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Circuitos de control de disparo aplicado al TIRISTOR
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Circuitos de control de disparo aplicado al TIRISTOR 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 Tiristores.
RESUMEN
PALABRAS CLAVE:
ON y el resto del tiempo en el estado de OFF. La cantidad de tiempo que está en cada estado es controlado por el disparador. La corriente para la carga puede variarse ajustando la porción del tiempo del ciclo que el SCR permanece encendido.
Tiristor, UJT, disparo,Zener.
I. OBJETIVOS En la presente experiencia se busca experimentar con circuitos de control aplicado a Tiristores.
Carga SCR
Fuente de Voltaje Voltaje
II. FUNDAMENTO TEÓRICO SCR
El SCR (rectificador controlado de silicio): es un dispositivo de tres terminales usado para controlar corrientes más bien altas para una carga. ANODO
Formas de Onda V AK
CATODO
A
K
t
COMPUERTA G
VCARGA
Figura 1. Símbolo del SCR
Comprende a todos aquellos dispositivos que poseen cuatro capas en su estructura interna(familia PNPN) y además un mecanismo de control. Un SCR actúa a semejanza de un interruptor. Cuando está encendido hay una trayectoria de flujo de corriente de baja resistencia del ánodo al cátodo. Actúa entonces como un interruptor cerrado. Cuando está apagado no puede haber flujo de corriente del ánodo al cátodo. Por tanto actúa como un interruptor abierto. Dado que es un dispositivo de estado sólido, la acción de conmutación es muy rápida El flujo de corriente promedio para una carga puede ser controlado colocando un SCR en serie con la carga. Si la alimentación de voltaje es ca. el SCR pasa una cierta parte del ciclo de ca. en el estado de
t
Figura 2. Forma de onda
En la figura anterior se muestra la forma de onda de un circuito de control con SCR. Al A l momento que el ciclo de ca. inicia su parte positiva, el SCR está apagado. El voltaje instantáneo a través de sus terminales de ánodo y cátodo es igual al de la fuente. Dado que el SCR interrumpe en su totalidad el suministro de voltaje, el voltaje a través de la carga es cero durante este lapso. Como se observa lu ego de transcurrido un tercio del semiciclo positivo el voltaje ánodo cátodo del SCR cae a cero, indicando que comienza la etapa de conducción; se puede decir
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entonces que el ángulo de retardo de disparo es de 60º y el ángulo de conducción es de 120º.
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Circuito 2:
Característica de la compuerta de lo SCR.Un SCR es disparado por un pulso corto de corriente aplicado a la corriente aplicado a la compuerta. Esta corriente de compuerta (iG) fluye por la unión entre la compuerta y el cátodo, y sale del SCR por la terminal del cátodo. La cantidad de corriente de compuerta necesaria para disparar un SCR está en el rango de 0,1 a 50 mA y el voltaje entre la compuerta y el cátodo debe ser ligeramente mayor a 0,6 V. Una vez que el SCR ha sido disparado, no es necesario continuar el flujo de corriente de compuerta. Mientras la corriente continúe fluyendo a través de los terminales principales, de ánodo a cátodo, el SCR permanecerá en ON. Cuando la corriente de ánodo a cátodo caiga por debajo de un valor mínimo, llamado corriente de retención, el SCR se apagará. Circuitos comunes de control de compuerta.Rcarga
R1
Fuente de Voltaje R2 SW
Circuito 1 Cuando se cierra SW, habrá corriente en la compuerta cuando el suministro de voltajes sea positivo. El ángulo de retardo de disparo es determinado por el valor de R2. Si R2 es bajo, la corriente de compuerta será lo suficientemente grande para disparar el SCR cuando la fuente de voltaje sea baja. Luego el ángulo de disparo será pequeño, y la corriente de carga promedio será alta. El propósito de R1 es mantener una resistencia fija en la terminal de la compuerta, aún cuando R2 es cero. Esto es necesario para proteger la compuerta contra sobrecarga. R1 también determina el ángulo de retardo de disparo mínimo. Una desventaja de este circuito de disparo está en que el ángulo de retardo de disparo sólo puede ajustarse entre 0º y 90º.
2
Rcarga
R1
Fuente de Voltaje R2
C
El método más sencillo para mejorar el control de la compuerta es agregar un capacitor a la terminal inferior del resistor de la compuerta. La ventaja de este circuito es que el ángulo de retardo de disparo puede ser ajustado más allá de los 90º. Cuando la fuente ca. es negativa, el voltaje inverso a través del SCR es aplicado al circuito de disparo RC, cargando negativamente el capacitor en la placa superior y positivamente la placa inferior. Cuando la fuente entra en su semiciclo positivo, el voltaje en directa a través del SCR tiende a cargar a C en la dirección opuesta. Sin embargo, la acumulación de voltaje en esta nueva dirección es retardada hasta que la carga negativa es removida de las placas del capacitor. Este retardo en la aplicación de un voltaje positivo a la compuerta puede ser extendido más allá del punto de los 90º. A mayor resistencia del potenciómetro, mayor es el tiempo de que tarda la placa superior de C en cargarse positivamente, y por tanto el disparo del SCR se retarda. EL UJT (Unijunction transistor) : Es un dispositivo de conmutación de transición conductiva. Es un dispositivo de tres terminales que se denominan emisor, base1 y base2. Base 2 E
Emisor
Base 1
Cuando el voltaje entre el emisor y la base 1 es menor que cierto valor llamado voltaje pico, el UJT está apagado y no puede haber flujo de corriente de E a B1. Cuando el voltaje de emisor a base 1 excede al voltaje pico por una cantidad muy pequeña, el UJT se dispara. Cuando esto ocurre, el circuito de E a B1 se vuelve casi cortocircuito, y la corriente puede descargarse de un terminal a otro. En la mayoría de los circuitos UJT, la descarga de corriente de E a B1 es de corta duración, y el UJT pronto se revierte a la condición de apagado.
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A. Los UJT en circuitos de disparo para SCR.Los UJT casi son ideales como dispositivos de disparo para los SCR. A continuación indicamos varias razones de la compatibilidad entre los UJT y los SCR: -
El UJT produce una salida tipo pulso, que es excelente para asegurar el encendido de un SCR sin forzar la capacidad de disipación de carga de compuerta del SCR.
-
El punto de disparo del UJT es inherentemente estable sobre un rango de temperatura amplio. Puede hacerse aún más estable con muy poco esfuerzo. Esto anula la inestabilidad térmica de los SCR.
-
Los circuitos de disparo con UJT pueden adaptarse con facilidad para el control realimentado.
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el voltaje de ánodo a cátodo correcto para encenderse.
III. CUESTIONARIO Describa el funcionamiento del circuito A y diséñelo. Repetir la parte 1 para el circuito B,C y D
IV. DESARROLLO DEL CUESTIONARIO ANÁLISIS DE LOS CIRCUITOS: Circuito A:
Rcarga
Característica del SCR:
Rd
iGT max
Ref Fuente de Voltaje
R2
Rev
V
Gmáx
15 mA
12 V
SCR
ZD1
ILmax CE
R1
Para la curva positiva de la figura: I G
En este circuito, el diodo zener ZD Recorta la forma de onda de la fuente de voltaje al voltaje nominal del zener (generalmente unos 20 V con una fuente de 120 V ca) durante el medio ciclo positivo de la línea de ca. Durante el medio ciclo negativo ZD1 está con polarización en directa y mantiene cerca de 0 V a Vs.
Una vez que se ha establecido el voltaje de cd Vs, lo que ocurre muy poco después del cruce por cero hacia positivo, de la línea de ca. CE comienza a cargarse a través de RE. Cuando CE alcanza el voltaje pico del UJT, éste se dispara, creando un pulso de voltaje a través RE . Esto dispara SCR, permitiendo así el flujo de corriente a través de la carga poor el resto del semiciclo positivo. Este arreglo del circuito proporciona una sincronización automática entre el pulso de disparo del UJT y la polaridad del SCR. Es decir, cuando el UJT entrega un pulso, se garantiza que el SCR tenga
40 mA
V
R1
V GK
R2
como : V VGK
R3
y
R2 R3
R1
la expresión anterior se puede aproximar a: I G
V
en I G
R2
R3
función
del
220 2 sen( wt )
Para wt d
R2
R3
tiempo
se
tiene:
...................(1)
( d : ángulo de retardo de disparo) en (1)
: 0, 015
220 2 sen( d ) R2
R3
sen( d )
0,015( R2 R3 220 2
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Para un ángulo de disparo entre 30º y 90º:
0,5
sen d
10,368 x10 3 10 K
(R1
1
entonces
0,5
I
V
Z
R1
1
wC
0,015(R1 R 2 ) Como 1 220 2
(R 1 R 2 ) 20,7395x10 3
R2 )
1
X C
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2 60C
4
1 120 C
R2 R 3
220 2sen (wt ) X C 2 ( R2 R3 ) 2
20 K
Luego V C :
( R1
R2 ) mín 10 K
R1 10 K ,
R2 100
V C
( R1
R2 ) máx
R1 10 K ,
R2 10 K
Pero:
20 K
R2 10 K
220 2 X C sen (wt 90 ) X C 2 ( R2 R3 ) 2
VC V GK
0, 6
220 2 X C sen( wt 90 )
2
X c ( R2 R3 )
R3 0 10 K R1 1K
Cuando se cierra SW, habrá corriente en la compuerta cuando el suministro de voltajes sea positivo. El ángulo de retardo de disparo es determinado por el valor de R3. Si R3 es bajo, la corriente de compuerta será lo suficientemente grande para disparar el SCR cuando la fuente de voltaje sea baja. Luego el ángulo de disparo será pequeño, y la corriente de carga promedio será alta. El propósito de R2 es mantener una resistencia fija en la terminal de la compuerta, aún cuando R3 es cero. Esto es necesario para proteger la compuerta contra sobrecarga. R2 también determina el ángulo de retardo de disparo mínimo. Circuito B:
para
d
0,
100
220 2 X
C
2
X C
2
( R1
R2
)
2
sen(10 )
0,6
....
(*) De (*) obtenemos la siguiente expresión:
X C
R1
R2
0,01048355
1
2 60C ( R1
Luego: C ( R1
R1
R2
C
R1
R 2
110 K
2,1085
R2
C
) 0,253
2,53
110 K
R1 10 K R2 100 K C
2,2 F
R L 100
R2
)
0,010
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SCR: iGT V IL
15 mA
Gmáx
12 V
20 mA
Cuando la fuente ca. es negativa, el voltaje inverso a través del SCR es aplicado al circuito de disparo RC, cargando negativamente el capacitor en la placa superior y positivamente la placa inferior. Cuando la fuente entra en su semiciclo positivo, el voltaje en directa a través del SCR tiende a cargar a C en la dirección opuesta. Sin embargo, la acumulación de voltaje en esta nueva dirección es retardada hasta que la carga negativa es removida de las placas del capacitor. Este retardo en la aplicación de un voltaje positivo a la compuerta puede ser extendido más allá del punto de los 90º. A mayor resistencia del potenciómetro, mayor es el tiempo de que tarda la placa superior de C en cargarse positivamente, y por tanto el disparo del SCR se retarda.
Circuito C:
Circuito D
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V. REFERENCIAS BT 151-500R Product data sheet, NXP Semiconductors BT 136-600D Product data sheet, NXP Semiconductors,4Q TRIAC RASHID M., “Electrónica de potencia” MALLONEY, “Electrónica de potencia”
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