Tipo de rectificador de instrumentos | Principio de operación de la construcción

El instrumento de tipo rectificador mide la tensión y la corriente alternas con la ayuda de elementos rectificadores y el tipo de bobina móvil de imán permanente de los instrumentos. Sin embargo, la función principal del tipo de rectificador de instrumentos funciona como voltímetro. Ahora, debemos hacernos una pregunta ¿por qué usamos instrumentos de tipo rectificador ampliamente en el mundo industrial, aunque tenemos otros voltímetros de CA, como instrumentos de tipo electrodinómetro, instrumentos de tipo termopar, etc.? La respuesta a esta pregunta es muy simple y se escribe de la siguiente manera.

El costo del tipo de instrumentos electrodinamétricos es bastante alto en comparación al tipo de instrumentos rectificadores. Sin embargo, el tipo de instrumento rectificador es tan preciso como el tipo de electrodinómetro. Por lo tanto, los instrumentos de tipo rectificador son preferibles a los instrumentos de tipo electrodinómetro.

Los instrumentos de termopar son más delicados que los instrumentos de tipo rectificador. Sin embargo, el tipo de instrumentos de termopar se usa más ampliamente en frecuencias muy altas.

Antes de ver el principio de construcción y el funcionamiento de los instrumentos de tipo rectificador, es necesario analizar en detalle las características de corriente de voltaje del elemento rectificador ideal y práctico llamado diodo.

Primero discutamos las características ideales del elemento rectificador. Ahora, ¿qué es un elemento rectificador ideal? Un elemento rectificador es uno que ofrece resistencia cero si está polarizado hacia delante y ofrece resistencia infinita si está polarizado en sentido inverso.

Esta propiedad se utiliza para rectificar los voltajes (medios de rectificación para convertir una cantidad alterna en cantidad directa, es decir, de CA a CC). Considere el diagrama de circuito dado a continuación:

En el diagrama de circuito dado, el diodo ideal está conectado en serie con la fuente de voltaje y la resistencia de carga. Ahora, cuando hacemos que el diodo se desvíe hacia delante, se conduce perfectamente, ofreciendo una trayectoria de resistencia eléctrica de cero. Así se comporta como cortocircuito. Podemos hacer que el diodo se desvíe hacia adelante conectando el terminal positivo de la batería con el ánodo y el terminal negativo con el cátodo. La característica de avance del elemento rectificador o diodo se muestra en la característica de corriente de voltaje.

Ahora, cuando aplicamos voltaje negativo, es decir, conectamos el terminal negativo de la batería con el terminal de ánodo del diodo y el terminal positivo de la batería al terminal de cátodo del diodo, debido a la polarización inversa, ofrece una resistencia eléctrica infinita y, por lo tanto, se comporta como un circuito abierto. Las características completas de la corriente de voltaje se muestran a continuación:

Consideremos nuevamente el mismo circuito, pero la diferencia es que aquí estamos utilizando el elemento rectificador práctico en lugar del ideal. El elemento de rectificación práctico tiene cierto voltaje de bloqueo directo finito y alto voltaje de bloqueo inverso.

Aplicaremos el mismo procedimiento para obtener las características de corriente de voltaje del elemento rectificador práctico. Ahora, cuando hacemos que el elemento rectificador práctico sea polarizado hacia adelante, no conduce hasta que el voltaje aplicado no sea mayor que el voltaje de ruptura hacia adelante o podamos decir voltaje de rodilla. Cuando la tensión aplicada es mayor que la tensión de la rodilla, el diodo o el elemento rectificador pasarán al modo de conducción. Por lo tanto, se comporta como un cortocircuito, pero debido a cierta resistencia eléctrica, hay una caída de voltaje en este diodo práctico.

Podemos hacer que el elemento rectificador se desvíe hacia adelante conectando el terminal positivo de la batería con el ánodo y el terminal negativo con el cátodo. La característica directa del elemento rectificador o diodo práctico se muestra en la característica de corriente de voltaje. Ahora, cuando aplicamos voltaje negativo, es decir, conectamos el terminal negativo de la batería con el terminal del ánodo del diodo y el terminal positivo de la batería al terminal del cátodo del elemento rectificador. Debido a la polarización inversa, ofrece resistencia finita y la tensión negativa hasta que la tensión aplicada es igual a la tensión de ruptura inversa y, por lo tanto, se comporta como un circuito abierto. Las características completas se muestran a continuación:

Ahora el tipo de instrumento rectificador utiliza dos tipos de circuitos rectificadores:

Circuitos rectificadores de media onda de instrumentos de tipo rectificador

Consideremos un circuito dado a continuación en el que el elemento rectificador está conectado en serie con una fuente de voltaje sinusoidal, un instrumento de bobina móvil de imán permanente y la resistencia multiplicadora.

La función de este multiplicador de resistencia eléctrica es limitar la corriente consumida por el tipo de bobina móvil de imán permanente del instrumento. Es muy esencial limitar la corriente consumida por el instrumento de bobina móvil de imán permanente porque si la corriente excede la clasificación de corriente de PMMC, destruye el instrumento. Ahora aquí dividimos nuestra operación en dos partes. En la primera parte aplicamos voltaje de CC constante al circuito anterior. En el diagrama del circuito estamos asumiendo que el elemento rectificador es el ideal. Marquemos la resistencia del multiplicador sea R y la del instrumento de bobina móvil de imán permanente sea R1. La tensión de CC produce una desviación a escala completa de magnitud I = V / (R + R1) donde V es el valor cuadrático medio de la tensión.

Ahora consideremos el segundo caso, en este caso, aplicaremos voltaje de CA sinusoidal de CA al circuito v = Vm × sen (wt) y obtendremos la forma de onda de salida como se muestra. En el semiciclo positivo, el elemento rectificador conducirá y en el semiciclo negativo no conducirá. Así que obtendremos un pulso de voltaje en el instrumento de bobina móvil que produce corriente pulsante, por lo que la corriente pulsante producirá un par pulsante. La desviación producida corresponderá al valor promedio de voltaje. Entonces, calculemos el valor promedio de la corriente eléctrica, para calcular el valor promedio del voltaje hemos integrado la expresión instantánea del voltaje de 0 a 2 pi. Entonces, el valor promedio calculado de voltaje resulta ser de 0.45V. Nuevamente tenemos que V es el valor cuadrático medio de la corriente. Por lo tanto, llegamos a la conclusión de que la sensibilidad de la entrada de CA es 0.45 veces la sensibilidad de la entrada de CC en el caso de un rectificador de media onda.

Circuitos rectificadores de onda completa de instrumentos de tipo rectificador

Consideremos un circuito dado a continuación:

 

Hemos utilizado aquí un circuito de puente rectificador como se muestra. Nuevamente dividimos nuestra operación en dos partes. En el primero analizamos la salida aplicando el voltaje de CC y en otro aplicaremos el voltaje de CA al circuito. Una resistencia multiplicadora en serie está conectada en serie con la fuente de voltaje que tiene la misma función que la descrita anteriormente.

Consideremos el primer caso aquí donde aplicamos la fuente de voltaje de CC al circuito. Ahora el valor de la corriente de desviación a escala completa en este caso es nuevamente V / (R + R1), donde V es el valor cuadrático medio de la tensión aplicada, R es la resistencia del multiplicador de resistencia y R1, que es la resistencia eléctrica del instrumento. El R y R1 están marcados en el diagrama del circuito. Ahora consideremos el segundo caso, en este caso, aplicaremos voltaje sinusoidal de CA al circuito al cual se le da v = Vmsin (wt) donde Vm es el valor pico del voltaje aplicado nuevamente si calculamos el valor de la corriente de deflexión de escala completa en este caso, aplicando un procedimiento similar, obtendremos una expresión de corriente de escala completa como .9V / (R + R1).

Recuerde que para obtener el valor promedio de voltaje debemos integrar la expresión instantánea de voltaje de cero a pi. Por lo tanto, comparando la salida de CC, llegamos a la conclusión de que la sensibilidad con la fuente de voltaje de entrada de CA es 0.9 veces mayor que en el caso de la fuente de voltaje de entrada de CC.

La onda de salida se muestra a continuación. Ahora vamos a discutir los factores que afectan el rendimiento de los instrumentos del tipo Rectificador:

  • El tipo de rectificador de los instrumentos se calibra en términos de valores cuadráticos medios de onda sinusoidal de voltajes y corrientes. El problema es que la forma de onda de entrada puede tener o no el mismo factor de forma en el que se calibra la escala de este medidor.
  • Puede haber algún error debido al circuito rectificador, ya que no incluimos la resistencia de los circuitos de puente rectificador en ambos casos. Las características no lineales del puente pueden distorsionar la forma de onda de la corriente y el voltaje.
  • Puede haber variaciones en la temperatura debido a que la resistencia eléctrica del puente cambia, por lo tanto, para compensar este tipo de errores, deberíamos aplicar una resistencia multiplicadora con un alto coeficiente de temperatura.
  • Efecto de la capacitancia del puente rectificador: El puente rectificador tiene una capacitancia imperfecta, por lo que a su vez, evalúa las corrientes de alta frecuencia. De ahí que haya decremento en la lectura.
  • La sensibilidad de los instrumentos del tipo Rectificador es baja en caso de voltaje de entrada de CA.

 

Ventajas de los instrumentos de tipo rectificador

Las siguientes son las ventajas del tipo de rectificador de instrumentos:

  • La precisión del instrumento de tipo rectificador es de aproximadamente 5 por ciento en condiciones normales de operación.
  • El rango de frecuencia de operación se puede extender a un valor alto.
  • Tienen escala uniforme en el metro.
  • Tienen bajo valor operativo de corriente y voltajes.

El efecto de carga de un voltímetro del rectificador de CA en ambos casos (es decir, el rectificador de diodo de media onda y el rectificador de diodo de onda completa) es alto en comparación con los efectos de carga de los voltímetros de CC como la sensibilidad del voltímetro usando rectificación de media onda o de onda completa Es menor que la sensibilidad de los voltímetros de corriente continua.