Instrumento de tipo rectificador
Definición
Los instrumentos que utilizan un elemento rectificador para medir voltaje y corriente se conocen como instrumentos rectificadores. El elemento rectificador convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC), que luego es indicada por un medidor sensible a CC. Un instrumento de bobina móvil con imán permanente (PMMC) se utiliza comúnmente como dispositivo indicador.
Los instrumentos rectificadores presentan una mayor sensibilidad en comparación con los instrumentos de bobina móvil y electrodinamómetro, lo que los hace adecuados para mediciones de corriente y voltaje. La disposición del circuito de un instrumento rectificador se muestra en la figura siguiente, que presenta cuatro diodos que funcionan como el elemento rectificador.
La resistencia multiplicadora Rs se utiliza para limitar la corriente de modo que su valor no exceda la calificación del instrumento PMMC.
Elemento Rectificador
Un elemento rectificador convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC), asegurando el flujo de corriente unidireccional a través del instrumento PMMC. Los materiales comunes para elementos rectificadores incluyen óxido de cobre, células de selenio, diodos de germanio y diodos de silicio.
El elemento rectificador exhibe una resistencia cero en el estado polarizado directamente y una resistencia infinita en el estado polarizado inversamente, una propiedad crítica para la rectificación.
Curva Característica del Elemento Rectificador
La curva característica de un circuito rectificador se muestra en la figura siguiente. Idealmente, el elemento rectificador no tiene caída de tensión en la dirección directa y bloquea toda la corriente en la dirección inversa.
Pero en la práctica, esto no es posible. La curva característica real del elemento rectificador se muestra en la figura siguiente.
Circuito Rectificador de Media Onda
La figura siguiente ilustra un circuito rectificador de media onda. El elemento rectificador está conectado en serie con la fuente de voltaje, la resistencia multiplicadora y el instrumento de bobina móvil con imán permanente (PMMC). Se asume que la resistencia directa del diodo es despreciable.
Cuando se aplica una fuente de voltaje DC al circuito, fluye una corriente Im a través de él, con una magnitud igual a V/(Rm + RS). Esta corriente causa una deflexión a escala completa en el instrumento.
Cuando se aplica un voltaje CA al mismo circuito, el elemento rectificador convierte el voltaje CA en un voltaje DC unidireccional, produciendo una salida rectificada a través del instrumento. El instrumento PMMC se desvía según el valor promedio de la corriente, que depende del valor promedio de voltaje de la fuente CA.
Valor Promedio de Voltaje
El cálculo anterior indica que la sensibilidad del instrumento para CA es 0.45 veces la sensibilidad de corriente para CC.
Instrumento Rectificador de Onda Completa
El circuito de un rectificador de onda completa se muestra en la figura siguiente.
El voltaje DC aplicado al circuito causa la deflexión a escala completa del medidor PMMC. El voltaje sinusoidal aplicado al medidor se expresa como
Para el mismo valor de voltaje, el valor promedio de CA es 0.9 veces el de CC. En otras palabras, la sensibilidad del instrumento con CA es 90% de la que tiene con CC.
La sensibilidad de un instrumento rectificador de onda completa es el doble de la de un instrumento rectificador de media onda.
Sensibilidad del Instrumento Rectificador
La sensibilidad de un instrumento refleja cómo varía la cantidad medida de entrada a salida, como la sensibilidad de CC de un instrumento rectificador.
La sensibilidad de un instrumento rectificador de CA depende del tipo de elemento rectificador utilizado en el circuito.
Factores que Afectan el Rendimiento de los Instrumentos Rectificadores
Los siguientes factores afectan el rendimiento del instrumento cuando se usa con CA:
Efectos de la Forma de Onda
Los instrumentos rectificadores se calibran basándose en el valor RMS (raíz cuadrática de la media) de voltaje y corriente. El factor de forma de los instrumentos rectificadores de media onda y onda completa es fijo para la escala calibrada. Si se aplica una forma de onda con un factor de forma diferente, ocurrirán errores de lectura debido a la no coincidencia de la forma de onda.
Efecto del Cambio de Temperatura
La resistencia del elemento rectificador varía con la temperatura, introduciendo errores en las mediciones del instrumento.
Efecto de las Corrientes de Alta Frecuencia
Los instrumentos rectificadores tienen características de capacitancia imperfectas, permitiendo que las corrientes de alta frecuencia pasen y afecten las lecturas.
Disminución de la Sensibilidad
La sensibilidad de los instrumentos rectificadores para la operación en CA es menor que la de la operación en CC.
Ventajas de los Instrumentos Rectificadores
Rango de Frecuencia Ampliado: Opera desde 20 Hz hasta rangos de alta frecuencia.
Bajo Consumo de Corriente: Para voltímetros, el rango de corriente operativa es mucho más bajo que el de otros instrumentos de CA.
Escalas Uniformes: Proporciona escalas uniformes en un amplio rango de medición.
Precisión Moderada: Logra una precisión de ±5% en condiciones normales de operación.
Aplicaciones de los Instrumentos Rectificadores
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