Instituto Tecnológico De Tijuana
Ingeniería Electrónica
Electrónica de Potencia
“Disparo con redes pasivas RC”
Integrantes del equipo: Alcaraz Valdés Julio Adrián Sevilla Abundis Saúl
Fecha de realización: 14 / 11 / 13
Fecha de entrega: 14 / 11 / 13
Contenido INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 2 I.
Disparo con redes pasivas RC ................................................................................... 3
III. OBJETIVO........................................................................................................................... 7 IV. MATERIAL Y EQUIPO: .................................................................................................... 8 V. PROCEDIMIENTO Y METODOLOGIA EXPERIMENTAL........................................... 9 VI. DISCUSION DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES ................................... 12 VII. CONCLUSIONES ........................................................................................................... 13 VIII. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 14
1
INTRODUCCIÓN Este documento presenta un circuito alternativo de control de compuerta de un tiristor, con el cual es posible tener un mayor control en la potencia entregada a la carga al variar el ángulo de retardo a más de 90 grados. En la primera parte del texto se presenta la teoría básica de dichos circuitos. En la segunda parte se muestran los resultados obtenidos prácticamente en el laboratorio de electrónica. Se finaliza con la discusión de los resultados experimentales y con una conclusión general.
2
I.
Disparo con redes pasivas RC El método más simple de control de compuerta es adicionando un
capacitor en el extremo inferior de la resistencia del terminal de compuerta, tal como se muestra en la Figura 1. La ventaja de este circuito es que el ángulo de disparo puede ajustarse a más de 90 grados. R4
R1
V1 120 V 60 Hz
R2 SCR
C1
Fig. 1. Circuito de control de compuerta de un SCR por red pasiva RC.
En el circuito de la Fig. 1 cuando la fuente AC es negativa, el voltaje inverso a través del SCR es aplicado al circuito de disparo (R1+R2)C1, cargando el capacitor C1 su placa superior negativa y su placa inferior positiva, por lo que el SCR no se activa. Cuando la fuente entra en su semiciclo positivo, el voltaje directo a través del SCR tiende a cargar C1 en la polaridad opuesta. Sin embargo, la formación de voltaje en la dirección opuesta es retardada por la constante de tiempo (R1+R2)C1 de la red pasiva RC. Este retardo en la aplicación de un voltaje positivo a la puerta, puede extenderse más allá de 90°. Cuanto mayor sea la magnitud de la resistencia del potenciómetro, más tiempo toma C1 en cargar positivamente su placa superior, y más tarde se activará el SCR [1].
Esta idea puede ampliarse utilizando cualquiera de los circuitos de disparo de la Fig. 2. En La Fig. 2a, se ha adicionado una resistencia en la terminal de compuerta, y se requiere por tanto que el capacitor se cargue por encima de 0,6 V para disparar al SCR. Con la resistencia conectada, el voltaje del capacitor debe alcanzar un valor lo suficientemente alto para inyectar la corriente de compuerta necesaria a través de la resistencia y hacia la terminal
3
de compuerta. Dado que C1 ahora se carga a un voltaje más alto, el disparo es aún más retardado. La Fig. 2b muestra una red RC doble para el control de compuerta. En este esquema, el voltaje retardado de C1 es utilizado para cargar C2, resultando aún más retardo en la formación del voltaje de compuerta. Los capacitores de la Fig. 2 generalmente están en el rango de 0.1 a 1 μF. Para la magnitud dada de los capacitores, el mínimo ángulo de disparo (máxima corriente de carga), se determina por medio de las resistencias R1 y R3 y el mínimo ángulo de disparo, (mínima corriente de carga), se determina sustancialmente por la magnitud de la resistencia variable R2.
Los fabricantes de SCR proporcionan curvas detalladas para ayudar a la selección de resistencias y capacitores para los circuitos de control de compuerta de la Fig. 2. En términos generales, cuando estos circuitos de control se utilizan con una fuente AC de 60 Hz, La constante de tiempo RC del circuito debe estar en el rango de 1 a 30 ms. Es decir, para el circuito simple RC de la Fig. 2a,
el producto (R1+R2)* C1
debe estar
en
el
rango de 1 ms a 30 ms. Para el circuito doble RC de la Fig. 2b, (R1+ R2)*C1 debe estar comprendido en este rango, lo mismo que R3C2.
R4
R4
R1
R1
V1 120 V 60 Hz
V1 R2 R3
SCR
120 V 60 Hz
R2 R3
SCR
C2 C1
(a)
C1
(b)
Fig. 2. Circuitos de disparo RC mejorados. a) Adicionando una resistencia en R3 en la compuerta. b) Adicionando una red R3C2 en la compuerta.
4
Las formas de onda de las señales para el circuito de la Fig. 2b se muestran en la Figura 3.
Fig.3. Graficas de las señales del circuito de disparo RC.
El uso de redes pasivas RC para disparo de TRIAC se muestra en la Fig. 4. El circuito 4a y 4b funcionan de forma muy similar a los circuitos de la Fig. 2 solo que en este caso al TRIAC conduce en dos direcciones cuando este se activa, produciendo en la carga una señal alterna de fase recortada para cada semiciclo, el TRIAC se activa cuando alcanza el valor de cebado o activación de compuerta Igt. Las formas de onda de las señales para este circuito se muestran en la Figura 5.
5
R4
R4
R1
R1
V1 120 V 60 Hz
V1 R2 R3
TRIAC
120 V 60 Hz
R2 R3
TRIAC
C2 C1
(a)
C1
(b)
Fig.4. a) Circuito simple de control de compuerta para un TRIAC. b) Circuito de control mejorado, el cual proporciona un amplio rango de ajuste del ángulo de disparo.
Fig.5. Graficas de las señales del circuito de disparo RC con TRIAC.
6
III. OBJETIVO Comprender el funcionamiento de circuitos de control de energía eléctrica con SCR y TRIAC usando redes pasivas RC (Resistiva-Capacitiva).
7
IV. MATERIAL Y EQUIPO:
Osciloscopio 3 canales diferenciales
Puntas de prueba con atenuación 100:1
R4
Foco
SCR
MCR12D o equivalente
TRIAC
MAC210-6 o equivalente
R1
Resistencia
22 KΩ
R2
Potenciómetro
500 KΩ
R3
Resistencia
50 KΩ
C1,C2
Capacitores
0.22µf
100 W 120 VAC
8
V. PROCEDIMIENTO Y METODOLOGIA EXPERIMENTAL 1.- Construya el circuito de la Figura 2b. En el caso de no tener los elementos de la lista de materiales con los valores indicados, recalcule los valores de los dispositivos a usar para un buen funcionamiento del circuito.
2.- Mida los voltajes en la carga, compuerta y SCR. Grafique las señales medidas. Verifique que sean las señales que esperaba ver.
Como se menciono en la primera sección de este documento, al agregar un capacitor al circuito de disparo de compuerta podemos retardar a más de 90 grados en angulo de disparo. En la Figura 6 se muestra la señal en la carga. Podemos observar que efectivamente el angulo de conduccion en la carga disminuyó debido a que el angulo de retardo aumento.
Fig. 6. Voltaje en la carga con SCR.
En la Figura 7 se muestra la caída de voltaje en las terminales del SCR asociada al mismo retardo de la Fig. 6.
Fig. 7. Voltaje en el SCR.
9
En la Figura 8 se muestra el voltaje en la compuerta, como era de esperarse solo se distorsiona (se activa) en el semiciclo positivo ya que se trata de un SCR.
Fig. 8. Voltaje en la compuerta del SCR.
4.- Construya el circuito de la Figura 4b y repita el paso 2 y 3 anteriores. Como se trata ahora de un Triac, las formas de onda serán similar a las del SCR, con la diferencia que el Triac puede comportarse como un circuito cerrado en ambos semiciclos se la señal de CA. Al igual que el SCR, el ángulo de disparo de un Triac puede ajustarse más allá de 90 grados si se agrega una red con dos capacitores en su circuito de activación de compuerta. En la Figura 9 se presenta el voltaje en las terminales de Triac y se prueba lo anterior al mostrar como el ángulo de disparo es mayor a 90 grados
Fig. 9. Voltaje en el Triac.
10
En la Figura 10 se muestra el voltaje en la carga referido a la disminución del ángulo de conducción relacionado con el incremento del ángulo de retardo a partir de las redes RC la compuerta.
Fig. 10. Voltaje en la carga.
En la Figura 11 se muestra el voltaje en la compuerta.
Fig. 11. Voltaje en la compuerta.
11
Todas las gráficas obtenidas en el laboratorio coinciden con las formas de onda presentes en el marco teórico, por lo que se demuestra que dicha teoría es verídica y el buen funcionamiento de los circuitos que se implementaron físicamente.
VI. DISCUSION DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES Realmente está a sido una de las practicas que se nos han facilitado más, debido a que ya conocíamos el funcionamiento del SCR y del Triac ya que los habíamos estudiado en prácticas anteriores pero con diferentes dispositivos de disparo en la compuerta.
12
VII. CONCLUSIONES
Los circuitos aquí presentes son de gran utilidad si se quiere tener un mayor control de potencia en la carga, ya que con las redes de RC agregadas en la compuerta es posible extender el ángulo de retardo más allá de 90 grados, y por ende controlar más gradualmente la potencia en la carga.
13
VIII. BIBLIOGRAFIA [1] MALONEY, TIMOTHY J. Electrónica industrial moderna. 5a. edición
14
