En los circuitos rectificadores se pueden sustituir, total o parcialmente, a los diodos por tiristores, de forma que se pueda obtener un sistema de rectificación controlada o semicontrolada.

Estos sistemas permitirán la regulación del valor medio de la tensión en la carga. La sustitución del diodo por el tiristor permite retardar la entrada en conducción del mismo, lo cual ocurre no sólo cuando la tensión entre sus bornes es positiva, sino cuando, siendo positiva se inyecta un pulso de cebado a la puerta del tiristor. El parámetro fundamental en estos rectificadores con tiristores será el ángulo de retardo α, de forma que un tiristor conduce con un retardo de tiempo α/w con relación al instante en el cual conduciría el diodo al que ha sustituido. Los rectificadores con tiristores utilizan los mismos esquemas que los rectificadores con diodos, si bien aquí hay que distinguir entre dos tipos: a.- Rectificadores semicontrolados. Formados por tiristores y diodos. b.- Rectificadores totalmente controlados. Formados únicamente por tiristores. Dada la similitud entre los rectificadores con tiristores y los rectificadores con diodos utilizaremos resultados anteriormente deducidos (Tema 2). Para distinguir las magnitudes cuando se pasa de los montajes con diodos a tiristores utilizaremos la prima (') para referirnos a los montajes con tiristores. El principio de funcionamiento consiste en disparar los tiristores con un cierto ángulo respecto del punto de conmutación natural o paso por cero de la señal de entrada. Con ello se consigue aplicar la tensión de la fuente sobre la carga un tiempo variable, que depende del momento del disparo y por tanto se conseguirá variar los valores medios y eficaces de la tensión en la carga. Dependiendo del tipo de carga, se deberá analizar el tipo de impulso de cebado del tiristor. Para las cargas con componente inductiva, la corriente en la carga, y por tanto en el tiristor, no variará bruscamente, con lo que se tardará un cierto tiempo en alcanzar la corriente de enclavamiento del tiristor. Así se deberá mantener la excitación de puerta hasta que el tiristor alcance la plena conducción. En esta circunstancia será más adecuado el uso de un tren de impulsos de larga duración, evitando pérdidas en el tiristor. En el caso de cargas poco inductivas, se deberá tener en cuenta el di/dt, con el fin de no sobrepasar los niveles máximos de cada tiristor.

La conmutación se producirá de manera natural ante la existencia de un impulso de cebado, si la tensión Vak>0. En cuanto al bloqueo de los tiristores en un montaje rectificador, este se producirá de manera natural, al anularse la corriente en el circuito, o bien cuando se dispare otro tiristor, y se polariza inversamente el que conducía, lo que produce un bloqueo forzado. En este caso los problemas de tiempo de bloqueo no son importantes cuando se trabaja a frecuencias bajas (bloqueo estático).

Rectificadores tipo P o de media onda con tiristores.

Este tipo de montaje se refería a la rectificación mediante q tiristores de un sistema de q tensiones alternas suministradas por una fuente conectada en estrella. Aunque este tipo de montaje, al igual que con diodos, no es el más utilizado, nos permite presentar diversos problemas de manera más sencilla

Rectificador P3 controlado. Es el montaje más sencillo para los rectificadores alimentados con la red trifásica. Como en cada fase hay un solo semiconductor, éste deberá de ser un tiristor, no habiendo montajes de media onda semicontrolados

El esquema de este rectificador se muestra a continuación. Recordando el funcionamiento de este rectificador para el caso de diodos, se obtenía que la tensión de salida correspondiera en cada instante a la tensión de mayor valor. Al ser la red trifásica las tensiones de entrada están desfasadas 2 π/3, entonces cada diodo conducía un tercio del periodo (2π/3). De esta forma se obtenían los siguientes intervalos de conducción:

rectif

4

5

4

Examinando las formas de onda anteriores, observamos como el paso de V1 por encima de Ud marca el origen del retardo α para el tiristor T1. Según sea α mayor o menor a 90, la transferencia de energía entre la entrada y la salida cambiará de signo. Analicemos los distintos casos:

α<π/2 : Funcionamiento como Rectificador.

Cuando α es cero, el montaje funciona como un rectificador con diodos. Al crecer α, la tensión de la carga (u'd) está formada por q fragmentos de senoide y no por q cúspides de senoide por período T, siendo el valor medio de la tensión en la carga U'do quien disminuye al aumentar α, valor medio que siempre es positivo aunque de forma instantánea, puedan haber tramos donde u'd sea negativa.

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α>π/2 : Funcionamiento como ondulador o inversor no autónomo. Cuando α es igual a π/2, u'd es igual a V√2 sen wt para π - π/q < wt < π + π/q y la tensión rectificada media U'do es nula.

Cuando α sigue creciendo, U'do se hace negativa, de forma que -U'do aumenta a medida que α se acerca a π. Como la corriente suministrada Id conserva forzosamente el sentido, debido a la disposición de los tiristores, la potencia suministrada al lado de continua es negativa, lo cual significa que la potencia pasa del lado de continua al de alterna. Este funcionamiento se denomina ondulador.

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Cuando el sistema funciona como ondulador, la red alterna recibe potencia activa, pero sigue suministrando potencia reactiva. Sobre todo sigue imponiendo la forma de onda y la frecuencia de las tensiones alternas. De ahí que el rectificador se denomine ondulador no autónomo. Un verdadero ondulador, un ondulador autónomo suministra energía a un receptor de alterna, pero la frecuencia y forma de onda de las tensiones alternas sólo dependen del circuito y de la carga.

Recordar que la potencia reactiva sirve como medida, dentro de una red, del flujo causado por armónicos indeseado y por el intercambio de energía entre elementos reactivos. Esta potencia contribuye en las pérdidas internas, y no en la energía neta transportada hacia la carga durante un ciclo de funcionamiento.

En los montajes que estudiaremos en este tema, la propia red de alterna nos asegura las conmutaciones: la extinción de un tiristor que esté conduciendo está automáticamente garantizada al cebar el tiristor siguiente, pues este último impone una tensión al tiristor anterior que es negativa. No sucede lo mismo en los onduladores autónomos, donde se necesita de elementos auxiliares paraprovocar la extinción del tiristor que está conduciendo

 

 

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