Rec doble estrella a..

Electrónica de Potencia
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4 – RECTIFICADOR DOBLE ESTRELLA A TIRISTORES
• El circuito para este rectificador es el mismo que el de la fig.12 – 1tem3 de la
primera parte, cambiando los diodos por tiristores.
El modo de funcionamiento no se altera. Los dos rectificadores trifásicos continúan
operando en paralelo, la pulsación de la tensión en la carga sigue siendo p = 6 y el
transformador de interfase actúa de la misma manera que con diodos.
El retraso del ángulo de encendido, hace disminuir los valores de tensiones y corrientes
y de hecho cambian sus formas de ondas, pero el circuito conserva su funcionamiento
mientras trabaje con una corriente de carga superior al valor de intensidad crítica.
Fig. 17: Ondas de tensiones y corrientes en el rectificador doble estrella a tiristores
Para un ángulo de encendido α = 90° .
a) Las seis tensiones secundarias. Las dos tensiones de salida de cada rectificador,
ucc1 y ucc2 . La tensión promedio ucc. El valor medio Ucc=VR. La
conducción de cada tiristor.
b) El valor medio de la corriente en la carga Icc=IR.
Tensión vt y corriente it, de alternas en el transformador de interfase.
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En la fig.17 se muestran las formas de ondas para un ángulo de encendido
α = 60°..(θ = 90°) . La corriente Icc en la carga no se interrumpe y permanece
sensiblemente constante y por tanto, la tensión Ucc = VR en la carga también es
constante, a pesar que las ondas de las tensiones rectificadas ucc1, ucc2, y ucc han
cambiado notablemente.
Por este motivo, la tensión vt en bornes del transformador de interfase, cambia
bruscamente en cada conmutación. Sin embargo, sigue siendo senoidal por tramos, al
igual que la corriente it. Estas dos ondas presentan valor medio nulo y la it se
encuentra atrasada en 90° de vt.
• El valor medio de la tensión que entrega cada rectificador se deduce como en el
rectificador trifásico controlado (item 1-2 segunda parte), luego:
Ucc1 = 0,827 Vm Cos α = Uco1 Cos α
Ucc2 = Uco2 Cos α
(80)
El valor medio Ucc resultante, es el promedio de estas dos tensiones y es el que queda
aplicado sobre la carga R.
Ucc1 + Ucc2
= Ucc1 = Ucc2 = VR
(81)
2
Los valores instantáneos de las tensiones tienen la misma expresión dada por ecuac.85:
Ucc =
ucc =
ucc1 + ucc 2
vT
= vR +
2
2
(82)
• El análisis de las corrientes, siendo Icc constante, no varía respecto al estudiado
en el circuito a diodos (item 3-1-b) y cada rectificador aporta Icc/2.
Aplicando la definición de Factor de Servicio Secundario resulta:
Ucc.Icc
(83)
FSsα =
= FSs..Cosα = 0,675 Cos α
Icc
6.V .
2 3
De hecho, la misma variación afecta al Factor de Servicio Primario y al factor de
potencia de la línea de alimentación:
FSp α = FSp Cos α = 0,955 Cos α
FPL α = FPL Cos α = 0,955 Cos α
• Respecto al transformador de interfase, es de esperar que a medida que el ángulo
de encendido se retrasa, el contenido armónico de la tensión rectificada aumenta y por
tanto la corriente de alterna it que circula por dicho transformador también es afectada,
incrementando su valor como se demuestra a continuación, siguiendo el procedimiento
aplicado en el item 3-1-c:
A los efectos de ver como se modifican las ondas de salida, tomamos el mismo intervalo
que se tomó con diodos: entre 90° y 150° y un ángulo de encendido α = 60°..(θ 1 = 90°)
tal como se ve en la fig.17.
Ahora debe observarse que las dos tensiones que están aplicadas en la carga durante
dicho intervalo son vs1 y vs6, luego:
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vt = L
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dit
= vs1 – vs6
dt
5π
)
válida en
90° + α < wt < 150° + α
3
π
5π
Teniendo en cuenta que Sen( wt − ) = Sen( wt + ) y desarrollando esta expresión
3
3
y simplificando queda:
vt = Vm.Senωt − Vm.Sen( wt −
π
vt = Vm.Sen( wt − )
3
Cuya solución es:
it = −
(puede apreciarse que vt en este intervalo es vs2)
Vm
π
.Cos (ωt − ) + Ito
ω .L
3
(84)
(85)
El valor inicial Ito se puede calcular considerando que la corriente it al comienzo de un
semiciclo tendrá un cierto valor ( I1) y al final del mismo tendrá dicho valor con signo
opuesto ( -I1), ya que es una corriente puramente alterna con valor medio nulo (salvo
que ambos valores sean nulos como en diodos), luego podemos hacer:
Vm
.Cos (30° + α − 60°) + Ito
wL
Vm
-It1 = −
.Cos (90° + α − 60°) + Ito
En wt = 150° = 90°+ α
wL
Sumando las dos expresiones obtenemos:
En wt = 90° = 30°+ α
It1 = −
Vm
[Cos (30° + α ) + Cos (−30° + α )]
wL
Desarrollando los cosenos, la expresión se simplifica:
Vm 3
.Cosα
Ito =
wL 2
Reemplazando en it:
Vm
3
π
It =
[−Cos ( wt − ) +
Cosα ]
3
wL
2
2 Ito =
(86)
(87)
π
Su valor máximo Im se produce para Cos ( wt − ) = 1 y vale:
3
Vm
3
.( .Cosα − 1)
(88)
Im =
wL 2
Para α = 0 se obtiene la ecuac.94 correspondiente a diodos.
El equipo dejará de funcionar como rectificador doble estrella y trabajará como
hexafásico cuando la corriente continua Icc/2 que pasa por cada bobinado interfase,
iguale a Im, En consecuencia la intensidad crítica vale:
Icc-crítica = 2 Im
(89)
Se deduce que con el aumento de α crece Im y por tanto es mayor Icc-crítica, lo cual
significa que el rango de variación de α no será muy amplio para operar como
rectificador doble estrella, a menos que el transformador de interfase sea bastante
grande. En la práctica este transformador generalmente es de un 10% de la potencia
nominal del trafo principal.
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