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Dimmer Introducción: El control de iluminación también conocido como dimmer sirve para controlar la intensidad de iluminación de una lámpara incandescente, púes permite adecuarla luz dependiendo de la ocasión o el lugar de acuerdo a nuestro gusto. Este circuito consta de pocos componentes, el que destaca es el triac el cual actúa como interruptor que se cierra cada vez que recibe un pulso en el pin llamado gate o compuerta, a partir de ese momento la corriente puede circular a través de sus terminales para alimentar a la carga. En pocas palabras un Dimmer: La idea de este circuito es poder regular el voltaje, podemos variar la intensidad lumínica de una foco incandescente (especifico que en un foco ahorrativo no podemos utilizar el dimmer porque el foco ahorrativo ya incluye un circuito interno al cual no se le puede regular el voltaje), el funcionamiento del circuito es simple tenemos una resistencia inmediata después de la carga la cual disminuye un poco el voltaje que entrara en el potenciometro, el potenciometro varía el voltaje que entrara al circuito de activacion del triac. El tiempo de activación se controla mediante el circuito formado por las resistencias y los condensadores condensador que funcionan de la siguiente manera: Cuando se aplica voltaje al sistema los c ondensadores empiezan a cargarse a través de la resistencia R1 y el potenciometro (el arreglo de capacitores en paralelo y una resistencia permite la oscilación de la onda de 60Hz o 50 Hz que pasara a una última resistencia que activara la compuerta de triac permitiendo el paso de voltaje entre sus terminales dependiendo de la variación dada por el potenciometro), una vez alcanzada la carga del arreglo de capacitores en paralelo, la resistencia que está conectada a la compuerta del triac hace que este arreglo descargue el voltaje hacia está haciendo que el triac conduzca y logrando de esta manera alimentar a la carga. Podemos decir que mientras más grande se las resistencias mayor será el tiempo de carga y descarga del condensador haciendo que la carga reciba menos potencia. Dependiendo del triac y del arreglo de resistencias con capacitores será la potencia que podemos regular, en el datasheet encontraremos la cantidad de corriente que soportan, si el circuito lo utilizamos por largo tiempo es ideal colocar un disipador de calor al triac. ¿QUE ES UN DIMMER? Los reguladores son dispositivos utilizados para modificar el brillo de una luz. Mediante la disminución o el aumento de la tensión eficaz y, por lo tanto, la potencia media a la lámpara, es posible variar la intensidad de la salida de luz. Aunque los dispositivos de voltaje variable se utilizan para diversos fines, el término dimmer es generalmente reservado para los destinados al control de salida de luz de la resistencia incandescente, halógeno, y (más recientemente) las luces fluorescentes compactas (CFL) y diodos emisores de luz (LEDs). Más equipamiento especializado es necesario para atenuar los fluorescentes, de vapor de mercurio, de estado sólido y de la iluminación del arco. Dimmers varían en tamaño desde pequeñas unidades del tamaño de un interruptor de luz que se utiliza para la iluminación interna para unidades de alta potencia utilizados en grandes teatros o instalaciones de iluminación arquitectónica. Pequeños reguladores nacionales son generalmente controlados directamente, aunque los sistemas de control remoto (como X10) están disponibles. Dimmers profesionales modernos están controlados generalmente por un sistema de control digital, como DMX o DALI. En los sistemas más nuevos, estos protocolos se utilizan a menudo en combinación con Ethernet.
Métodos de disparo para Triacs Un triac es un dispositivo de tres terminales usado para controlar la corriente promedio que fluye a una carga. Un triac se diferencia de un scr en que éste puede conducir corriente en cualquier dirección cuando está en encendido.
Imágen 1: Símbolo esquemático y nombres de terminales de un triac..
Cuando el triac está en apagado, no p uede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje aplicado externamente. En consecuencia el triac actúa como un interruptor abierto. Cuando el triac está en encendido, existe una ruta de flujo de corriente de baja resistencia de una terminal hacia la otra, con la dirección del flujo dependiendo de la polaridad del voltaje externamente aplicado. Cuando el voltaje es más positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1. Cuando el voltaje es más positivo en MT1, la corriente fluye de MT1 a MT2. En cualquier caso el triac actúa como un interruptor cerrado.
Imágen 2: Circuito triac que muestra la forma en que están conectados el voltaje de alimentación, la carga y el triac.
Los triacs tienen las mismas ventajas que los SCR y los transistores sobre los interruptores mecánicos. No tienen rebote de contacto, no forman arcos a través de contactos parcialmente abiertos, y operan mucho más rápido que los conmutadores mecánicos, por tanto producen un control d e corriente más preciso. Cuando un triac está polarizado con un voltaje externo má s positivo en, por lo general se a ctiva mediante un flujo de corriente de la compuerta hacia MT1. Cuando un triac está polarizado como lo muestra la figura 6-3(a), el disparo es idéntico al disparo de un SCR. La terminal G es positiva con respecto a MT1, lo que ocasiona que la corriente de disparo fluya hacia el interior del dispositivo en la terminal de compuerta y hacia fuera del dispositivo en la terminal MT1.
El voltaje de compuerta necesario para disparar un triac se simboliza como VGT, la corriente de compuerta necesaria para el disparo se simboliza como IGT. La mayoría de los triac de tamaño medio tienen un VGT de aproximadamente 0.6 a 2.0 V y un IGT de 0.1 a 20 mA. Como es habitual, estas características varían bastante según los cambios de temperatura. Las variaciones típicas en las características eléctricas con la temperatura se grafican en las hojas de e specificación del fabricante.
Imágen 3: Cuando un triac tiene polarización directa de terminal principal.
Este dispositivo electrónico se encarga de encender un bombillo incandecente así como variar la intensidad lumínica de este mediante un arreglo de resistencias, potenciometro, capacitores cerámicos y un triac.
Imágen 4: Diagrama de Dimmer a utilizar.
Objetivos:
Objetivo General: Armar un circuito de control de intensidad lumínica para foco incandecente usando como base un diagrama otorgado por el docente de la m aterial con especificaciones de componentes a utilizar.
Objetivos Específicos: 1. 2.
Implementar un circuito de activación de compuerta para un triac. Implementar un circuito básico para la variacion de voltaje que entrará al bombillo.
Material utilizado:
1 Plantilla de experimentos (Protoboard). 2 Diodos 1N4007. 1 Triac BTA12. 1 Foco 110 V de 25 Watt. 1 Socket para el foto. 1 Clavija con cable. Cable de red grueso. 1 Multímetro. Pinzas de corte y de punta pequeñas.
Resistencias: (1 Watt recomendable). R1 Resistencia de 10 k (1 Watt recomendable). R2 Resistencia de 33 k (1 Watt recomendable). R3 Resistencia de 100 1 Potenciometro de 250 k (1 Watt recomendable). Condensadores: C(1,2) Capacitor electrolítico de 0.22
f a 100 V.
Diodos 1N4007 1N4007 es uno de los diodos de una serie muy utilizados en infinidad de equipos electrónicos. Se utiliza principalmente para convertir la corriente alterna en directa. Su encapsulado es de tipo DO-41.
Imágen 5: Diodo 1N4007.
Características:
Tensión inversa de pico máximo: 1KV (VRRM)max
Tensión máxima en un circuito rectificador de media onda con carga capacitiva: 500 V (Vef) Rango de temperatura: - 65 ºC a +125 ºC Caída de tensión: 1,1 V (VF)max Corriente en sentido directo: 1 A (If) Corriente máxima de pico: 30 A (Ifsm)max
Características de la Resistencias Todas las resistencias tienen una tolerancia, esto es el margen de valores que rodean el valor nominal y en el que se encuentra el valor real de la resistencia. Su valor viene determinado por un porcentaje que va desde 0.001% hasta 20% el más utilizada es el de 10%. Esta tolerancia viene marcada por un código de colores. Las resistencias tienen un coeficiente de temperatura, este valor dependerá de la temperatura que alcance la resistencia cuando empiece a circular el flujo de electrones. Como cualquier elemento eléctrico y electrónico tiene un rango de trabajo y por tanto un límite de funcionamiento que vendrá determinado por su capacidad de disipar calor, la tensión y por su temperatura máxima; por tanto será la temperatura máxima con la cual podrá trabajar sin deteriorarse. Tiene también un coeficiente de tensión que limitará el paso de la corriente eléctrica entre sus dos extremos que será la variación relativa de cambio de tensión al que se someta. Un factor también importante es el ruido que se debe a los cambios repentinos de aumento y disminución de corrientes continuos. La capacidad de la resistencia es la capacidad de mantener en el transcurso del tiempo el valor nominal de la resistencia será sometido a los cambios ambientales, largos periodos del funcionamiento que no deberá afectarla para nada. Los materiales empleados para la fabricación de las resistencias son muy variados pero los más comunes son aleaciones de cobre, níquel y zinc en diversas proporciones de cada uno lo que hará variar la resistividad. Quien determinará un aumento de esta resistividad será el níquel, ya que si la aleación lleva porcentaje alto de éste, la resistencia tendrá gran resistividad. Las aleaciones de cobre níquel y níquel-hierro tiene una resistividad de 10 a 30 veces mayor que el cobre y las aleaciones de níquel-cromo serán de 60 a 70 veces mayor que las de cobre y con un gran comportamiento en temperaturas elevadas. También se puede utilizar el carbono ya que su resistividad entre 400 y 2.400 veces la del cobre, por este motivo se utiliza en las escobillas de los mo tores eléctricos.
Imágen 6: Representación de una resistencia estándar.
Capacitores Un condensador eléctrico o capacitor es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado generalmente por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas, en situación de influencia total separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total.
Imágen 7: Diversos tipos de Capacitores.
Potenciómetros Es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.
Imágen 8: Diversos tipos de potenciómetros (resistencias variables).
Triac BTA12 Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna. Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en direcciones opuestas. Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y compuerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo compuerta.
Imágen 9: Triac BTA12.
DIAC El DIAC, o "diodo para corriente alterna", es un diodo que conduce la corriente sólo después de que se ha alcanzado su tensión de ruptura, VBO, momentáneamente. Cuando esto ocurre, el diodo entra en la región de la resistencia dinámica negativa, que conduce a una disminución en la caída de tensión a través del diodo y, por lo general, un fuerte aumento de la corriente a través del diodo. El diodo permanece "en la conducción" hasta que la corriente a través de ella cae por debajo de un valor característico para el dispositivo, llamado la corriente de mantenimiento, IH. Por debajo de este valor, el diodo cambia de nuevo a su alta resistencia (no conductor) estado. Este comportamiento es bidireccional, lo que significa por lo general el mismo para ambas direcciones de corriente. La mayoría de DIACs tienen una estructura de tres capas con una tensión de ruptura alrededor de 30 V. De esta manera, su comportamiento es algo similar a (pero mucho más controlada con precisión y teniendo lugar a tensiones más bajas que) una lámpara de neón. DIACs no tienen ningún electrodo de puerta, a diferencia de algunos otros tiristores que se utilizan comúnmente para desencadenar, como por ejemplo Triacs. Algunos TRIACs, como Quadrac, contienen un built-in DIAC en serie con el terminal "puerta" del TRIAC para este propósito.
Imágen 10: Representación de un diac.
El diac es necesario para marcar un umbral de inicio de conducción, para que el triac no genere disparos erráticos, lo podes cambiar por una lámpara de neón. Es verdad con el tema de que las lámparas incandescentes se están dejando de lado tal vez no sea muy normal este tiempo de dimmer, pero podes usarlo para otros usos que no son iluminación, como graduar la temperatura de una estufa, de una plancha, de un soldador, graduar la velocidad de un motor (para esto hace falta poner una red snubber, para que el ruido del motor no altere el circuito), hay muchas aplicaciones de este variador. Saludos.
Desarrollo: Este dispositivo electrónico se encarga de encender un bombillo incandecente así como variar la intensidad lumínica de este mediante un arreglo de resistencias, potenciometro, capacitores cerámicos y un triac. El elemento activo de este proyecto es un triac el cual es comandado por el potenciómetro a través de una resistencia, y la carga que recibe en este disparo proviene de un arreglo de capacitores en paralelo que conmutaran la activacion de la compuerta del triac cada vez que estos se carguen ya sea positivamente o negativamente por el uso de corriente alterna en medida que el potenciometro indique con la variacion de su resistencia. El triac puede ser montado sin disipador para cargas de hasta 100w, pero pasada esa potencia se hace indispensable el uso de uno. El potenciómetro conviene que sea lineal, para que el brillo varíe en forma pareja a lo largo de todo el cursor. El uso de la llave del potenciometro se hace para conmutar la entrada de corriente. Para el desarrollo de esta práctica se consideró un diagrama otorgado por el docente de la materia en el transcurso de las clases, así como los materiales a utilizar y las especificaciones de funcionamiento de un triac tanto como el circuito de activacion de compuerta básico necesario para esta práctica. Una vez tomadas en cuenta las consideraciones necesarias para el desarrollo de esta práctica, se procedió a primeramente realizar la simulación del circuito armado en un programa de desarrollo (PROTEUS), para así poder comprobar por simulación el correcto funcionamiento del circuito armado para posteriormente pasar el armado de este a físico. La simulación del circuito ya armado dentro del programa de desarrollo se muestra a continuación:
Imágen 11: Simulación de diagrama electrónico utilizado para la práctica.
Cabe mencionar que la simulación del circuito dentro del programa de desarrollo no funciono del todo bien debido a que no se podía observar variacion luminosa en el foco porque este programa de desarrollo no cuenta con ello, por lo que se procedió a analizar el funcionamiento teórico del circuito así como armarlo en físico para comprobar la teoría de funcionamiento de este mismo. Analizando el circuito, el capacitor C1 y C2 se cargan a través de R1 y RV1 durante la parte del ángulo de retardo de cada medio ciclo. Durante un medio ciclo positivo, MT2 (Main Terminal 2) es positivo con respecto a MT1 (Main Terminal 1) y C1 se carga positivo en su placa superior. Cuando el voltaje en C1 y
C2 se acumula hasta un valor suficientemente grande para suministrar suficiente corriente de compuerta (IGT) a través de R3 para disparar el triac, éste se dispara.
Imágen 12: Circuito armado (disparo del triac).
Durante un medio ciclo negativo, C1 y C2 se cargan negativos en su placa superior. Nuevamente, cuando el voltaje a través de los capacitores es lo bastante grande para suministrar corriente suficiente de compuerta en la dirección inversa a través de R3 para disparar el triac, éste se dispara. Para establecer un ajuste más amplio del rango del ángulo de retardo, la doble red RC del circuito se utiliza a menudo. Las distintas etapas de armado del circuito de la práctica ya en físico y tomando como base el diagrama otorgado en clases así como la simulación de este mismo, muestran a continuación:
Imágen 13: Primera etapa de armado del dimmer.
Imágen 14: Segunda etapa de armado del dimmer.
Imágen 15: Tercera etapa de armado del dimmer.
Imágen 16: Cuarta etapa de armado del dimmer.
Resultados: Una vez terminado el circuito de procedió a hacer la pruebas necesarias para comprobar que el circuito de control de compuerta funcionara correctamente, logrando por medio de esto que al variar la resistencia del potenciometro de este circuito varié el voltaje que circulara por las terminales del triac y logrando por ende que la intensidad del foco conectado entre estas terminales también varié pero en la luminosidad que este aporta. Lo mencionado anteriormente se muestra a continuación:
Imágen 17: Variación de intensidad luminosa del foco e n forma descendente.
Como se puede observar n la imagen anterior la intensidad luminosa del foco si varia con el circuito del Dimmer usando el diagrama otorgado por el docente para su realización, pero solo podemos observar cuatro etapas estables de la intensidad luminosa del foco utilizado, y debido a la no conformidad por parte de los miembros del equipo, se buscó en base a la teoría de funcionamiento de este diagrama, el jugar con la utilización de componentes electrónicos para finalmente llegar a un diagrama que nos diera como resultado más etapas de regulación de la intensidad del foco, y como resultado del cambio de componentes se llegó al diagrama mostrado a continuación:
Imágen 18: Diagrama propuesto para Dimmer.
Imágen 19: Simulación del segundo diagrama para la práctica del Dimmer.
El elemento activo de este proyecto sigue siendo el triac el cual es comandado por el potenciómetro a través de dos diodos en configuración de DIAC, que son del tipo 1N4007, y la carga que recibe en este disparo proviene de un capacitor que conmutaran la activacion de la compuerta del triac cada vez que este se cargue ya sea positivamente o negativamente por el uso de corriente alterna en medida que el potenciometro indique con la variacion de su resistencia. El triac puede ser montado sin disipador para cargas de hasta 100w, pero pasada esa potencia se hace indispensable el uso de uno. El potenciómetro conviene que sea lineal, para que el brillo varíe en forma pareja a lo largo de todo el cursor. El uso de la llave del pote se hace para conmutar la entrada de corriente. Recuerde ser muy precavido dado que está trabajando con la tensión de red sin aislar.
Imágen 20: Primera etapa de armado de segundo diagrama para Dimmer.
Imágen 21: Segunda etapa de armado de segundo di agrama para Dimmer.
Imágen 22: Tercera etapa de armado de segundo diagrama para Dimmer.
Imágen 23: Cuarta etapa de armado de segundo diagrama para Dimmer.
Después de armar el circuito dentro del programa de desarrollo y comprobar que este no marcara errores, se procedió a armar este segundo circuito para comprobar si la disminución de resistencias y capacitores así como la utilización de dos diodos en configuración de Diac aumentaba un poco más las
etapas de variación de intensidad luminosa del foco utilizado y como resultado comprobamos que efectivamente con esta configuración de circuito Dimmer se lograba una mayor variacion en intensidad luminosa para el foco. Lo mencionado anteriormente lo podemos observar en la siguiente imagen:
Imágen 23: Variación de intensidad luminosa del foco en forma descendente.
Como resultado de diseñar un circuito más sencillo para el Dimmer se obtuvo ligeramente mayores estados estables de variacion luminosa para el foco utilizado durante el proceso de desarrollo de esta práctica.
Conclusión: La realización de este tipo de circuitos electrónicos es de vital importancia debido que además de su bajo coste de realización es un buen método para contribuir a reducir el consumo de electricidad y por ende demandarle menos a los productores de electricidad y de esta manera ayudar a la naturaleza al reducir nuestra demanda de producción y contaminación al producir la electricidad. Por otro lado el realizar este tipo de prácticas ayuda a los estudiantes a aprender a interpretar circuitos electrónicos, saber el uso y aplicación de cada uno de los componentes utilizados durante el desarrollo de la práctica, así como ayuda a los estudiantes a aprender a diseñar sus propios diagramas para diferentes aplicaciones teniendo en cuenta como base el funcionamiento basico de los componentes.
Bibliografía: http://www.todolaptops.com.mx/tutoriales/134-tutorial-electronica-diac-triac-como-hacer-undimmer.html http://mikitronic.blogspot.mx/2011/09/dimmer.html Consulta de internet.