK es negativa), el diodo actúa como un interruptor abierto: no fluye
corriente por el diodo.
© Festo Didactic 86359-12
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Principios

Cuando se aplica una tensión en los terminales del diodo y la tensión en
el ánodo es mayor que la tensión en el cátodo, el diodo pasa del estado
apagado (bloqueado) al estado encendido (en conducción). En este
caso, se dice que está polarizado directamente y actúa como un
interruptor cerrado, permitiendo que la corriente fluya desde el ánodo al
cátodo, tal como se ilustra en la figura 6.
Tensión directa
Interruptor cerrado
10 V
9,2 V
A
K
Figura 6. Cuando la tensión en el ánodo es mayor que la tensión en el cátodo (es decir,
es positiva), el diodo actúa como un interruptor cerrado y la corriente
cuando la tensión
fluye a través de él en la dirección que se indica.

Siempre y cuando la corriente fluya a través del diodo, el diodo se
mantiene polarizado directamente y actúa como un interruptor cerrado.
Cuando la corriente deja de circular (aun por un período corto de
tiempo), el diodo se convierte en un interruptor abierto y la tensión en
sus terminales desciende a 0 V, como se ilustra en la figura 7.
⇩ 0V
El interruptor abre
A
K
⇩ 0A
Figura 7. Cuando la corriente deja de circular a través del diodo, el diodo se convierte en un
interruptor abierto y la tensión en sus terminales desciende a 0 V.
Curva característica de tensión y corriente de un diodo
La curva característica de un diodo representa la corriente que fluye en función
de la tensión a través de sus terminales. La figura 8 muestra una curva
característica de un diodo ideal y la curva de un diodo real.

© Festo Didactic 86359-12
Diodo ideal: cuando el diodo se polariza inversamente actúa como un
aislante perfecto, es decir que ninguna corriente circula por él. Cuando
está polarizado directamente, el diodo actúa como un conductor perfecto
y la corriente circula a través de él sin caída de tensión.
5
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Principios

Diodo real: cuando el diodo se polariza inversamente, existe una
pequeña corriente de fuga que fluye a través de él. En este caso, la
corriente que fluye a través del diodo aumenta muy rápidamente a
medida que aumenta la tensión, hasta que el diodo se vuelve totalmente
conductivo. Tenga en cuenta que la conducción del diodo es muy baja
cuando la tensión directa es inferior al valor mínimo, llamada tensión de
corte. La tensión de corte es la caída de tensión en el diodo
(normalmente 0,7 V en el caso de un diodo de silicio) a partir de la cual
la corriente empieza a aumentar muy rápidamente.
Diodo real
Diodo ideal
Tensión de corte (caída
típica de tensión) a través
de un diodo de silicio.
0,7 V
Figura 8. Curvas características de tensión-corriente de un diodo ideal y de uno real.
6
© Festo Didactic 86359-12
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Principios
Rectificador monofásico de media onda
Un rectificador monofásico de media onda consiste de un diodo conectado entre
una fuente de tensión ca y una carga (resistor R), como se ilustra en la figura 9a.
Carga
(a)
Durante la parte positiva de la tensión de la fuente
directamente.
E V
á .
Tensión de la fuente
,
, el diodo está polarizado
Tiempo
Corriente de carga
(salida del rectificador)
I A
Tiempo
Tensión de carga
(salida del rectificador)
E V
,
á .
,
á .
,
.
0,318
0,45
Tiempo
(b) Formas de onda de las tensiones y la corriente del circuito.
Figura 9. Rectificador monofásico de media onda.
Los signos + y – junto a la tensión
a medición
de esta tensión.
© Festo Didactic 86359-12
en la figura 9a indican la convención de la
7
,
,
á .
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Principios
El diodo funciona como un interruptor de alta velocidad, lo que permite que la
corriente fluya solamente durante la media onda positiva de tensión de la
fuente .

En el instante , la tensión de la fuente es cero. Por lo tanto, la tensión
en el diodo es cero y éste actúa como un interruptor abierto, impidiendo
que la corriente fluya a través del circuito. La tensión en la carga
(tensión de salida del rectificador), , es nula.

Durante la mitad positiva de la forma de onda de tensión de la fuente (es
decir, entre los instantes y ), el diodo está polarizado directamente,
permitiendo que la corriente fluya por el circuito. Por lo tanto, las formas
de onda de la tensión y corriente de salida del rectificador tienen la
misma forma que la de la fuente. La caída de tensión en el diodo es muy
baja: es igual a la tensión de corte.

En el instante , la corriente de carga (corriente del diodo) se hace 0 y
el diodo deja de conducir corriente (es decir, el diodo se apaga).

Durante la mitad negativa de la onda de tensión de la fuente (es decir,
entre los instantes y ), el diodo se polariza inversamente, impidiendo
que la corriente fluya a través del circuito. Por esto, las salidas de
corriente y tensión del rectificador son nulas. Al mismo tiempo, toda la
tensión aplicada por la fuente (la mitad negativa de la tensión de la
fuente) está presente en el diodo. El valor máximo de esta tensión se
llama tensión inversa de pico (PIV – del inglés Peak Inverse Voltage) y
corresponde a la máxima tensión que el diodo debe soportar cuando se
polariza inversamente.

La tensión de carga (tensión de salida del rectificador) es, por lo tanto,
una tensión por impulsos que es positiva durante la mitad del ciclo de
tensión de la fuente y nula en la otra mitad de dicho ciclo. La tensión de
salida del rectificador es unipolar, porque mantiene la misma polaridad
(positiva) durante todo el ciclo. Esto ocurre porque la corriente puede
fluir en una sola dirección.
Sin tener en cuenta la caída de tensión a través del diodo, la amplitud de la
tensión de salida del rectificador , á . , es igual a la amplitud de la tensión de la
fuente , á . . El valor promedio de la tensión cc en la salida del rectificador
.
,
. , es igual a 0,318
, á . o 0,45
,
El diodo utilizado en el rectificador de la figura 9 tiene un ángulo de conducción
de 180°, lo que significa que conduce corriente durante la mitad del ciclo (el ciclo
completo corresponde a 360˚).
Dado que los rectificadores monofásicos de media onda entregan energía a la
carga durante la mitad del ciclo de la fuente de alimentación de ca, carecen de la
eficiencia que se requiere en la mayoría de las aplicaciones. Por otra parte, la
corriente de salida de estos rectificadores tiene un componente promedio cc no
nulo que fluye a través de la fuente de alimentación ca (es decir, la red eléctrica),
y que debe evitarse. Por lo tanto, en la mayoría de las aplicaciones se utilizan
los rectificadores monofásicos de onda completa en lugar de los rectificadores
monofásicos de media onda.
8
© Festo Didactic 86359-12
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Principios
Rectificador monofásico de onda completa (puente)
Un rectificador monofásico de onda completa (puente) consiste en cuatro diodos
conectados entre una fuente de tensión ca y una carga (resistor R), como se
ilustra en la figura 10. Un par de diodos ( y ) permiten que la corriente fluya
durante la mitad positiva de la onda de tensión de la fuente. El otro par de
diodos ( y ) permiten que la corriente fluya durante la mitad negativa de la
onda de tensión de la fuente.
1
2
1
2
1
2
R
3
4
3
4
3
4
Figura 10. Rectificador monofásico de onda completa (puente).
La figura 11 muestra las formas de onda de tensión y corriente del circuito.

Durante la mitad positiva de la onda de tensión de la fuente (es decir,
y
), los diodos
y
están polarizados
entre los instantes
) fluye a través del
directamente. Por lo tanto, la corriente (
diodo , el resistor de carga R, y el diodo . Al mismo tiempo, los
y
están inversamente polarizados, por lo que no fluye
diodos
ninguna corriente a través de los mismos.

Durante la mitad negativa de la onda de tensión de la fuente (es decir,
y
), los diodos
y
están polarizados
entre los instantes
) fluye a través del
directamente. Por lo tanto, la corriente (
diodo , el resistor de carga R, y el diodo . Al mismo tiempo, los
y
están inversamente polarizados, por lo que no fluye
diodos
ninguna corriente a través de éstos.

Observe que la corriente en el resistor de carga R fluye en la misma
dirección durante cada mitad de la onda de la fuente de tensión ca. La
tensión de carga (tensión de salida del rectificador) es, por lo tanto, una
tensión rectificada de onda completa compuesta por dos medias ondas
de la fuente. Esta tensión es unipolar
positivas por ciclo de la tensión
porque mantiene la misma polaridad (positiva) durante todo el ciclo.
Sin tener en cuenta la caída de tensión a través de los diodos, la amplitud de la
tensión de salida del rectificador , á . , es igual a la amplitud de la tensión de la
fuente , á . . El valor promedio de la tensión del rectificador ,
. , es igual
a 0,636 , á . , o 0,9 ,
, que es el doble de la tensión media entregada por un
rectificador monofásico de media onda.
© Festo Didactic 86359-12
9
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Principios
V
á .
Tensión de la fuente
,
Tiempo
Corriente
A
Tiempo
I A
Corriente
Tiempo
Corriente de carga
(corriente de salida del
rectificador)
I A
Tiempo
,
á .
,
á .
,
Tensión de carga
(tensión de salida del
rectificador)
V
.
0,636
0,9 ,
Tiempo
Figura 11. Formas de onda de las tensiones y corrientes del circuito.
10
,
© Festo Didactic 86359-12
á .
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Resumen del procedimiento
RESUMEN DEL
PROCEDIMIENTO
El Procedimiento se divide en las siguientes secciones:




Montaje y conexiones
Curva característica de un diodo
Rectificador monofásico de media onda
Rectificador monofásico de onda completa (puente)
Operación del circuito. Observación de las formas de onda del
rectificador y medición de los parámetros.
PROCEDIMIENTO
En este ejercicio de laboratorio trabajará con tensiones elevadas. No haga ni
modifique ninguna conexión con las fichas tipo banana bajo tensión, salvo
indicación contraria.
Montaje y conexiones
En esta parte del ejercicio, instalará y conectará el equipo.
1. Consulte la tabla de utilización del equipo del Apéndice A para obtener la
lista de los módulos requeridos para realizar este ejercicio.
Instale el equipo necesario en el Puesto de trabajo.
2. Conecte la entrada Alimentación de la Interfaz de adquisición de datos y de
control a la fuente de alimentación de 24 V ca. Encienda esta fuente.
3. Conecte el puerto USB de la Interfaz de adquisición de datos y de control a
un puerto USB de la computadora.
Conecte el puerto USB del Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro
cuadrantes al puerto USB de la computadora.
4. Asegúrese de que el interruptor principal del Dinamómetro/Fuente de
alimentación de cuatro cuadrantes se encuentre en la posición O (apagado),
después conecte la Entrada de Alimentación a un tomacorriente ca.
Ajuste el interruptor Modo de operación del Dinamómetro/Fuente de
alimentación de cuatro cuadrantes en Fuente de alimentación.
Encienda el Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes
colocando el interruptor de alimentación principal en I (encendido).
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11
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
5. Encienda la computadora, luego inicie el software LVDAC-EMS.
En la pantalla Arranque de LVDAC-EMS, asegúrese de que la Interfaz de
adquisición de datos y de control fue detectada. Asegúrese de que la función
Instrumentación computarizada para la Interfaz de adquisición de datos y de
control esté disponible. Además, seleccione la tensión y frecuencia de la red
que corresponden a aquellas de la red ca local y luego haga clic en
ACEPTAR para cerrar la pantalla Arranque de LVDAC-EMS.
es una
6. Arme el circuito que se ilustra en la figura 12. En este circuito,
fuente de alimentación ca que se obtiene mediante el Dinamómetro/Fuente
de alimentación de cuatro cuadrantes. E1 e I1 son las entradas de tensión y
corriente de la Interfaz de adquisición de datos y de control. El diodo es
uno de los diodos del módulo Rectificador y condensadores de filtrado. El
resistor de carga R se implementa con el módulo Carga resistiva.
60 Ω
N
Figura 12. Circuito utilizado para observar la curva característica de un diodo.
7. Haga las conexiones y ajustes necesarios de los conmutadores en el módulo
Carga resistiva para obtener el valor de resistencia requerido.
a
El Apéndice B lista los ajustes necesarios en el módulo Carga resistiva a fin
de obtener diferentes valores de resistencia.
Curva característica de un diodo
En esta parte del ejercicio, observará la curva de tensión en función de la
corriente de un diodo.
8. En el software LVDAC-EMS, abra la pantalla Dinamómetro/Fuente de
alimentación de cuatro cuadrantes y luego haga los ajustes siguientes:
12

Ajuste el parámetro Función en Fuente de alimentación ca. Este ajuste
hace que la fuente de alimentación interna opere como una fuente de
alimentación (es decir, una fuente generando una onda sinusoidal).

Ajuste el parámetro Tensión en vacío en 100 V. Esto establece en 100 V
la tensión efectiva (rms) de la fuente de alimentación ca.
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Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento

Ajuste el parámetro Frecuencia a la misma frecuencia de la red ca local.
Esto hace que la frecuencia de la fuente de alimentación ca sea igual a
la de dicha red.

Encienda la fuente de alimentación ca.
9. Abra el Osciloscopio.
En la pantalla Ajustes de la adquisición de datos y de control del software
LVDAC-EMS, fije Gama de E1 en Baja.
En el Osciloscopio, haga aparecer la tensión (E1) y la corriente del diodo (I1)
en el Canal 1 (X) y Canal 2 (Y), respectivamente. Ajuste la sensibilidad del
Canal 1 (X) y Canal 2 (Y) en 2 V/div y 0,5 A/div, respectivamente.
Seleccione el modo de operación X-Y fijando el parámetro
Visualización X-Y en Encendido. Además, fije el parámetro Filtrado de
pantalla en Encendido. En el modo X-Y, el eje horizontal representa el valor
instantáneo de la tensión en el diodo, mientras que el eje vertical representa
el valor instantáneo de la corriente que pasa por el mismo.
a
Cuando realice mediciones empleando la ventana Aparatos de medición,
Osciloscopio o Analizador de fasores, en LVDAC-EMS, seleccione siempre el
modo regeneración continua. De esta manera, los datos en pantalla estarán
siempre actualizados.
Con base en la curva mostrada, ¿fluye corriente por el diodo en una sola
dirección? Explique.
Sí. La curva muestra que la corriente fluye a través del diodo solo en la
dirección positiva. Esto ocurre porque:

cuando la tensión en el ánodo del diodo es menor que la tensión en el
cátodo, el diodo está polarizado inversamente, de manera que una
corriente de fuga muy pequeña lo atraviesa.

cuando la tensión en el ánodo del diodo es mayor que la tensión en el
cátodo, el diodo está polarizado directamente, lo que permite que la
corriente fluya a través del mismo. Esta corriente aumenta rápidamente
a medida que la tensión en el diodo se incrementa, hasta que el diodo
se vuelve totalmente conductivo.
La figura que aparece a continuación muestra un ejemplo de lo que se
debería observar en la pantalla del Osciloscopio.
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13
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
Ajustes del Osciloscopio
Entrada del canal 1 ......................... E1
Escala del canal 1..................... 2 V/div
Acoplamiento del canal 1 ...............CC
Entrada del canal 2 ........................... I1
Escala del canal 2.................. 0,5 A/div
Acoplamiento del canal 2 ...............CC
Pantalla X-Y ........................ Encendido
Pantalla de filtrado .............. Encendido
Característica de la curva de tensión-corriente de un diodo.
10. ¿El diodo funciona como un interruptor? Explique.
Sí, el diodo funciona como un interruptor. Durante la mitad positiva de la
onda de tensión de la fuente ca, el diodo está polarizado directamente, por lo
que actúa como un interruptor cerrado (es decir, el diodo se encuentra en el
estado “encendido" (conduciendo)). Durante, la mitad negativa de la onda de
tensión de la fuente ca, el diodo se polariza inversamente, por lo que actúa
como un interruptor abierto (es decir, el diodo se encuentra en el estado
"apagado" (bloqueado)).
11. En la pantalla Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes,
apague la fuente de alimentación ca.
Rectificador monofásico de media onda
En esta parte del ejercicio, usted estudiará la operación de un rectificador
monofásico de media onda. Observará, mediante un osciloscopio, las formas de
onda de las tensiones y la corriente en el rectificador. Determinará también el
ángulo de conducción del diodo. Luego, medirá la frecuencia de la tensión
rectificada, así como los valores promedio de tensión, corriente y potencia.
12. Arme el circuito que se ilustra en la figura 13. En este circuito,
es una
fuente de alimentación ca que se obtiene mediante el Dinamómetro/Fuente
de alimentación de cuatro cuadrantes. E1, E2 e I1 son las entradas de las
tensiones y la corriente de la Interfaz de adquisición de datos y de control. El
diodo es uno de los diodos del módulo Rectificadores y condensadores de
filtrado. El resistor de carga R se implementa con el módulo Carga resistiva.
14
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Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
60 Ω
N
Figura 13. Rectificador monofásico de media onda.
13. En la pantalla Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes,
asegúrese de que el parámetro Tensión en vacío esté fijado en 100 V, luego
encienda la fuente de alimentación ca.
14. En la pantalla Ajustes de la adquisición de datos y de control del software
LVDAC-EMS, fije la Gama de E1 en Auto.
15. En el Osciloscopio, desactive el modo de operación X-Y colocando el
parámetro Visualización X-Y en Apagado. Haga aparecer la tensión de la
fuente (E1), la corriente de salida del rectificador (fuente de corriente) [I1] y
la tensión de salida del rectificador (E2), en los canales 1, 2 y 3,
respectivamente. Asegúrese de que la base de tiempo está fijada para
visualizar al menos dos ciclos de las ondas sinusoidales.
Describa brevemente la relación entre las formas de onda de la corriente de
salida del rectificador ( ), la tensión de salida del rectificador ( ) y la forma
de onda de tensión de la fuente ( ).
Durante la mitad positiva de la onda de tensión de la fuente, las ondas de
corriente y tensión de la salida del rectificador tienen la misma forma que la
de la tensión de la fuente. Esto ocurre porque el diodo está polarizado
directamente, permitiendo que la corriente fluya por el circuito.
Durante la mitad negativa de la onda de tensión de la fuente, la corriente y la
tensión de salida del rectificador son nulas (cero). Esto ocurre porque el
diodo está polarizado inversamente, impidiendo que la corriente fluya por el
circuito.
La figura que aparece a continuación muestra un ejemplo de las formas de
onda en la pantalla del Osciloscopio.
Para una red ca de 50 Hz:
© Festo Didactic 86359-12
15
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
Ajustes del Osciloscopio
Entrada del canal 1 ......................... E1
Escala del canal 1................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 1 ............... CA
Entrada del canal 2 ........................... I1
Escala del canal 2..................... 2 A/div
Acoplamiento del canal 2 ...............CC
Entrada del canal 3 ......................... E2
Escala del canal 3................. 100 V/div
Acoplamiento del canal 3 ...............CC
Base de tiempo ...................... 5 ms/div
Fuente de disparo ....................... Can1
Nivel del disparador ........................... 0
Pendiente de disparo........Ascendente
Formas de onda de las tensiones y la corriente del rectificador monofásico de media onda.
Para una red ca de 60 Hz:
Ajustes del Osciloscopio
Entrada del canal 1 ......................... E1
Escala del canal 1................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 1 ............... CA
Entrada del canal 2 ........................... I1
Escala del canal 2..................... 2 A/div
Acoplamiento del canal 2 ...............CC
Entrada del canal 3 ......................... E2
Escala del canal 3................. 100 V/div
Acoplamiento del canal 3 ...............CC
Base de tiempo ...................... 5 ms/div
Fuente de disparo ....................... Can1
Nivel del disparador ........................... 0
Pendiente de disparo........Ascendente
Formas de onda de las tensiones y la corriente del rectificador monofásico de media onda.
16. Calcule el ángulo de conducción del diodo rectificador de media onda.
Ángulo de conducción del diodo rectificador de media onda = _______ °
El ángulo de conducción del diodo rectificador de media onda es 180°.
16
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Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
17. Mida y registre la frecuencia de rizado (frecuencia de los impulsos en la
tensión de salida del rectificador).
Frecuencia de rizado = ________ Hz
Para una red ca de 50 Hz: frecuencia de rizado = 50 Hz
Para una red ca de 60 Hz: frecuencia de rizado = 60 Hz
18. En el software LVDAC-EMS, abra la pantalla Aparatos de medición. Ajuste
los medidores E2 e I1 para medir los valores promedio (cc) de la tensión de
salida del rectificador ( ) y de la corriente de salida del rectificador ( ),
respectivamente. Registre esos valores más abajo.
Tensión de salida promedio del rectificador
Corriente de salida promedio del rectificador
,
,
.
Calcule la potencia en la salida del rectificador
promedio de la tensión
y la corriente .
Potencia de salida del rectificador
Tensión de salida promedio del rectificador
.
,
.
Potencia de salida del rectificador
,
________ A
a partir de los valores
,
Corriente de salida promedio del rectificador
________ V
.
,
.
________ W
= 44,3 V
.
= 0,74 A
= 32,8 W
19. En la pantalla Aparatos de medición, ajuste el medidor E1 para medir el
valor rms de la tensión de la fuente EF. Registre este valor más abajo.
Tensión de la fuente
Tensión de la fuente
= ________ V
= 100,4 V
Compare la tensión de la fuente
con la tensión de salida
del
rectificador
obtenida
en el paso anterior. ¿Es
promedio ,
.
0,45 ?
,
.
 Sí
 No
Sí
20. En la pantalla Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes,
apague la fuente de alimentación ca.
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17
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
Rectificador monofásico de onda completa (puente)
En esta parte del ejercicio, estudiará la operación de un rectificador monofásico
de onda completa. Determinará el par de diodos que son conductores en función
de la polaridad de la tensión de la fuente. Comprobará que la polaridad de la
corriente y de la tensión de salida del rectificador es siempre positiva. A
continuación, observará las formas de onda de las tensiones y corrientes en el
rectificador. Medirá la frecuencia (rizado) de la tensión rectificada, el ángulo de
conducción de los diodos, así como los valores promedio de la tensión, corriente
y potencia rectificadas. Comparará sus resultados con los que se obtuvieron
anteriormente para un rectificador de media onda.
Operación del circuito
21. Arme el circuito que se ilustra en la figura 13. En este circuito,
es una
fuente de tensión cc que se implementa mediante el Dinamómetro/Fuente de
alimentación de cuatro cuadrantes. E1, E2, E3, E4, I1 e I2 son las entradas
de tensión y corriente de la Interfaz de adquisición de datos y de control. Los
,
,
y
son los diodos del módulo Rectificador y
diodos
condensadores de filtrado. El resistor R se implementa con el módulo Carga
resistiva.
60 Ω
Figura 14. Rectificador de onda completa monofásico (operación del circuito).
22. En la pantalla Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes,
seleccione la función Fuente de tensión (+), luego fije el parámetro Tensión
en 100 V. Encienda la fuente de tensión cc.
18
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Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
23. En la pantalla Aparatos de medición de LVDAC-EMS, ajuste los
medidores E1, E2, E3 y E4 para medir las tensiones cc a través de los
y , respectivamente. Ajuste los medidores I1 e I2 para
diodos , ,
medir la corriente cc en la salida del rectificador, , y la corriente de la
fuente cc, , respectivamente. Registre sus resultados a continuación.
,
,
,
________ V
________ V
,
________ V
________ V
,
________ A
,
________ A
,
= 0,83 V
,
= -99 V
,
= 1,64 A
,
= -99 V
,
= 1,64 A
,
= 0,78 V
24. Observe que la salida de corriente del rectificador es igual a la corriente cc
de la fuente, . Esto indica que existe un circuito completamente cerrado
entre los terminales positivo y negativo de la fuente, que permite que fluya
una corriente a través de la resistencia . A partir de las tensiones cc
medidas a través de los diodos, determine cuáles diodos están en estado
“encendido” (conduciendo) y cuáles están en estado “apagado” (bloqueado).
Explique.
Debido a que hay una pequeña caída de tensión de 0,7 V en los diodos
y
, estos diodos están en el estado “encendido” (conduciendo). Por lo tanto,
la corriente fluye a través del diodo , el resistor R y el diodo . Al mismo
y
. Por lo
tiempo, existe una tensión inversa de -99 V en los diodos
tanto, estos diodos están en el estado “apagado” (bloqueado) y no circula
ninguna corriente a través de ellos.
25. Determine la tensión
en la salida del rectificador utilizando la corriente
en dicha salida, medida en el paso 23, y la resistencia del resistor R.
Tensión en la salida del rectificador
1,64 A
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________ V
60 Ω = 98,4 V
19
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
26. En la pantalla Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes,
apague la fuente de tensión cc.
Invierta las conexiones del circuito en los terminales amarillo y blanco del
Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes para invertir la
polaridad de la tensión de la fuente. No realice ningún otro cambio en el
resto del circuito.
En la pantalla Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes,
inicie la fuente de tensión cc.
27. Utilice los medidores E1, E2, E3, E4, I1 e I2, para medir las tensiones cc en
los diodos , ,
y , la corriente cc en la salida del rectificador y la
de la fuente cc, respectivamente. Registre los resultados a
corriente
continuación.
,
________ V
,
________ V
,
________ V
,
________ V
,
________ A
,
________ A
,
= -99 V
,
= 0,72 V
,
= 1,63 A
,
= 0,76 V
,
= -1,63 A
,
= -99 V
28. Observe que la magnitud de la corriente
de salida del rectificador es de
de la fuente cc. A partir de las tensiones
nuevo igual a la corriente
medidas a través de los diodos, determine cuáles diodos están en estado
“encendido” (conduciendo) y cuáles están en estado “apagado” (bloqueado).
Explique sus respuestas.
Debido a que hay una pequeña caída de tensión de 0,7 V en los diodos
y
, estos diodos están en el estado “encendido” (conduciendo). Por lo tanto,
la corriente fluye a través del diodo , el resistor R y el diodo . Al mismo
y . Por lo
tiempo, existe una tensión inversa de -99 V en los diodos
tanto, estos diodos están en el estado “apagado” (bloqueado) y no circula
ninguna corriente a través de ellos.
29. Determine la tensión
en la salida del rectificador utilizando la corriente
de salida del rectificador, medida en el paso 27, y la resistencia del
resistor R.
Tensión en la salida del rectificador
1,63 A
20
________ V
60 Ω = 97,8 V
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Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
30. La corriente
de salida del rectificador, ¿es siempre
independientemente de la polaridad de la tensión de la fuente cc?
 Sí
positiva,
 No
Sí
31. A partir de sus observaciones, la salida de tensión del rectificador , ¿es
siempre positiva, independientemente de la polaridad de la tensión de la
fuente?
 Sí
 No
Sí
32. Los diodos rectificadores de onda completa, ¿conducen de a pares? Es
y , ¿conducen cuando la polaridad de la tensión de la
decir, los diodos
y
lo hacen cuando esa
fuente es positiva, mientras que los diodos
polaridad es negativa?
 Sí
 No
Sí
33. En la pantalla Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes,
apague la fuente de tensión cc.
Observación de las formas de onda del rectificador y medición de los parámetros
34. Arme el circuito que se ilustra en la figura 15. En este circuito,
es una
fuente de alimentación ca. E1, E2, I1 e I2 son las entradas de tensión y de
corriente de la Interfaz de adquisición de datos y de control. Los diodos ,
,
y
son los diodos del módulo Rectificador y condensadores de
filtrado. El resistor de carga R se implementa con el módulo Carga resistiva.
© Festo Didactic 86359-12
21
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
60 Ω
N
Figura 15. Rectificador monofásico de onda completa (visualización de las formas de onda del
circuito y medición de los parámetros).
35. En la pantalla Dinamómetro / Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes,
seleccione la función Fuente de alimentación ca, fije el parámetro Tensión
en vacío en 100 V y fije el parámetro Frecuencia a la misma frecuencia de la
red de alimentación local ca. Encienda la fuente de alimentación ca.
36. En el Osciloscopio, haga que aparezcan la tensión de la fuente (E2), la
corriente de la fuente (I2), la corriente de salida del rectificador (I1) y la
tensión de salida del rectificador (E1) en los canales 1, 2, 3 y 4,
respectivamente. Asegúrese de que la base de tiempo está fijada para
visualizar al menos dos ciclos de las ondas sinusoidales.
Describa brevemente las formas de onda de tensión y corriente en la salida
del rectificador en comparación con aquellas de la fuente.
La forma de la onda de la corriente de salida del rectificador es una onda
completa de corriente rectificada y que está compuesta por dos medias
ondas positivas por ciclo de la onda de corriente de la fuente. Esta corriente
es unipolar dado que mantiene la misma polaridad (positiva) durante todo el
ciclo. En otras palabras, la corriente que pasa por el resistor R fluye en la
misma dirección durante las mitades positiva y negativa de la fuente de
tensión y la forma de onda de corriente.
22
© Festo Didactic 86359-12
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
Del mismo modo, la forma de onda de la tensión de salida es una onda
completa de tensión rectificada compuesta por dos medias ondas positivas
por ciclo de la onda de tensión de la fuente. Esta tensión es unipolar dado
que mantiene la misma polaridad (positiva) durante todo el ciclo de la onda
de tensión de la fuente.
Para una red ca de 50 Hz:
Ajustes del Osciloscopio
Entrada del canal 1 ......................... E2
Escala del canal 1................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 1 ............... CA
Entrada del canal 2 ........................... I2
Escala del canal 2..................... 5 A/div
Acoplamiento del canal 2 ...............CC
Entrada del canal 3 ........................... I1
Escala del canal 3..................... 5 A/div
Acoplamiento del canal 3 ...............CC
Entrada del canal 4 ......................... E1
Escala del canal 4................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 4 ...............CC
Base de tiempo ...................... 5 ms/div
Fuente de disparo ....................... Can1
Nivel del disparador ........................... 0
Pendiente de disparo........Ascendente
Formas de onda de las tensiones y corrientes del rectificador monofásico de onda completa.
Para una red ca de 60 Hz:
Ajustes del Osciloscopio
Entrada del canal 1 ......................... E2
Escala del canal 1................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 1 ............... CA
Entrada del canal 2 ........................... I2
Escala del canal 2..................... 5 A/div
Acoplamiento del canal 2 ...............CC
Entrada del canal 3 ........................... I1
Escala del canal 3..................... 5 A/div
Acoplamiento del canal 3 ...............CC
Entrada del canal 4 ......................... E1
Escala del canal 4................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 4 ...............CC
Base de tiempo ...................... 5 ms/div
Fuente de disparo ....................... Can1
Nivel del disparador ........................... 0
Pendiente de disparo........Ascendente
Formas de onda de las tensiones y corrientes del rectificador monofásico de onda completa.
© Festo Didactic 86359-12
23
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
37. A partir de las formas de onda observadas, ¿cuáles diodos están en el
estado de conducción durante la mitad positiva de la forma de onda de
tensión de la fuente?
Durante la mitad positiva de la onda de tensión de la fuente, los diodos
están en el estado de conducción.
y
¿Cuáles diodos se encuentran en estado de conducción durante la mitad
negativa de la forma de onda de tensión de la fuente?
Durante la mitad negativa de la onda de tensión de la fuente, los diodos
están en el estado de conducción.
y
38. ¿Cuál es el ángulo de conducción de cada diodo?
El ángulo de conducción de cada diodo es 180°.
39. Mida y anote la frecuencia de rizado del rectificador monofásico de onda
completa.
Frecuencia de rizado= ________ Hz
¿Es esta frecuencia el doble de la frecuencia de rizado de un rectificador
monofásico de media onda (según lo registrado en el paso17)?
 Sí
 No
Para una red ca de 50 Hz: la frecuencia de rizado del rectificador
monofásico de onda completa es 100 Hz.
Para una red ca de 60 Hz: la frecuencia de rizado del rectificador
monofásico de onda completa es 120 Hz.
Sí, esta frecuencia es el doble de la frecuencia de rizado de un rectificador
monofásico de media onda.
40. En la pantalla Aparatos de medición, asegúrese de que los medidores E1
e I1 están configurados para medir los valores promedio cc de la tensión de
y la corriente de salida del rectificador, respectivamente. Registre
salida
esos valores a continuación.
Tensión de salida promedio del rectificador
Corriente de salida promedio del rectificador
24
,
________ V
.
,
.
________ A
© Festo Didactic 86359-12
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Procedimiento
Calcule la potencia de salida
del rectificador a partir de los valores
y la corriente .
promedio de la tensión
Potencia de salida del rectificador
Tensión de salida promedio del rectificador
Corriente de salida promedio del rectificador
Potencia de salida del rectificador
,
.
,
,
= ________ W
= 88,9 V
.
,
.
.
= 1,48 A
= 131,6 W
41. En la pantalla Aparatos de medición, ajuste el medidor E2 para medir el
valor rms de la tensión de la fuente, . Registre este valor a continuación.
Tensión de la fuente
Tensión de la fuente
________ V
= 99,2 V
Compare la tensión de la fuente
con la tensión promedio
salida del rectificador, obtenida en el paso anterior. ¿Es ,
.
 Sí
,
0,9
.
en la
?
 No
Sí
42. Compare los valores promedio de la tensión y corriente del rectificador
monofásico de onda completa (registrados en el paso 40) con aquellos
obtenidos anteriormente para un rectificador monofásico de media onda
(registrados en el paso 18).
Los valores promedio de la tensión y corriente de salida de un rectificador
monofásico de onda completa son el doble de aquellos de un rectificador
monofásico de media onda.
43. ¿Cómo se compara la potencia de salida del rectificador monofásico de
onda completa, calculada en el paso 40, con la obtenida previamente para
un rectificador monofásico de media onda del paso 18?
La potencia de salida de un rectificador monofásico de onda completa es
cuatro veces aquella de un rectificador monofásico de media onda.
44. Apague la fuente de alimentación ca.
Cierre el software LVDAC-EMS, apague todo el equipo y retire todos los
cables.
© Festo Didactic 86359-12
25
Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Conclusión
CONCLUSIÓN
En este ejercicio ha estudiado el funcionamiento de los diodos y rectificadores
monofásicos. Aprendió que los diodos actúan como conmutadores de alta
velocidad, permitiendo que la corriente fluya en una sola dirección. Estudió la
operación de dos tipos de rectificadores: el rectificador monofásico de media
onda y el rectificador monofásico de onda completa (puente). Pudo observar que
un rectificador monofásico de media onda utiliza únicamente un diodo para
entregar una tensión pulsante que es positiva durante la mitad del ciclo de la
tensión de la fuente y nula en la otra mitad de ese ciclo. Esta tensión tiene un
valor promedio (cc) que no es nulo, implicando no solo un flujo de corriente cc a
través de la carga, sino también a través de la fuente de alimentación ca (es
decir, a través de la red de energía), lo cual debe evitarse. Este inconveniente se
elimina con un rectificador monofásico de onda completa. Este rectificador utiliza
cuatro diodos para entregar una tensión positiva que consiste en dos medias
ondas por ciclo de la tensión de la fuente. Los rectificadores monofásicos de
media onda y los de onda completa proporcionan una tensión de salida
unipolar (positiva) que nunca se hace negativa durante todo el ciclo. Sin
embargo, un rectificador de onda completa proporciona el doble de la tensión
promedio entregada por un rectificador de media onda y sin el componente cc,
que debe evitarse cuando se trata de una fuente de alimentación ca.
PREGUNTAS DE REVISIÓN
1. ¿Cómo se comporta un diodo cuando se le aplica una tensión que hace que
la tensión en el ánodo sea mayor que la tensión en el cátodo? Explique.
El diodo pasa del estado “apagado” (bloqueado) al estado “encendido” (en
conducción). En este caso, el diodo se dice que está polarizado
directamente y actúa como un interruptor cerrado, lo que permite que la
corriente fluya del ánodo al cátodo.
2. ¿Qué sucede cuando la corriente deja de fluir (aunque sea por un corto
periodo de tiempo) a través de un diodo?
El diodo se comporta como un interruptor abierto y la tensión en los
terminales del diodo se reduce a 0 V.
3. En un rectificador monofásico de media onda como el que se muestra en la
figura 9, ¿cuándo las ondas de corriente y tensión de salida del rectificador
tienen la misma forma de onda que la tensión de la fuente? ¿Cuándo la
tensión y corriente de salida del rectificador son nulas? Explique.
Las ondas de corriente y tensión de salida del rectificador tienen la misma
forma que la tensión de la fuente durante la parte positiva de esta última,
debido a que el diodo rectificador está polarizado directamente y permite que
la corriente fluya por el circuito. La corriente y tensión de salida del
rectificador son nulas durante la mitad negativa de la tensión de la fuente,
debido a que el diodo rectificador está polarizado inversamente, impidiendo
la circulación de corriente en el circuito.
26
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Ejercicio 1 – Diodos rectificadores monofásicos  Preguntas de revisión
4. ¿Qué es un rectificador monofásico de onda completa (puente)? ¿Cómo
funciona? Describa la forma de onda de la tensión de salida del rectificador
con respecto a la de la fuente.
Un rectificador monofásico de onda completa (puente) consiste en cuatro
diodos conectados entre una fuente de tensión ca y una carga. Durante la
mitad positiva de la onda de tensión de la fuente, un primer par de diodos
permite que la corriente fluya a través de la carga, mientras que el segundo
la bloquea (es decir, están en el estado apagado). Durante la mitad negativa
de la onda de tensión de la fuente, el primer par de diodos bloquea la
corriente, mientras que el segundo permite que fluya a través de la
carga (siempre en la misma dirección). La tensión de salida del rectificador
es, por lo tanto, una onda completa de tensión rectificada compuesta de dos
medias ondas positivas por ciclo de la tensión de la fuente. Esta tensión es
unipolar porque mantiene la misma polaridad (positiva) durante todo el ciclo.
5. Compare el rectificador monofásico de media onda con el rectificador
monofásico de onda completa (valor promedio de la tensión de salida del
rectificador, la frecuencia de rizado, la presencia o ausencia de un
componente de corriente cc en la fuente de alimentación ca).
El valor promedio de la tensión de salida de un rectificador monofásico de
. El valor promedio de la tensión de salida de un
media onda es 0,45
, es decir, el doble de
rectificador monofásico de onda completa es 0,9
la tensión promedio de un rectificador monofásico de media onda.
La frecuencia de rizado de la tensión de salida del rectificador monofásico de
media onda es igual a la frecuencia de la red local de alimentación ca (50 Hz
o 60 Hz). La frecuencia de rizado del rectificador monofásico de onda
completa equivale al doble de la frecuencia de la red local de
alimentación ca (100 Hz o 120 Hz), es decir, el doble de la frecuencia de
rizado de un rectificador monofásico de media onda.
La corriente de salida del rectificador monofásico de media onda tiene un
valor promedio no nulo (cc) que además de fluir a través de la carga,
también fluye a través de la fuente de alimentación de corriente alterna, lo
cual se debe evitar. Por otro lado, la corriente de salida del rectificador
monofásico de onda completa también tiene un valor (cc) promedio no nulo
pero la corriente de la fuente de alimentación ca sigue siendo simétrica (es
decir, no tiene ningún componente de corriente continua). Esto hace que el
rectificador monofásico de onda completa sea el más adecuado para
aplicaciones que se conectan directamente a la red de alimentación ca.
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27
Ejercicio
2
Inversor PWM monofásico
OBJETIVO DEL EJERCICIO
Cuando haya completado este ejercicio, usted estará familiarizado con el
funcionamiento del inversor PWM monofásico.
RESUMEN DE LOS
PRINCIPIOS
Los Principios de este ejercicio cubren los siguientes puntos:
PRINCIPIOS


Utilización de un cortador de cuatro cuadrantes como inversor
Relación entre la tensión de salida, la tensión de entrada y el índice de
modulación en un inversor PWM monofásico
Utilización de un cortador de cuatro cuadrantes como inversor
Los inversores son dispositivos que convierten potencia cc en potencia ca. Esto
permite obtener sistemas de potencia ca monofásica y trifásica de frecuencia y
tensión variable. Por ejemplo, los inversores trifásicos se utilizan ampliamente
para construir variadores de velocidad de motores ca, mientras que los
monofásicos se emplean con frecuencia en aplicaciones residenciales a partir de
la energía producida por paneles solares o aerogeneradores y almacenada en
una batería o en un banco de baterías.
Es posible utilizar un cortador de cuatro cuadrantes para implementar un
inversor monofásico. En este caso, el ciclo de trabajo de las señales de
conmutación está diseñado para variar de manera que la tensión en la salida del
cortador alterne a una velocidad específica entre valores positivos y negativos.
La figura 16 muestra un cortador de cuatro cuadrantes conectado a una carga
resistiva. Por su parte, la figura 17 muestra la forma de onda de la señal aplicada
a la entrada de control del ciclo de trabajo del cortador de cuatro cuadrantes y
las formas de onda de tensión (antes y después del filtrado) y de corriente en la
salida de dicho cortador.
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29
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Principios
Cortador de cuatro cuadrantes
Entrada de control del ciclo de trabajo
Figura 16. Uso de un cortador de cuatro cuadrantes como inversor.
Una señal sinusoidal modula los ciclos de trabajo ( , y
, ) de las señales
de control de conmutación. Como resultado, la onda de tensión en la salida del
cortador de cuatro cuadrantes es un tren de impulsos bipolares cuyo ancho varía
de acuerdo a la tensión instantánea de la señal sinusoidal. La línea de puntos
dibujada sobre el tren de impulsos bipolares de la figura 17 muestra la tensión
promedio de cada ciclo del tren de impulsos en la salida del cortador de cuatro
cuadrantes. Esta tensión ca tiene la misma forma (sinusoidal) de la señal
aplicada en la entrada de control del ciclo de trabajo del cortador de cuatro
cuadrantes.
El rango de variación del ancho de los impulsos bipolares en la salida del
cortador de cuatro cuadrantes depende de la amplitud de la señal
sinusoidal (señal de control del ciclo de trabajo). Un aumento de amplitud
incrementa el rango de variación y, por tanto, la amplitud de la tensión ca en la
salida del cortador. La velocidad con la que el ancho de los impulsos varía en
dicha salida, depende de la frecuencia de la señal sinusoidal. En este caso, un
aumento de frecuencia incrementa la velocidad de variación del ancho de los
impulsos y, por lo tanto, aumenta la frecuencia de la tensión ca en la salida del
cortador de cuatro cuadrantes.
En muchas aplicaciones, una tensión cuya forma de onda es un tren de impulsos
bipolares (en lugar de una onda sinusoidal) puede afectar el funcionamiento de
un dispositivo. Por esta razón, se suele añadir a la salida del inversor
monofásico (cortador de cuatro cuadrantes) un filtro compuesto por dos
inductores y un condensador para alisar las formas de onda de corriente y
tensión. Esto se traduce en una forma de onda de tensión sinusoidal (ver
figura 17). La forma de onda de la corriente es similar a la onda de la tensión ya
que la carga es puramente resistiva, como se ilustra en la figura 17.
30
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Señal de entrada
de control del ciclo
de trabajo
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Principios
∝
,
∝
,
Tiempo
Corriente de salida
Tensión de salida
después del filtrado
Tensión de salida
antes del filtrado
Valor promedio
Tiempo
Tiempo
Tiempo
Figura 17. Formas de onda de tensión y corriente en la salida del cortador de cuatro
cuadrantes.
Relación entre la tensión de salida, la tensión de entrada y el índice de
modulación en un inversor PWM monofásico
Los interruptores electrónicos de un cortador de cuatro cuadrantes se conectan
con
y
con
. Cuando un par de interruptores
en parejas, es decir,
electrónicos está encendido, el otro par está apagado. Por lo tanto, la tensión de
se aplica alternadamente a la salida del cortador de cuatro
entrada
cuadrantes a través de uno de los dos pares de conmutadores electrónicos. La
depende de qué par de
polaridad instantánea de la tensión de salida
interruptores electrónicos está encendido. Es positiva cuando los interruptores
y
están encendidos y negativa cuando lo están
y . El
electrónicos
del cortador de cuatro cuadrantes
promedio de la tensión de salida (cc)
depende del tiempo que cada par de interruptores electrónicos está encendido
durante cada ciclo. Esto, a su vez, depende del ciclo de trabajo de las señales
de control de conmutación.
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31
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Principios
La ecuación que relaciona las tensiones
y
2
donde
,
se muestra a continuación.
(1)
1
,
es la tensión cc en la salida del cortador de cuatro cuadrantes.
es la tensión cc en la entrada del cortador de cuatro cuadrantes.
es el ciclo de trabajo de los interruptores electrónicos
y ,
expresado como un decimal.
Dado que el ciclo de trabajo puede variar aproximadamente entre 0 y 1, la
puede hacerlo entre - y + .
tensión
100
Tensión de salida del
Cortador de cuatro
cuadrantes
(Inversor PWM)
Ciclo de trabajo
(%)
,
Cuando se utiliza una señal sinusoidal para hacer que el ciclo de trabajo
,
de un cortador de cuatro cuadrantes varíe entre 0% y 100% (que también hace
que el ciclo de trabajo
varíe de forma complementaria), la tensión de
,
salida resultante (después del filtrado) es una onda sinusoidal, con una amplitud
( , á .
), como se ilustra en la figura 18.
, á . igual a
50
Tiempo
0
Amplitud
, á .
=
, á .
0
, á .
Tiempo
Figura 18. Cuando se utiliza una señal sinusoidal para hacer que el ciclo de trabajo
varíe
,
entre 0% y 100%, la tensión de salida resultante (después del filtrado) es una onda sinusoidal
con amplitud , á . igual a .
El índice de modulación
de un cortador de cuatro cuadrantes, utilizado como
un inversor PWM monofásico, es la relación entre el rango de variación del ciclo
de trabajo y el rango máximo de variación de ese ciclo (es decir, 100% o 1). El
índice de modulación
se calcula utilizando la ecuación (2) cuando el ciclo de
trabajo se expresa como un porcentaje, o utilizando la ecuación (3) cuando el
ciclo de trabajo se expresa como un decimal.
á .
(2)
í .
100%
donde
á .
í .
32
es el índice de modulación (número puro).
es el valor máximo del ciclo de trabajo, expresado como un
porcentaje.
es el valor mínimo del ciclo de trabajo, expresado como un
porcentaje.
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Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Principios
á .
donde
á .
í .
(3)
í .
es el índice de modulación (número puro).
es el valor máximo del ciclo de trabajo, expresado como un
decimal.
es el valor mínimo del ciclo de trabajo, expresado como un
decimal.
Ciclo de trabajo (%)
100
Ciclo de trabajo (%)
100
Ciclo de trabajo (%)
La figura 19 muestra los ciclos de trabajo con distintos índices de
modulación. En la figura 19a, el ciclo de trabajo varía entre 0% y100%,
la gama de variación es 100% y, por lo tanto, el índice de modulación
es 1
(100% - 0% / 100%). En la figura 19b, el ciclo de trabajo varía entre 15% y 85%,
la gama de variación es 70% y el índice de modulación
es 0,7. En la
figura 19c, el ciclo de trabajo varía entre 30% y 70%, la gama de la
variación es 40% y el índice de modulación es 0,4.
100
50
Tiempo
0
(a)
=1
85%
50
0
Tiempo
15%
(b)
= 0,7
70%
50
Tiempo
30%
0
(c)
= 0,4
Figura 19. Ciclos de trabajo con índices de modulación 1,0, 0,7 y 0,4.
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33
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Principios
Cuando un cortador de cuatro cuadrantes se utiliza como un inversor PWM
monofásico, la amplitud , á . de la onda sinusoidal de la tensión en la salida
del inversor depende de la tensión de entrada
y del índice de modulación .
La amplitud , á . de la onda sinusoidal de la tensión en la salida del inversor
PWM monofásico se puede calcular mediante la siguiente ecuación:
(4)
, á .
donde
, á .
es la amplitud de la onda sinusoidal de la tensión en la salida
del inversor PWM monofásico (salida del cortador de cuatro
cuadrantes), expresada en V.
es la tensión promedio (cc) en la entrada del inversor PWM
monofásico (entrada del cortador de cuatro cuadrantes),
expresado en V.
es el índice de modulación (número puro).
La ecuación (5) muestra cómo la ecuación anterior se puede modificar para
calcular el valor eficaz rms de la onda sinusoidal de la tensión en la salida del
inversor PWM monofásico.
(5)
,
√2
A modo de ejemplo, la tabla 1 muestra la amplitud ( , á . ) y el valor efectivo de
la tensión sinusoidal rms ( , ) en la salida de un inversor PWM alimentado por
una batería de 48 V, para los índices de modulación 1,0, 0,8 y 0,3. El ciclo de
trabajo y las variaciones de tensión de la salida del inversor para cada índice se
muestran en la figura 20.
Tabla 1. Tensión en la salida de un inversor PWM alimentado por una batería de 48 V, para los
índices de modulación 1,0, 0,8 y 0,3.
Tensión cc en
la entrada del
inversor PWM
(V)
34
Tensión en la salida del inversor PWM
Índice de
modulación
amplitud
(V)
, á .
(1)
Valor rms
(V)
48 V
1,0
48,0
34,0
48 V
0,8
38,4
27,2
48 V
0,3
14,4
10,2
(1) Calculado mediante la ecuación
, á .
(2) Calculado mediante la ecuación
,
,
(2)
/√2
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Tensión de salida del
inversor (V)
Ciclo de trabajo (%)
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Resumen del procedimiento
100
100
50
Tiempo
50
0
0
+48
+48
0
Tiempo
-48
=1
Tiempo
10
50
65
35
Tiempo
0
+48
+38,4
0
-48
(a)
100
90
Tiempo
-38,4
0
+14,4
-14,4
Tiempo
-48
(b)
= 0,8
(c)
= 0,3
Figura 20. Ciclo de trabajo y variaciones de tensión de salida del inversor para los índices de
modulación de 1,0, 0,8 y 0,3.
RESUMEN DEL
PROCEDIMIENTO
El Procedimiento se divide en las siguientes secciones:





Montaje y conexiones
Implementación de un inversor PWM monofásico utilizando un cortador
de cuatro cuadrantes – Parte I
Implementación de un inversor PWM monofásico utilizando un cortador
de cuatro cuadrantes – Parte II
Relación entre la tensión de salida, la tensión de entrada y el índice de
modulación
Comparación del inversor PWM monofásico con el cortador de cuatro
cuadrantes
PROCEDIMIENTO
Durante este ejercicio de laboratorio estará en presencia de tensiones elevadas.
No realice ni modifique ninguna conexión con las fichas tipo banana en los
circuitos bajo tensión, salvo indicación contraria.
Montaje y conexiones
En esta parte del ejercicio, instalará y conectará el equipo.
1. Consulte la tabla de utilización del equipo del Apéndice A para obtener la
lista de los módulos requeridos para realizar este ejercicio.
Instale el equipo necesario en el Puesto de trabajo.
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35
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
2. Conecte la entrada Alimentación de la Interfaz de adquisición de datos y de
control a la fuente de alimentación de 24 V ca.
Conecte la Alimentación baja potencia del Cortador/inversor con IGBT a la
entrada Alimentación de la Interfaz de adquisición de datos y de control.
Encienda la fuente de alimentación de 24 V ca.
3. Conecte el puerto USB de la Interfaz de adquisición de datos y de control a
un puerto USB de la computadora.
Conecte el puerto USB del Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro
cuadrantes al puerto USB de la computadora.
4. Asegúrese de que el interruptor de alimentación principal del
Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes esté en la
posición O (apagado) y luego conecte la Entrada de alimentación a un
tomacorriente ca.
Ajuste el interruptor Modo de operación del Dinamómetro/Fuente de
alimentación de cuatro cuadrantes en Fuente de alimentación.
Encienda el Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes
colocando el interruptor principal en la posición I (encendido).
5. Encienda la computadora, luego inicie el software LVDAC-EMS.
En la pantalla Arranque de LVDAC-EMS, asegúrese de que la Interfaz de
adquisición de datos y de control fue detectada. Asegúrese de que las
funciones Instrumentación computarizada y Control del cortador/inversor
para la Interfaz de adquisición de datos y de control están disponibles.
Además, seleccione la tensión y frecuencia de la red que corresponden a
aquellas de la red ca local y luego haga clic en ACEPTAR para cerrar la
pantalla Arranque de LVDAC-EMS.
6. Arme el circuito que se ilustra en la figura 21. Use los dos inductores
de 2 mH y el condensador de 5 μF del módulo Bobinas/condensadores de
filtrado para implementar
,
y
. Haga las conexiones y ajustes
necesarios de los conmutadores del módulo Carga resistiva para obtener el
valor requerido de la resistencia.
36
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Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
Cortador/Inversor
2 mH
5 µF
300 Ω
2 mH
Señales de control de conmutación
desde la DACI
Figura 21. Circuito del cortador de cuatro cuadrantes.
7. Conecte las Salidas digitales de la Interfaz de adquisición de datos y de
control (DACI) a las Entradas del control de conmutación del
Cortador/inversor con IGBT utilizando un cable conector DB9.
En la Interfaz de adquisición de datos y de control, conecte la Salida
analógica 1 a la Entrada analógica 1 utilizando un conector tipo banana.
Esta conexión permite el control del ciclo de trabajo de los interruptores
electrónicos del Cortador/inversor con IGBT, mediante la aplicación de la
tensión suministrada por la Salida analógica 1 a la Entrada analógica 1.
Conecte las Entradas de conmutación 1 y 2 del Cortador/inversor con IGBT
a las Entradas analógicas 2 y 3 de la Interfaz de adquisición de datos y de
control utilizando conectores tipo banana. Estas conexiones permiten la
visualización de las señales de control de conmutación de los interruptores
electrónicos del Cortador/inversor con IGBT.
Conecte el terminal común (blanco) de las Entradas del control de
conmutación del Cortador/inversor con IGBT a uno de los dos terminales
comunes analógicos (blancos) de la Interfaz de adquisición de datos y de
control utilizando conectores tipo banana.
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37
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
Implementación de un inversor PWM monofásico utilizando un cortador de
cuatro cuadrantes – Parte I
En esta parte del ejercicio, usted controlará el ciclo de trabajo de los
interruptores electrónicos de un cortador de cuatro cuadrantes utilizando una
tensión cc, mientras que observa la tensión en la salida del cortador.
8. En el software LVDAC-EMS, abra la pantalla Dinamómetro/Fuente de
alimentación de cuatro cuadrantes y luego realice los siguientes ajustes:

Seleccione la función Fuente de tensión (+).

Ajuste el parámetro Tensión en 100 V.

Encienda la fuente de tensión.
9. En el software LVDAC-EMS, abra la pantalla Control del cortador/inversor y
realice los siguientes ajustes:

Seleccione la función Cortador de cuatro cuadrantes.

Ajuste el parámetro Frecuencia de conmutación en 2000 Hz.

Ajuste el parámetro Control del ciclo de trabajo en AI-1 (-10 a 10 V).
Este ajuste permite el control del ciclo de trabajo de los interruptores
electrónicos del cortador de cuatro cuadrantes mediante una tensión cc
aplicada en la Entrada analógica 1.

Asegúrese de que el tiempo de aceleración está ajustado en 0,0 s.

Asegúrese de que el tiempo de desaceleración está ajustado en 0,0 s.

Asegúrese de que los parámetros Q , Q , Q
en PWM.

Encienda el cortador de cuatro cuadrantes.
y Q
están ajustados
10. En el software LVDAC-EMS, abra la pantalla Osciloscopio y utilice los
canales 1 a 7 para visualizar la tensión de control del ciclo de trabajo (AI-1),
las señales de control de conmutación de los interruptores
(AI-2) y
,
(AI-3), la tensión cc
en la entrada del
electrónicos ,
en la salida del inversor antes del filtrado (E2) y
inversor (E1), la tensión
después del filtrado (E3), y la corriente que fluye a través de la carga (I1),
respectivamente.
Seleccione el modo Regeneración continua, fije la base de tiempo
en 0,2 ms/div y fije los controles de disparo de modo que el Osciloscopio se
dispare cuando el flanco ascendente de la señal de control de
alcance el valor
conmutación (AI-2) de los interruptores electrónicos ,
de 2 V.
38
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Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
Seleccione los ajustes adecuados de la posición y escala vertical para
facilitar la observación de las formas de onda.
11. En el software LVDAC-EMS, abra la pantalla Salida analógica 1. Las salidas
analógicas de LVDAC-EMS se pueden utilizar para controlar diferentes
parámetros, tales como tensión, corriente, velocidad, par, frecuencia y
relación (ciclo de trabajo), así como el ángulo de disparo mediante una
tensión variable entre -10 V y +10 V. La correspondencia entre el parámetro
controlado y la tensión de salida se define en la pantalla Salida analógica.
En la pantalla Salida analógica 1, haga los ajustes siguientes:
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
Ajuste el parámetro Función en Botón de comando. Este ajuste permite
que la tensión en la Salida analógica 1 esté entre -10 V y +10 V
utilizando la perilla de control, los botones con flecha o introduciendo el
valor deseado directamente en Ajustes de las salidas analógicas.

Ajuste el parámetro Nombre del comando en Tensión. Esto ajusta el tipo
de comando que se está controlando. Para este caso, es la tensión que
se utiliza para controlar el ciclo de trabajo del cortador de cuatro
cuadrantes.

Asegúrese de que el parámetro Comando máx. esté fijado en 10. Esto
ajusta el valor máximo del comando que se está controlando. Para este
caso, la tensión máxima de comando que se puede alcanzar es 10 V.

Asegúrese de que el parámetro Tensión correspondiente al Comando
máx. esté fijado en 10. Esto ajusta la tensión de la salida analógica que
corresponde al valor del parámetro Comando máx. que usted ha fijado.
En este caso, una tensión igual a 10 V en la Salida analógica 1
corresponde a un comando de tensión de 10 V.

Asegúrese de que el parámetro Comando mín esté fijado en -10. Esto
ajusta el valor mínimo para el comando que se está controlando. En este
caso, la tensión mínima de comando que se puede alcanzar es -10 V.

Asegúrese de que la Tensión correspondiente al Comando mín esté
fijada en -10. Esto ajusta la tensión en la salida analógica que
corresponde al valor del parámetro Comando mín que usted ha fijado.
En este caso, una tensión igual a -10 V en la Salida analógica 1
corresponde a un comando de tensión de -10 V.

Ajuste el parámetro Incremento del comando en 1. Esto fija el
incremento correspondiente a un solo clic en los botones con flecha
situados debajo de la perilla de control. En este caso, la
tensión (comando) se incrementa 1 V cada vez que se hace clic en el
botón con la flecha hacia arriba o se reduce 1 V cada vez que se hace
clic en el botón con la flecha hacia abajo.

Ajuste el parámetro Tensión en -10. Esto fija la tensión de la Salida
analógica 1 en -10 V.
39
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
a
En el presente caso, el valor del parámetro Tensión y la tensión en la Salida
analógica 1 son idénticos debido a que el tipo de comando es de tensión y
porque los valores de los parámetros "Tensión correspondiente al Comando
mín." y "Comando mín." son iguales. Tenga en cuenta que si el tipo de
comando fuera uno de velocidad, por ejemplo, el parámetro Tensión se
convertiría en el parámetro Velocidad y fijaría el número de revoluciones por
minuto correspondiente a la tensión en la Salida analógica 1.
Estos ajustes permiten producir una tensión variable entre +10 V y -10 V en
la Salida analógica 1 (actualmente fijado en -10 V). Esta tensión se utiliza
para controlar el ciclo de trabajo de los interruptores electrónicos del
cortador de cuatro cuadrantes.
12. En la pantalla Salida analógica 1, gire la perilla de control de modo que la
tensión de control del ciclo de trabajo varíe de manera cíclica a partir
de -10 V hasta +10 V y de +10 V a -10 V. Mientras hace esto, tenga en
cuenta la tensión (antes y después del filtrado) y la corriente en la salida del
cortador de cuatro cuadrantes, así como las formas de onda de las señales
de control de conmutación en la pantalla del Osciloscopio.
¿La tensión y corriente en la salida del cortador de cuatro cuadrantes
corresponden a una forma de onda ca?, es decir, ¿varían de una polaridad a
otra?
 Sí
 No
Sí
13. Ajuste de manera sucesiva la tensión de control del ciclo de trabajo de cada
uno de los valores que se muestran en la tabla 2. Para cada valor, mida el
y la tensión promedio después del filtrado (E3), en la
ciclo de trabajo
,
salida del cortador de cuatro cuadrantes.
40
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Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
Tabla 2. Ciclo de trabajo y tensión de salida promedio (después del filtrado) en función de la
tensión de control del ciclo de trabajo.
Tensión de control
del ciclo de trabajo
(V)
Ciclo de trabajo
,
Tensión de
salida promedio
(V)
-10
-8
-6
-4
-2
0
+2
+4
+6
+8
+10
Ciclo de trabajo y tensión de salida promedio (después del filtrado) en función de la tensión
de control del ciclo de trabajo.
Tensión de control del ciclo de
trabajo (V)
Ciclo de trabajo
-10
0
-98,1
-8
0,1
-78,8
-6
0,2
-59,6
-4
0,3
-40,0
-2
0,4
-20,4
Tensión de salida
promedio (V)
,
0
0,5
-0,6
+2
0,6
19,1
+4
0,7
38,8
+6
0,8
58,5
+8
0,9
77,7
+10
1,0
97,0
14. Describa la relación entre el ciclo de trabajo
control del ciclo de trabajo.
,
(AI-2) y la tensión de
El ciclo de trabajo
varía de 0% a 100% (de 0 a 1) cuando la tensión de
,
control del ciclo de trabajo lo hace de -10 V a +10 V. El ciclo de trabajo
,
es mínimo cuando esa tensión de control es mínima (-10 V), mientras que es
máximo cuando esa tensión es máxima (+10 V).
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41
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
15. Describa la relación entre la tensión promedio en la salida del cortador de
cuatro cuadrantes y la tensión de control del ciclo de trabajo.
La tensión promedio en la salida del cortador de cuatro cuadrantes es
mínima cuando la tensión de control del ciclo de trabajo es mínima (-10 V). A
la inversa, la tensión promedio en la salida del cortador de cuatro cuadrantes
es máxima cuando la tensión de control del ciclo de trabajo es
máxima (+10 V). La tensión promedio en la salida del cortador de cuatro
cuadrantes es prácticamente nula cuando la tensión de control del ciclo de
es nula (esto corresponde a un ciclo de trabajo de 50% o 0,5).
trabajo
,
16. A partir de sus observaciones, ¿es posible convertir una alimentación cc en
una ca empleando un cortador de cuatro cuadrantes? De ser así, explique
cómo.
Sí, es posible convertir una alimentación cc en ca empleando un cortador de
cuatro cuadrantes. Para esto se debe variar el ciclo de trabajo en alrededor
de 50% utilizando una tensión ca de control.
17. Apague la fuente de tensión y el cortador de cuatro cuadrantes.
Implementación de un inversor PWM monofásico utilizando un cortador de
cuatro cuadrantes – Parte II
En esta parte del ejercicio, controlará el ciclo de trabajo de los interruptores
electrónicos de un cortador de cuatro cuadrantes utilizando una tensión de
control sinusoidal, mientras que observa la tensión en la salida del cortador.
18. En la pantalla Salida analógica 1, haga los ajustes siguientes:
42

Ajuste el parámetro Función en Generador de funciones. Este ajuste
hace que la señal del generador de funciones esté disponible en la
Salida analógica 1. El generador de funciones puede producir diferentes
formas de onda de tensión, tales como sinusoidales, rectangulares,
triangulares y diente de sierra.

Ajuste el parámetro Forma de onda en Seno. Esto ajusta el generador
de funciones para producir una onda sinusoidal.

Ajuste el parámetro Frecuencia en 1 Hz. Esto ajusta la frecuencia de la
onda sinusoidal en 1 Hz.

Ajuste el parámetro Amplitud en 10 V. Esto ajusta la amplitud de la onda
sinusoidal en 10 V.

Encienda el generador de funciones.
© Festo Didactic 86359-12
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
Estos ajustes producen una tensión sinusoidal que varía lentamente
entre -10 V y +10 V en la Salida analógica 1. Esta tensión se utiliza para
controlar el ciclo de trabajo de los interruptores electrónicos del cortador de
cuatro cuadrantes.
19. Describa cómo se verá afectado el ciclo de trabajo
control producida por el generador de funciones.
,
por la tensión de
El ciclo de trabajo
será máximo cuando la amplitud de la tensión
,
sinusoidal producida por el generador de funciones sea máxima (+10 V). A
la inversa, el ciclo de trabajo
será mínimo cuando la amplitud de esa
,
tensión sea mínima (-10 V).
20. En la pantalla principal de LVDAC-EMS, fije la gama de E3 en Alta.
21. Encienda la fuente de tensión y el cortador de cuatro cuadrantes.
En la pantalla Osciloscopio, fije la base de tiempo en 0,2 s/div.
¿El ciclo de trabajo varía como se predijo en el paso anterior?
 Sí
 No
Sí
22. Observe en la pantalla del Osciloscopio la tensión (después del filtrado) en la
salida del cortador de cuatro cuadrantes. Describa qué sucede.
La tensión obtenida en la salida del cortador de cuatro cuadrantes después
del filtrado varía gradualmente y cambia de polaridad dos veces por
segundo.
23. En la pantalla Salida analógica 1, aumente gradualmente la frecuencia de la
tensión de control del ciclo de trabajo hasta 10 Hz, mientras observa en la
pantalla del Osciloscopio la tensión (después del filtrado) de la salida del
cortador de cuatro cuadrantes. Describa qué sucede.
La tensión obtenida en la salida del cortador de cuatro cuadrantes después
del filtrado varía más rápidamente, es decir, la frecuencia de la onda ca de la
salida del cortador de cuatro cuadrantes sigue la frecuencia de la tensión de
control del ciclo de trabajo producida por el generador de funciones.
© Festo Didactic 86359-12
43
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
24. En la pantalla Salida analógica 1, configure la frecuencia de la señal de
control del ciclo de trabajo con un valor igual a la frecuencia de la red ca
local. Ajuste la amplitud de la señal de control en 8 V.
En la pantalla Osciloscopio, fije la base de tiempo en 5 ms/div, y ajuste los
controles de disparo de modo que el Osciloscopio se dispare cuando el
flanco ascendente de la señal de control del ciclo de trabajo (AI-1) del
cortador de cuatro cuadrantes alcance 0 V.
25. Observe en la pantalla del Osciloscopio la tensión en la salida del cortador
de cuatro cuadrantes y describa la forma de onda de la tensión en dicha
salida antes y después del filtrado.
Antes del filtrado, la forma de onda de tensión consiste en un tren de
impulsos rectangulares modulado por ancho de impulsos. Después del
filtrado, la forma de onda de tensión de la salida del cortador de cuatro
cuadrantes es una onda sinusoidal con una leve distorsión.
26. Explique por qué se obtiene esta forma de onda de tensión en la salida del
cortador de cuatro cuadrantes después del filtrado.
Después del filtrado, se obtiene una onda sinusoidal de tensión en la salida
del cortador de cuatro cuadrantes debido a que el ciclo de trabajo del
cortador está hecho para variar sinusoidalmente por medio de la señal de
control de forma sinusoidal.
27. ¿Considera que el cortador de cuatro cuadrantes es adecuado para convertir
la energía cc en ca?, es decir, ¿es adecuado para operar como un inversor
PWM monofásico?
 Sí
44
 No
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Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
Sí
Para una red ca de 50 Hz:
Ajustes del Osciloscopio
Entrada del canal 1 ....................... AI-1
Escala del canal 1................... 10 V/div
Acoplamiento del canal 1 ............... CC
Entrada del canal 2 ....................... AI-2
Escala del canal 2................... 10 A/div
Acoplamiento del canal 2 ............... CC
Entrada del canal 3 ....................... AI-3
Escala del canal 3................... 10 A/div
Acoplamiento del canal 3 ............... CC
Entrada del canal 4 ......................... E1
Escala del canal 4................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 4 ............... CC
Entrada del canal 5 ......................... E2
Escala del canal 5................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 5 ............... CC
Entrada del canal 6 ......................... E3
Escala del canal 6................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 6 ............... CC
Entrada del canal 7 ........................... I1
Escala del canal 7.................. 0,5 A/div
Acoplamiento del canal 7 ............... CC
Base de tiempo ...................... 5 ms/div
Fuente de disparo ....................... Can1
Nivel del disparador ........................... 0
Pendiente de disparo........ Ascendente
Formas de onda de las tensiones y corrientes del rectificador monofásico de onda completa.
Para una red ca de 60 Hz:
Ajustes del Osciloscopio
Entrada del canal 1 ....................... AI-1
Escala del canal 1................... 10 V/div
Acoplamiento del canal 1 ............... CC
Entrada del canal 2 ....................... AI-2
Escala del canal 2................... 10 A/div
Acoplamiento del canal 2 ............... CC
Entrada del canal 3 ....................... AI-3
Escala del canal 3................... 10 A/div
Acoplamiento del canal 3 ............... CC
Entrada del canal 4 ......................... E1
Escala del canal 4................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 4 ............... CC
Entrada del canal 5 ......................... E2
Escala del canal 5................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 5 ............... CC
Entrada del canal 6 ......................... E3
Escala del canal 6................. 200 V/div
Acoplamiento del canal 6 ............... CC
Entrada del canal 7 ........................... I1
Escala del canal 7.................. 0,5 A/div
Acoplamiento del canal 7 ............... CC
Base de tiempo ...................... 5 ms/div
Fuente de disparo ....................... Can1
Nivel del disparador ........................... 0
Pendiente de disparo........ Ascendente
Formas de onda de las tensiones y corrientes del rectificador monofásico de onda completa.
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45
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
Relación entre la tensión de salida, la tensión de entrada y el índice de
modulación
En esta parte del ejercicio, usted deberá calcular los valores del índice de
modulación y la tensión en la salida del cortador de cuatro cuadrantes para
diferentes amplitudes de la tensión de control del ciclo de trabajo. Luego, medirá
la tensión en la salida del cortador de cuatro cuadrantes para las diferentes
amplitudes de la tensión de control del ciclo de trabajo. Posteriormente,
comparará sus resultados con los valores calculados.
28. Para cada amplitud de la tensión de control del ciclo de trabajo que se
muestra en la tabla 3, calcule el índice de modulación . Además calcule la
amplitud de la tensión en la salida del cortador de cuatro cuadrantes a partir
de la tensión de entrada del cortador (tensión del bus cc) y del índice de
modulación. Registre sus resultados en la tabla 3.
Tabla 3. Relación entre la tensión de salida, la tensión de entrada y el índice de modulación
Tensión de
entrada del
cortador
[Tensión
del bus cc]
(V)
Amplitud de la
tensión de
control del
ciclo de
trabajo
(V)
100
10,0
100
8,0
100
6,0
100
4,0
100
2,0
100
1,0
Índice de
modulación
Amplitud de la
tensión de
salida del
cortador
[calculada]
(V)
Amplitud de
la tensión de
salida del
cortador
[medida]
(V)
Relación entre la tensión de salida, la tensión de entrada y el índice de modulación
46
Tensión de
entrada del
cortador
[Tensión
del bus cc]
(V)
Amplitud de la
tensión de
control del
ciclo de trabajo
(V)
100
10,0
1,0
100
99,0
100
8,0
0,8
80
79,7
100
6,0
0,6
60
60,0
100
4,0
0,4
40
40,0
100
2,0
0,2
20
20,0
100
1,0
0,1
10
10,0
Índice de
modulación
Amplitud de la
tensión de
salida del
cortador
[calculada]
(V)
.
.
Amplitud de
la tensión de
salida del
cortador
[medida]
(V)
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Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento
29. En la pantalla Salida analógica 1, ajuste la tensión de control del ciclo de
trabajo para cada amplitud mostrada en la tabla 3. Para cada valor, mida la
amplitud de la tensión de salida del cortador , á . (después del filtrado) y
registre los valores en la tabla.
Las amplitudes de la tensión medidas en la salida del cortador de cuatro
cuadrantes, ¿son iguales a los valores calculados, confirmando así que
?
, á .
 Sí
 No
Sí
30. Apague la fuente de tensión y el cortador de cuatro cuadrantes.
Comparación del inversor PWM monofásico con el cortador de cuatro
cuadrantes
En esta parte del ejercicio, usted deberá comparar las formas de onda de la
tensión y la corriente del cortador de cuatro cuadrantes con aquellas del inversor
PWM monofásico.
31. En la pantalla Control del cortador/inversor, fije la frecuencia de conmutación
en 20 000 Hz. (No modifique la configuración de los otros parámetros de
esta pantalla).
32. En la pantalla Salida analógica 1, fije la amplitud de la tensión de control del
ciclo de trabajo en 8,0 V para obtener un índice de modulación de 0,8.
33. Encienda la fuente de tensión y el cortador de cuatro cuadrantes.
34. En la pantalla Osciloscopio, realice los siguientes ajustes:
© Festo Didactic 86359-12

En la pantalla Ajustes del Osciloscopio, fije el parámetro Filtrado de
pantalla en Encendido.

Apague los Canales 1, 2, 3, 4 y 5, dejando solamente los Canales 6 y 7
encendidos para observar la salida de tensión del cortador de cuatro
cuadrantes (después del filtrado) y la corriente.

Asegúrese de que el modo Regeneración continua esté seleccionado,
fije la base de tiempo en 5 ms/div y ajuste los controles de disparo de
modo que el Osciloscopio se dispare cuando la corriente de salida del
cortador (I-1) pase a través de 0 V con una pendiente positiva.

Seleccione los ajustes adecuados de la posición y escala vertical para
facilitar la observación de la tensión y corriente en la salida del cortador
de cuatro cuadrantes (Canales 6 y 7).
47
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento

Guarde las formas de onda en la memoria M1.
35. Abra la pantalla del Analizador de armónicos y realice los ajustes siguientes:

Seleccione Red como Tipo de la frecuencia fundamental. Este ajuste
permite que la distorsión armónica total de la tensión de salida del
cortador de cuatro cuadrantes (después del filtrado) se determine en la
frecuencia de la red local.

Seleccione E3 como entrada. Este ajuste determina la señal a analizar.

Seleccione % de 1f como Tipo de escala a mostrar. Con este ajuste, la
distorsión armónica total (THD, del inglés Total Harmonic Distortion)
aparece como un % de la frecuencia fundamental de la señal en la
pantalla del Analizador de armónicos.
36. Ingrese la distorsión armónica total (THD) de la tensión de salida del
cortador de cuatro cuadrantes que aparece en la sección Distorsión [%] de la
pantalla Analizador de armónicos.
Distorsión armónica total (THD): _____
Distorsión armónica total (THD): aproximadamente 3,5%
37. Observe la forma de onda de la tensión de salida del cortador de cuatro
cuadrantes que aparece en el Osciloscopio. ¿Se puede concluir que la forma
de onda se aproxima a una onda sinusoidal pura?
 Sí
 No
Sí
38. Apague el cortador de cuatro cuadrantes.
39. En la Interfaz de adquisición de datos y de control, desconecte la Salida
analógica 1 de la Entrada analógica 1.
40. En la pantalla Control del cortador/inversor, seleccione la función
Inversor PWM monofásico.
Observe el diagrama esquemático y note que el inversor PWM monofásico
es, de hecho, un cortador de cuatro cuadrantes.
Realice los siguientes ajustes en la pantalla Control del cortador/inversor:

48
Asegúrese de que el parámetro Frecuencia de conmutación esté
ajustado en 20 000 Hz.
© Festo Didactic 86359-12
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Procedimiento

Asegúrese de que el parámetro Bus cc esté ajustado en Unipolar. Este
valor indica que el bus cc del Cortador/Inversor proviene de una fuente
de tensión unipolar de corriente continua.

Ajuste el parámetro Frecuencia a la misma frecuencia de la red ca local.

Ajuste el parámetro Tensión máxima (% del bus cc/2) en 80. Este ajuste
determina el índice de modulación . En este caso, fija el índice de
modulación en 0,8.
a
Para fines de comparación, estos parámetros se ajustan con los mismos
valores que los fijados previamente para el cortador de cuatro cuadrantes.
Encienda el inversor PWM monofásico.
41. Observe en la pantalla del Osciloscopio las formas de onda de tensión y
corriente en la salida del inversor PWM monofásico.
Compare estas formas de onda con las obtenidas previamente con el
cortador de cuatro cuadrantes y almacenadas en la memoria M1.
¿Son idénticas las formas de onda de tensión y corriente, confirmando que
un inversor PWM monofásico es, de hecho, un cortador de cuatro
cuadrantes?
 Sí
 No
Sí
Para una red ca de 50 Hz: las curvas de las ondas de tensión y corriente
aparecen superpuestas en la mitad superior e inferior de la pantalla del
Osciloscopio, respectivamente.
Ajustes del Osciloscopio
Entrada del canal 6 ......................... E3
Escala del canal 6................... 50 V/div
Acoplamiento del canal 6 ............... CC
Entrada del canal 7 ........................... I1
Escala del canal 7.................. 0,2 A/div
Acoplamiento del canal 7 ............... DC
Base de tiempo ...................... 5 ms/div
Fuente de disparo ....................... Can7
Nivel del disparador ........................... 0
Pendiente de disparo........ Ascendente
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49
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Conclusión
Para una red ca de 60 Hz: las curvas de las ondas de tensión y corriente
aparecen superpuestas en la mitad superior e inferior de la pantalla del
Osciloscopio, respectivamente.
Ajustes del Osciloscopio
Entrada del canal 6 ......................... E3
Escala del canal 6................... 50 V/div
Acoplamiento del canal 6 ............... CC
Entrada del canal 7 ........................... I1
Escala del canal 7.................. 0,2 A/div
Acoplamiento del canal 7 ............... CC
Base de tiempo ...................... 5 ms/div
Fuente de disparo ....................... Can7
Nivel del disparador ........................... 0
Pendiente de disparo........ Ascendente
42. Apague la fuente de tensión y el inversor PWM monofásico.
Cierre el software LVDAC-EMS, apague todo el equipo y retire todos los
cables.
CONCLUSIÓN
En este ejercicio, usted ha verificado que la alimentación cc se puede convertir
en alimentación ca utilizando un cortador de cuatro cuadrantes en el que el ciclo
de trabajo de las señales de control de conmutación es modulada por una señal
sinusoidal. Observó que la frecuencia y la amplitud de la tensión y corriente en la
salida del cortador de cuatro cuadrantes son proporcionales a la frecuencia y a
la amplitud de modulación de la onda sinusoidal de la señal, respectivamente.
Observó que las formas de onda de tensión y corriente en la salida del cortador
de cuatro cuadrantes son sinusoidales. Por último, demostró que un inversor
PWM monofásico es, de hecho, un cortador de cuatro cuadrantes.
PREGUNTAS DE REVISIÓN
1. ¿Cuál es la función principal de los inversores?
La función principal de los inversores es producir energía ca a partir de
energía cc.
50
© Festo Didactic 86359-12
Ejercicio 2 – Inversor PWM monofásico  Preguntas de revisión
2. Explique brevemente cómo se puede convertir la energía cc en energía ca
utilizando un cortador de cuatro cuadrantes.
Dado que la tensión en la salida del cortador de cuatro cuadrantes es
negativa cuando el ciclo de trabajo es inferior a 50% y positiva cuando es
superior a ese porcentaje, es posible producir energía ca haciendo variar
cíclicamente el ciclo de trabajo desde un valor menor a otro mayor que 50%.
Por ejemplo, si se controla el ciclo de trabajo con una tensión sinusoidal, es
posible producir una tensión sinusoidal en la salida del cortador de cuatro
cuadrantes.
3. Explique por qué se suele añadir un filtro a la salida de un inversor
monofásico.
Sin filtrado, la onda de tensión en la salida de los inversores monofásicos es
un tren de impulsos rectangulares bipolares, que afectan el funcionamiento
de muchos dispositivos alimentados con energía ca. Se añade un filtro en la
salida de los inversores monofásicos para alisar la onda de tensión y obtener
así una onda de tensión sinusoidal.
4. ¿Cuál es la tensión promedio cc en la entrada de un inversor PWM
monofásico, si la amplitud de la tensión en su salida es 175 V y el índice de
modulación es igual a 0,5?
Tensión promedio cc en la entrada del inversor PWM monofásico: 350 V.
)
( , á.
5. La velocidad con que varía el ancho del impulso de la salida del cortador de
cuatro cuadrantes depende de la
a.
b.
c.
d.
frecuencia de la red.
frecuencia de conmutación.
frecuencia de la señal de control del ciclo de trabajo.
amplitud de la señal de control del ciclo de trabajo.
c
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51
Apéndice A
Tabla de utilización del equipo
Equipo
Modelo
Descripción
Ejercicio
1
2
8131(1)
Puesto de trabajo
1
1
8311(2)
Carga resistiva
1
1
8325-A
Bobinas/condensadores de filtrado
1
1
8837-B
Cortador/inversor con IGBT(3)
8842-A
Rectificador y condensadores de filtrado
1
8951-L
Cables de conexión
1
1
8960-C(4)
Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro
cuadrantes
1
1
8990
Computadora
1
1
9063-C(5)
Interfaz de adquisición de datos y de control
1
1
30004-2
Fuente de alimentación de 24 V ca
1
1
1
(1) También se pueden utilizar los modelos 8110-2 y 8134-2 del Puesto de trabajo.
(2) Unidad de carga resistiva de baja tensión nominal (120 V). Utilice la variante del modelo -00, -01, -02 o A0.
(3) En este manual no se tuvo en cuenta el prefijo IGBT al hacer referencia a este módulo.
(4) El modelo 8960-C está compuesto por el módulo Dinamómetro/Fuente de alimentación de cuatro cuadrantes,
modelo 8960-2, con las funciones 8968-1 y 8968-2.
(5) El modelo 9063-C consiste en la Interfaz de adquisición de datos y de control, modelo 9063, con las funciones
9069-1 y 9069-2.
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53
Apéndice B
Tabla de resistencias para el módulo Carga
resistiva
La tabla 4 lista las combinaciones de los valores de resistencia que se pueden
obtener utilizando el módulo Carga resistiva, modelo 8311. También se pueden
utilizar otras combinaciones en paralelo para obtener los mismos valores de
resistencia indicados más abajo. La figura 22 muestra los resistores de carga y
su conexión.
Tabla 4. Combinaciones de las posiciones de los interruptores para obtener distintos valores
de resistencia.
Posición de los interruptores
Resistencia
(Ω)
1200
Sección
izquierda
Sección
derecha
I
600
I
300
I
400
I
240
I
200
171
I
150
I
133
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
120
I
109
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
100
I
92
86
I
80
I
75
I
71
I
67
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
63
I
60
57
© Festo Didactic 86359-12
Sección
central
I
55
Apéndice B
Tabla de resistencias para el módulo Carga resistiva
Figura 22. Posición y conexión de los resistores de carga en el módulo Carga
resistiva.
56
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Apéndice C
Glosario de términos nuevos
ánodo
Electrodo por el que la corriente entra a un dispositivo eléctrico polarizado. En un
diodo semiconductor, el ánodo es la capa de material tipo P que suministra los
huecos a la unión PN.
cátodo
Electrodo por el que la corriente sale de un dispositivo eléctrico polarizado. En
un diodo semiconductor, el cátodo es la capa de material tipo N de la unión PN.
ciclo de trabajo
Proporción entre la duración del impulso y la duración de un ciclo. Se puede
expresar como un decimal o como un porcentaje.
corriente de fuga
Corriente que, en ausencia de una falla, fluye a tierra o a través de elementos
conductores externos a un circuito.
curva característica
Representación de ciertas características eléctricas de un dispositivo o
componente.
diodo
Dispositivo semiconductor de dos terminales que se comporta como un
interruptor sin partes móviles. La función principal de un diodo es permitir que la
corriente eléctrica fluya en una dirección e impedir que circule en la dirección
opuesta.
inversor
Dispositivo eléctrico que convierte la corriente continua en corriente alterna.
Utilizando transformadores y circuitos de conmutación y de control apropiados,
es posible obtener una tensión alterna convertida que puede tomar los valores
de tensión y frecuencia requeridos. El rectificador es un dispositivo que realiza la
función inversa (conversión de corriente alterna en corriente continua).
polarización directa
Tensión aplicada a una unión rectificadora con una polaridad tal que genera una
ruta de conducción de baja resistencia.
polarización inversa
Tensión aplicada a una unión rectificadora con una polaridad tal que impide la
circulación normal de corriente.
rectificador
Dispositivo eléctrico que convierte corriente alterna en continua. Los
rectificadores se utilizan normalmente en las fuentes de alimentación de
corriente continua. El inversor es un dispositivo que realiza la función
inversa (conversión de corriente continua en alterna).
semiconductor
Material en el que la conductividad eléctrica depende del flujo de los electrones.
En este tipo de material, es posible variar la conductividad entre la de un
conductor y la de un aislante ajustando la magnitud del flujo de los electrones.
tensión de corte
Tensión en la que se unen dos porciones relativamente rectas de una curva
característica.
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57
Apéndice C
Glosario de términos nuevos
tensión inversa de
pico
Tensión máxima que un diodo puede soportar en la dirección inversa sin sufrir
ruptura o el efecto de avalancha. Si se excede esta tensión, el diodo se puede
destruir. Los diodos deben tener una tensión inversa (reversa) de pico mayor
que la máxima tensión de polarización inversa que podría llegar a aplicárseles
en una aplicación dada.
tipo N
Un semiconductor con electrones adicionales se llama material de tipo N porque
cuenta con partículas adicionales cargadas negativamente. En el material de
tipo N, los electrones libres se desplazan de un área con carga negativa a una
con carga positiva.
tipo P
Un semiconductor con huecos adicionales se llama material de tipo P, porque
cuenta con partículas adicionales cargadas positivamente. Los electrones
pueden saltar de hueco en hueco, pasando de un área con carga negativa a una
con carga positiva. Como resultado de ello, los huecos parecen desplazarse
desde un área con carga positiva hacia una con carga negativa.
58
© Festo Didactic 86359-12
Apéndice D
Símbolos de los diagramas de circuitos
En los diagramas de circuitos de este manual se utilizan diferentes tipos de
símbolos. Cada símbolo es la representación funcional de un dispositivo
eléctrico específico que se puede implementar con los equipos. El empleo de
estos símbolos simplifica de manera importante las interconexiones que se
deben mostrar en los diagramas de los circuitos y, por lo tanto, facilita la
comprensión del funcionamiento de esos circuitos.
Para cada símbolo, a excepción de los que representan fuentes de alimentación,
resistores, inductores y condensadores, este apéndice da el nombre del
dispositivo que el símbolo representa así como los equipos requeridos y las
conexiones necesarias para conectar adecuadamente cada dispositivo al
circuito. Observe que los terminales de cada símbolo están identificados
mediante letras encerradas en un círculo. Esas mismas letras identifican los
terminales correspondientes del diagrama de Equipos y conexiones. Tenga en
cuenta además, que cuando el diagrama de Equipos y conexiones contiene
cifras, éstas corresponden a los números de terminales serigrafiados en el
equipamiento real.
Equipos y conexiones
Símbolo
Interfaz de adquisición de datos y de control
(9063)
Entradas de
tensión
Entradas de
corriente
Entradas aisladas para medición
de tensión y corriente
a
Cuando la corriente de una de las entradas I1, I2, I3 o I4 supera los 4 A de forma
permanente o momentánea, utilice el terminal de entrada de 40 A y ajuste el
parámetro Gama de la entrada correspondiente en Alta en la pantalla Ajustes de la
Interfaz de adquisición de datos y de control del software LVDAC-EMS.
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59
Apéndice D
Símbolos de los diagramas de circuitos
Símbolo
Equipos y conexiones
Motor jaula de ardilla de cuatro polos
(8221-0)
Máquina de
inducción
Máquina de inducción
trifásica
Máquina de inducción trifásica
(8221-2)
Máquina de
inducción
Máquina de inducción
trifásica
Motor/alternador sincrónico trifásico
(8241-2)
Motor
sincrónico
Motor sincrónico trifásico
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Apéndice D
Símbolos de los diagramas de circuitos
Símbolo
Equipos y conexiones
Motor/alternador sincrónico trifásico
(8241-2)
Alternador
sincrónico
Alternador sincrónico
trifásico
Máquina de inducción trifásica de rotor bobinado
(8231-B)
Máq. de
inducción
de rotor
bobinado
Máquina de inducción trifásica
de rotor bobinado
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Apéndice D
Símbolos de los diagramas de circuitos
Símbolo
Equipos y conexiones
Máquina sincrónica de imán
permanente (8245)
U
PMSM
V
W
Máquina sincrónica de
imán permanente
Rectificador y condensadores de
filtrado (8842-A)
Rectificador trifásico de
onda completa con diodos
de potencia
Tiristores de potencia
(8841)
Puente trifásico de tiristores de
potencia
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Apéndice D
Símbolo
Símbolos de los diagramas de circuitos
Equipos y conexiones
Cortador/inversor con IGBT
(8837-B)
Inversor trifásico
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Índice
a
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términos.
ánodo ............................................................................................................. 3, 4, 5
cátodo ............................................................................................................ 3, 4, 5
ciclo de trabajo ....................................................................... 29, 30, 31, 32, 33, 34
corriente de fuga .................................................................................................... 6
curva característica ................................................................................................ 5
diodo .............................................................................................. 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
inversores............................................................................................................. 29
polarización directa ............................................................................................ 5, 8
polarización inversa ............................................................................................... 4
rectificador...................................................................................................... 3, 4, 8
semiconductor .................................................................................................... 3, 4
tensión de corte.................................................................................................. 6, 8
tensión inversa de pico .......................................................................................... 8
tipo N ...................................................................................................................... 4
tipo P ...................................................................................................................... 4
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Siglas
En este manual se utilizan las siguientes siglas:
DACI
Data Acquisition and Control Interface
DB9
Conector eléctrico común de 9 patillas
GEI
Gases de efecto invernadero
IGBT
Insulated Gate Bipolar Transistor
MOSFET
Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect
Transistor
PIV
Peak Inverse (reverse) Voltage
PRO
Promedio
PWM
Pulse-Width Modulation
USB
Universal Serial Bus
UPS
Uninterruptible Power Supply
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Bibliografía
Jackson, Herbert W, Introduction to Electric Circuits, Octava ed. Oxford: Oxford
University Press, 2008, ISBN 0-19-542310-0.
Wildi, Theodore, Electrical Machines, Drives, and Power Systems, 6.a ed. New
Jersey: Pearson Prentice Hall, 2006, ISBN 0-13-177691-6.
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