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Circuitos de control aplicado a TRI AC’s
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E3: Circuitos de control aplicado a TRIAC’s Félix Valentin Santos Cañari
[email protected] Escuela Profesional de Ingeniería Eléctrica Facultad Facultad de In eniería eniería Eléctrica Eléctrica Electrón Electrónica ica
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Este informe le da los CONOCIMIENTOS PREVIOS necesarios para llevar a cabo en el laboratorio, el manejo de circuitos de control aplicado a TRIAC’s TRIAC’s. RESUMEN
PALABRAS CLAVE:
Tiristor, UJT, disparo,Zener.
I. OBJETIVOS En la presente experiencia se busca desarrollar circuitos de control en los que se use TRIAC’s.
conducción por ciclo. Con el adecuado arreglo de disparo, puede conducir por la totalidad de los 360º por ciclo. Entonces proporciona control de potencia de onda completa en lugar de control de potencia de media onda posible con un SCR. Los triacs tienen las mismas ventajas que los SCR y los transistores sobre los interruptores mecánicos, por tanto permiten un control de corriente más preciso:
II. FUNDAMENTO TEÓRICO
TRIAC
El TRIAC es un dispositivo que se comporta como dos SCR conectados en contraposición, con una compuerta de paso común, pueden ir en cualquier dirección desde el punto en el punto en el voltaje de ruptura se sobrepasa. Los Triacs y los SCR forman parte de la familia de los Tiristores. El término tiristor incluye todos los dispositivos semiconductores los cuales presentan un funcionamiento inherente como dispositivo de corte y conducción. Un Triac es un dispositivo de tres terminales utilizado para controlar el valor promedio que fluye en una carga. Un Triac es diferente de un SCR en que puede conducir corriente en una cualquiera de las dos direcciones cuando es llevado a CONDUCCIÓN. Cuando el Triac es BLOQUEADO no puede fluir corriente entre sus terminales principales independiente de la polaridad de la fuente externa aplicada. Por tanto el triac actúa como un interruptor abierto. El voltaje de ruptura en un TRIAC disminuye si se aumenta la corriente de compuerta, en la misma forma en que se hace en un SCR, con la diferencia que en un TRIAC responde tanto a los impulsos positivos como los negativos de su compuerta. Una vez encendido, un TRIAC permanece así hasta que su corriente cae por debajo de IH. Un triac no está limitado a 180º de
No tienen el rebote de contacto, No se produce arco en contactos parcialmente abiertos, Pueden operarse mucho más rápidos que los interruptores mecánicos. DIAC
El circuito de control de puerta de un triac puede mejorarse adicionando un dispositivo de disparo en el terminal de puerta, esté dispositivo es un DIAC, pero hay varios otros dispositivos de disparo que pueden utilizarse. Esta ventaja parte del hecho de que dispositivo de disparo entrega un pulso de corriente de puerta en lugar de una corriente de puerta sinusoidal. El diac es un dispositivo que se pone en conducción para valores de tensión en sentido directo mayores que el voltaje de ruptura directo (+VBO) y el voltaje a través de sus terminales disminuye, en caso contrario el diac no permite flujo de corriente. En la región de voltaje negativo la operación es idéntica. Cuando el voltaje en sentido inverso aplicado es menor que el voltaje inverso de ruptura (+VBO), el diac conmuta a conducción en la dirección opuesta. Los diacs se fabrican dé manera que son relativamente estables con temperatura y tienen una pequeña tolerancia en los voltajes de ruptura. Hay una pequeñísima diferencia entre los valores de voltaje de ruptura directo y el voltaje de ruptura inverso en un diac. La diferencia es típicamente menor que 1 V. Esto permite que el circuito de disparo mantenga prácticamente iguales los ángulos de disparo en ambos semiciclos de la fuente a.c.
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III. CUESTIONARIO 1. Describa el funcionamiento del circuito A y diséñelo. 2. Repetir la parte 1 para el circuito B,C y D
IV. DESARROLLO DEL CUESTIONARIO ANÁLISIS DE LOS CIRCUITOS: PRIMERA PARTE: “FUNCIONAMIENTO DE LOS CIRCUITOS DE DISPARO CON TRIACS”
LISTA DE COMPONENTES ITEM 1 2 3 4 5 6 7
POSICI N X1 X2 C1, C2, C3, C4 A. SW
NOMBRE Triac Diac Diodo Llave de fin de curso
R1, R2, R3 Resistencia variable R4, R5, R6, R7, R8, R9 Resistencia RL Foco
VALOR BT 136 DB3 1N4004 Por diseñar Por diseñar 50 W
CIRCUITO A
“Circuito que ajusta el ángulo de disparo ligeramente mayor a 90 en lo positivo y ligeramente mayor a 270 en lo negativo ” 1) PROCEDIMIENTO
*) Funcionamiento: Circuito A representa al circuito más elemental ó a uno simple (circuito) que se usa para el disparo de un TRIAC con control de puerta (circuito de disparo). La corriente que dispara el triac proviene del condensador C1, que se carga con la comba positiva de la tensión a través de del circuito formado por las resistencias R 1 y R2, cuando el condensador tenga una tensión suficiente como para cebar el triac, iG será la que ponga en conducción al triac y toda la corriente de la carga pase por está, siempre y cuando además se cumpla que MT 2 sea más positivo que MT1 (como sucede en la comba positiva). Además variando el potenciómetro se puede regular la velocidad de cebado del triac, pues a menor resistencia C1 se carga rápidamente y ceba el triac de inmediato, pero sí aumentamos gradualmente el valor del potenciómetro, C 1 se carga lentamente lo que produce una reacción tardía de activación del triac ó gran ángulo de disparo. Cuando la tensión cambia de positiva a negativa, C1 se carga negativamente (en relación al caso de la comba positiva), pero cuando esta tensión es lo suficiente como para cebar al triac nuevamente iG logra activar a esté en conducción inversa, pasando por la carga corriente en sentido contrario al caso anterior. *) Diseño: Datos del Triac (BT136_500) ECG5645:
1.- Arme el circuito A.
Irms = 10A. VRRM (DC) = 600V IG = 25/50 máx. (mA).
2.- Aplique el voltaje de la red (220 V). 3.- Grafique las formas de ondas del voltaje en la carga, el condensador y en el triac V MT1MT2 VGMT2 para diferentes ángulos de disparo, todos con la misma referencia de tiempo. 4.- Mida el ángulo de mínimo y máximo de disparo y los valores de las resistencias para los cuales se obtiene dichos ángulos de disparo. DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO
Elementos: Potenciómetro Carga foco
P1 = 500 k 100 W, 100
El diseño de este circuito se hace en forma análoga al del Laboratorio #2, reemplazando el Triac por el SCR, la constante de tiempo debe estar en el mismo rango y ademas el valor optimo para C es el que recomiendan los fabricantes de 0,22 F, tenemos: R4 = 10 k C1 = 0,22 F R1 = 100K
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CIRCUITO B
“Circuito que permite ajustar el ángulo de disparo ampliamente mayor a 90 en lo positivo y ampliamente mayor a 270 en lo negativo” PROCEDIMIENTO
1.- Arme el circuito B. 2.- Aplique el voltaje de la red (220 V). 3.- Grafique las formas de ondas del voltaje en la carga, el condensador y en el triac VMT1MT2 VGMT2 para diferentes ángulos de disparo, todos con la misma referencia de tiempo. 4.- Mida el ángulo de mínimo y máximo de disparo y los valores de las resistencias para los cuales se obtiene dichos ángulos de disparo.
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Reemplazando este valor en la ecuación de la constante de tiempo, tenemos: 0,001 ( R6 R2 ) * C 2 1 0,03 Procediendo como en el laboratorio anterior, los valores de R2 y R6 es:
(1)
R5 = 10 k
(2)
R2 = 500 k
Para el caso del circuito RC doble, se considera una constante de tiempo más 2, que debe ser cercana al menor valor de rango de ajuste anterior. Los fabricantes recomiendan al rededor de 2,5 ms.:
DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO
2 = R 3 *
0.22F = 0,0025 R3 = 11.365 k R3 = 10K
R6 y R7 deben disminuirse para poder conseguir ángulos de disparo más pequeños, dado que los condensadores se cargarán más rápidamente con resistencias más pequeñas. CIRCUITO C
“Circuito de disparo con DIAC que mejora la
estabilidad de temperatura y frente a los cambios del triac del mismo tipo”.
*) Funcionamiento: Este circuito (de control), está diseñado de manera que permite ajustar el ángulo de disparo del triac mayor a 90 , permitiendo realizar un rango de ajuste amplio del ángulo de disparo, la RC doble es utilizada generalmente en circuitos de mediana potencia. Lo que se representa en este circuito es un circuito de control mejorado, por el gran rango de ajuste del ángulo de disparo. Por el hecho de tener un mayor rango del ángulo de disparo del triac, se tendrá una mejor regulación (variación) tanto de tensión como de corriente media en la carga. *) Diseño: Análogamente al del Laboratorio #2, 1 que debe estar según los fabricantes en un rango comprendido por 0,001 a 0,03 segundos, tenemos: 0,001 ( R6 R2 ) * C 2 1 0,03 El valor recomendado para C 2, por el fabricante es de 0,22 F .
PROCEDIMIENTO
1.- Armar el circuito C. 2.- Aplique el voltaje de Red. 3.- Grafique las formas de ondas del voltaje en la carga, el condensador y en el triac VMT1MT2 VGMT2 para diferentes ángulos de disparo, todos con la m isma referencia de tiempo. 4.- Medir el ángulo mínimo y máximo de disparo y los valores de las resistencias para los cuales se obtiene dichos ángulos de disparo.
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V. REFERENCIAS
DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO
*) Funcionamiento En este caso, el circuito (de control) tiene un nuevo dispositivo denominado DIAC, como se indica en el acápite correspondiente al FUNDAMENTO TEÓRICO, el DIAC es un dispositivo que puede conducir en cualquier dirección una vez que el voltaje de ruptura se sobrepasa. Se enciende cuando el voltaje de alimentación, en cualquier dirección, sobrepasa VBO. Una vez que se enciende, el DIAC permanece encendido hasta que su corriente cae por debajo de IH. Este método de disparo grandes varias ventajas sobre los métodos mostrados en los circuitos A y B anteriores. Este circuito C es el mismo circuito A pero mejorado ya que lleva adicionado un dispositivo de disparo en el terminal de puerta, como se muestra en la figura, este dispositivo de disparo es un diac, pero hay varios otros dispositivos de disparo los cuales también pueden utilizarse. La utilización de un dispositivo de disparo en el circuito de disparo de puerta de un triac presenta algunas ventajas importantes sobre los circuitos de control de puerta con RC simple. *) Diseño Se diseña el circuito en forma análoga al del circuito A. 1 (constante de tiempo) debe estar comprendida en el rango de 0,001 a 0,03 (recomendada por los fabricantes), para obtener un ángulo de ajuste amplio, la constante de tiempo debe poder ajustarse en una gran parte de este rango. Operando tenemos: R 9 = 10 k C 4 = 0 ,22 F R 3 = 100 k La mínima constante de tiempo ocurre cuando R3 es mínimo y la máxima constante de tiempo (máximo ángulo de disparo) ocurre cuando R 3 es máximo.
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MANUAL DEL LABORATORIO DE EE432 APUNTES DE CLASE DE ELECRONICOS IIP
RASHID M., “Electrónica de potencia” MALLONEY, “Electrónica de potencia”
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