Rectificadores Controlados: Funcionamiento y Aplicaciones en Cargadores de Baterías

Rectificadores Controlados: Principios y Características

Cuando se requiere controlar la tensión de salida de un rectificador, es imprescindible emplear semiconductores de potencia controlables. Los tiristores, en particular los SCR (Rectificadores Controlados de Silicio), son los dispositivos más comúnmente utilizados. Se emplean las mismas configuraciones que en los rectificadores no controlados, pero reemplazando los diodos por tiristores. La principal ventaja de los tiristores radica en su capacidad para retardar su entrada en conducción. Esta se produce cuando la tensión ánodo-cátodo es positiva y, simultáneamente, se aplica un pulso adecuado de tensión y corriente a su terminal de puerta (gate).

Al ajustar el ángulo de disparo (α), es posible modificar la tensión rectificada de salida. De ahí la denominación de "controlados". En estos rectificadores, la conducción del tiristor se controla, mientras que el bloqueo ocurre naturalmente cuando la corriente a través del dispositivo se anula.

Rectificador Monofásico Controlado de Media Onda con Carga Resistiva

Durante el semiciclo positivo de la tensión de entrada, la tensión ánodo-cátodo del SCR es positiva, permitiendo su entrada en conducción. Si en un instante α (respecto al cruce por cero de la tensión de entrada) el circuito de control genera un pulso en la puerta del SCR, este comenzará a conducir, permitiendo el flujo de corriente a través de la carga. En el instante π, la tensión en la carga se hace cero, provocando que la corriente también se anule y, como consecuencia, el SCR se bloquea de forma natural. El ángulo de disparo α, o ángulo de fase, se expresa en grados para que su valor sea independiente de la frecuencia de la red. Al controlar este ángulo, se regula la cantidad de energía transferida a la carga, controlando así el valor medio de la tensión de salida del rectificador.

Rectificador Monofásico Totalmente Controlado (Puente Completo)

En esta configuración, los diodos del puente rectificador no controlado se sustituyen por tiristores SCR. Esto permite el control de fase de una onda completa de la señal de entrada. Los tiristores T1 y T4 conducen durante el semiciclo positivo de la tensión de entrada, mientras que T2 y T3 lo hacen durante el semiciclo negativo. Esto implica que los tiristores se disparan en pares (T1-T4 y T2-T3) con un ángulo de fase α retardado a partir del cruce por cero de la tensión de entrada.

Aplicación: Cargadores de Baterías

Una de las aplicaciones más extendidas de los rectificadores son los cargadores de baterías. Su función es transformar la energía de CA (corriente alterna), proveniente de la red monofásica o trifásica, en CC (corriente continua) para cargar las baterías. El rectificador puede ser de diversos tipos: controlado o no controlado, monofásico o trifásico, de media onda o de onda completa, etc., según las necesidades y la disponibilidad de energía.

En el caso de la figura (no incluida en el texto original, se asume la existencia de una figura ilustrativa), se presenta un cargador de baterías controlado. El ángulo de disparo de cada SCR determina la corriente de carga de la batería. Es habitual añadir una impedancia (típicamente una bobina o inductor) entre el rectificador y la batería para limitar la corriente y reducir el rizado. Para prolongar la vida útil de las baterías, se implementa un control sofisticado del sistema, ya sea en modo de tensión constante o de corriente constante, optimizando así el ciclo de carga.