Estudio de rectificadores trifasicos [2013/12] [cas]

Los rectificadores con diodos son seguramente los pioneros de lo que se podría llamar Electrónica de Potencia y que en un principio únicamente incluía la conversión de energía alterna, suministrada por las compañías distribuidoras, en energía continua necesaria para alimentar algunos sistemas industriales. El desarrollo de los semiconductores de potencia ha dado un considerable empuje a esta parte de la Electrónica dedicada al control estático de las diferentes formas de energía. Quizás la menos afectada en la actualidad sea precisamente la conversión AC-DC por ser la que más se ha desarrollado en los últimos treinta años.

La Electrónica de Potencia es una materia de difícil estudio debido al aparato matemático que implementa para la comprensión de todos sus efectos tanto sobre los sistemas que alimenta como sobre la red de la cual toma la energía a convertir. Para complicarlo aún más, estos efectos habrá que analizarlos de forma indirecta por la imposibilidad de medirlos directamente. Otro inconveniente será la influencia de los diferentes estados transitorios sobre los demás, por lo que se tratará de independizarlos y estudiar sus efectos de forma separada. Por todo esto el estudio de los rectificadores de potencia se realizará siguiendo unas pautas, entre las que se pueden destacar:

• Estudio de las tensiones. Primeramente se despreciarán, en los diferentes puntos del circuito, las caídas de tensión en carga; a partir de las tensiones alternas, se deduce la tensión rectificada de vacío VLCo y la tensión inversa máxima en bornes de los diodos.
• Estudio de las corrientes. Despreciando siempre las caídas de tensión, se deduce la corriente a través de los diodos, a partir de la corriente suministrada al lado de continua. Seguidamente se deduce la intensidad por los devanados secundarios del transformador, por los primarios y finalmente la corriente de línea. Para el estudio de las corrientes se partirá de considerar la carga lo suficientemente inductiva (lo que generalmente es cierto) que nos permita suponer su corriente rigurosamente constante.
• Estudio de las caídas de tensión. Con las corrientes ya determinadas, se puede calcular la caída de tensión VLC debida a las resistencias, a las reactancias y a la caída interna de los diodos.
  

Esta forma de operar conduce a relaciones que permiten calcular de una forma relativamente sencilla los elementos que componen el rectificador.

Otras consideraciones importantes a tener en cuenta pueden ser:

• Como ya se sabe, los semiconductores de silicio son elementos de prestaciones muy interesantes, pero muy sensibles a las sobrecargas aun cuando éstas sean de corta duración. Por ello es interesante añadir una cuarta etapa en el estudio de los montajes. Se trata de estudiar su funcionamiento en cortocircuito; lo que permitirá conocer las peores condiciones a que se pueden ver sometidos los diodos y el transformador, pudiendo así determinar las protecciones correspondientes.
• El funcionamiento de un montaje rectificador depende de la naturaleza de la carga que está alimentando, acentuándose este fenómeno cuanto más rizada esté la tensión rectificada. En los montajes de potencia se utilizan generalmente esquemas que dan una tensión con poco rizado y cuya corriente continua todavía lo presenta menor debido a que la carga tiene cierta reactancia a veces aumentada por la introducción de inductancias de alisamiento. De esta forma, se puede efectuar el estudio general suponiendo que la corriente rectificada es rigurosamente constante, confundiéndose, por tanto, su valor instantáneo i_L con su valor medio ILC.
• Para cada forma de conmutación, se establecerán las relaciones generales para el caso de un sistema de q fase de secundario. Bastará sustituir q por su valor, para obtener la relación aplicable al montaje considerado.

Los tipos básicos de rectificadores trifásicos que se estudiarán son los rectificadores paralelos, los paralelos dobles y los series.