INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PUEBLA INGENERÍA ELECTRÓNICA MATERIA. ELECTRÓNICA DE POTENCIA ETF1016 A
PROFESOR. ALBERTO JUÁREZ SÁNCHEZ
PRÁCTICA I. CARACTERIZACIÓN Y OPERACIÓN COMO INTERRUPTOR DEL TIRISTOR SCR
INTEGRANTES DEL EQUIPO I. GUERRERO GARCÍA LUIS ÁNGEL………………….…. 14221095 14221095 MEDINA RUÍZ GUSTAVO……………………………... GUSTAVO……………………………...… … 1422 1 4221137 1137 ROMERO DOMINGUEZ HUMBERTO……………..…….14221177 TLAHUIZ ESPÍRITU LUIS ANTONIO……………….…….. ANTONIO……………….…….. 14221191 14221191 RAMÍREZ TOSCA AXEL RICARDO…………………….. RICARDO…………………….. 14221167 14221167
FECHA DE DESARROLLO: 08 FEBRERO DE 2018 FECHA DE ENTREGA: 15 FEBRERO DE 2018 HORARIO. MARTES HORARIO. MARTES Y JUEVES. 9:00 – 11:00 Y VIERNES. 10:00 – 11:00 PERIODO: ENERO PERIODO: ENERO – JUNIO 2018
CARACTERIZACIÓN Y OPERACIÓN COMO INTERRUPTOR DEL TIRISTOR SCR OBJETIVO Conocer la forma de identificar las terminales de un Tiristor, sus características y su función básica como interruptor, operando con señal de CD mediante el circuito de disparo elemental.
MARCO TEÓRICO El rectificador controlado de silicio SCR (Silicon Controlled Rectifier), es un dispositivo de estado sólido tipo semiconductor que conduce la corriente eléctrica en su estado de encendido y la bloquea en su estado de apagado. El SCR dispone de tres terminales: Ánodo, Cátodo y Puerta, la conducción de la corriente entre Ánodo y Cátodo es controlada a través del terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.
ESTRUCTURA El tiristor (SCR), está formado por cuatro capas semiconductoras P y N. Estas cuatro capas forman 3 uniones PN: U1 (P1-N1), U2 (N1-P2) y U3 (P2-N2), que se corresponden con 3 diodos. El comportamiento de estos diodos no es independiente, ya que hay capas comunes entre ellos, y por tanto habrá interacciones que determinan el comportamiento final.
Comparado con el diodo semiconductor, el SCR controla la entrada en conducción de la corriente eléctrica entre los terminales ánodo al cátodo por medio de un pulso de cebado aplicado en el terminal de puerta (G).
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En la figura siguiente se observan: El símbolo electrónico del SCR y dos de las diferentes estructuras de ensamble, de acuerdo con capacidad de corriente de maniobra.
FUNCIONAMIENTO DEL SCR El SCR es un dispositivo rectificador de la familia de los tiristores, sólo permite la circulación de corriente eléctrica en la dirección ánodo - cátodo cuando se hace efectivo el pulso de cebado o disparo aplicado en la puerta. En el caso típico de rectificación la tensión alterna CA, monofásica o trifásica, el SCR sólo conduce durante los semiciclos positivos de la señal de voltaje. El SCR entra en estado de conducción cuando la tensión entre el ánodo y el cátodo es positiva y se aplica el pulso de disparo en la puerta; el SCR se apaga en forma natural, cuando la corriente entre los dos terminales principales cae por debajo de la corriente de mantenimiento especificada por el fabricante. Cuando el SCR está encendido el voltaje ánodo - cátodo es del orden de 1 voltio y cuando está apagado se somete a una tensión inversa cuyo valor máximo no debe superar la tensión de ruptura para evitar que entre en avalancha y se destruya. El SCR también está apagado con tensión positiva entre ánodo y cátodo si no sea aplica el pulso de cebado.
CURVA CARACTERÍSTICA En la siguiente figura se presenta la curva de característica ideal del SCR, en la cual se aprecian tres zonas.
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Zona 1: VAK positiva (ánodo con mayor potencial que cátodo). La IA (intensidad de ánodo) puede seguir siendo nula. El dispositivo se comporta como un circuito abierto (se encuentra en estado de bloqueo directo). En esta condición la tensión ánodo-cátodo no debe superar el voltaje de ruptura directo especificado por el fabricante. Zona 2: VAK positiva. En este instante se introduce una señal de mando por la puerta que hace que el dispositivo bascule del estado de bloqueo al estado de conducción, circulando una IA por el dispositivo, intensidad que estará limitada sólo por el circuito exterior y la cual no debe superar la corriente máxima establecida por el fabricante. El elemento está en estado de conducción. El paso de conducción a corte se hace polarizando la unión ánodo - cátodo en sentido inverso provocando que la intensidad principal que circula se haga menor que la corriente de mantenimiento (IH). Zona 3: VAK negativa. La IA es nula, por lo que el dispositivo equivale a un circuito abierto, encontrándose en estado de bloqueo inverso. La magnitud de la tensión no debe superar el voltaje de pico inverso de los datos del fabricante para el dispositivo. NOMENCLATURA DE LOS SCR La nomenclatura utilizada para distinguir los diferentes parámetros está compuesta por la magnitud (V) para la tensión, (I) para la intensidad y (P) para la potencia, seguido de diferentes subíndices que describen rangos y parámetros del elemento. Los subíndices se desglosan en la siguiente tabla.
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PRINCIPALES PARÁMETROS
VRDM: Máximo voltaje inverso de cebado (VG = 0) VFOM: Máximo voltaje directo sin cebado (VG = 0) IF: Máxima corriente directa permitida. PG: Máxima disipación de potencia entre compuerta y cátodo. VGT-IGT: Máximo voltaje o corriente requerida en la compuerta (G) para el cebado IH: Mínima corriente de ánodo requerida para mantener cebado el SCR dv/dt: Máxima variación de voltaje sin producir cebado. di/dt: Máxima variación de corriente aceptada antes de destruir el SCR
MATERIAL Y EQUIPO Material 1 Tiristor SCR C106D 1 Resistencia de 10kΩ de ½ Watt 1 Resistencia de 220Ω de ½ Watt 1 Led 1 Potenciometro de 100kΩ 1 Protoboard 1 Push - Botton Cables
Equipo 1 Fuente simple 2 Puntas Banana – Caimán 1 Multímetro Digital
PROCEDIMIENTO Y RESULTADOS 1. Usando el multímetro como óhmetro conecte la terminal común del multímetro en una de las terminales del SCR y la otra terminal del multímetro conéctela a otra de las terminales del SCR. Intercambie las termínales del multímetro en las terminales del SCR hasta que pueda identificar la compuerta, el cátodo y el ánodo.
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Descripción Terminales del multímetro colocadas en las terminales del SCR, para encontrar: Ánodo, Cátodo y Puerta. Para identificar el A – C, el multímetro nos debe marcar una resistencia de 40 a 800 Ω. Ya que, si es infinita, significara que no estamos detectando bien el A – C. EQUIPO 1
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En nuestro caso nos marcó una resistencia de 681Ω. Entonces la identificación de las terminales nos quedó de la siguiente manera: Terminal 1: Cátodo (k) Terminal 2: Ánodo (A) Terminal 3: Puerta (G)
Cabe mencionar que es importante que la terminal positiva del multímetro se conecte al Ánodo y la terminal negativa al Cátodo para que podamos medir alguna resistencia, de no ser así se mostrara una resistencia infinita.
Para comprobar que fue correcto el hallazgo de las terminales del SCR, lo comprobaremos con su hoja de datos. Entonces nos queda: Terminal 1: Cátodo (k) Terminal 2: Ánodo (A) Terminal 3: Puerta (G)
Resultado: Fue correcta la identificación del A – C del SCR, ya que con el multímetro lo identificamos y con su hoja de datos del SCR C106D comprobamos que en ese orden está el Ánodo, Cátodo y Puerta.
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2. Recuerde que cuando el SCR esta apagado existe una alta impedancia entre el ánodo y cátodo.
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Descripción Resultado: Como se menciona el SCR tiene una alta impedancia cuando se mantiene apagado, por ello con un inductometro medimos que la impedancia del SCR es de 680Ω.
3. En el manual de especificaciones técnicas encuentre la corriente mínima de compuerta la corriente de sostenimiento y la corriente alterna. Resultado:
4. Implemente el siguiente circuito
Circuito
Circuito Aplicado
Resultado: Como vemos en la imagen de la derecha, esta empleado el circuito de la imgen de la izquierda, lo unico que cambia es la resistencia de 220Ω por un pot = 10kΩ, esto con el fin de poder variar el tiempo que tarda en dispararse el SCR. EQUIPO 1
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5. Con SW abierto, mida y anote el voltaje entre el ánodo – cátodo.
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Resultado
Medición del voltaje ente A – C = 6.99V. cabe mencionar que el circuito esta energizado con 9V.
6. Active instantáneamente SW, y luego desactive. Mida el voltaje ánodo – cátodo. Repita lo anterior y escriba sus conclusiones de acuerdo con lo observado.
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Resultado
Medición del voltaje ente A – C = 0.7V. cabe mencionar que el circuito esta energizado con 9V y el SW fue cerrado por un instante.
Conclusión: Al activarse el SCR, el led queda excitado debido al paso ininterrumpido de la corriente, aunque quisiéramos de nuevo presionar el botón para tratar de apagar el led, esto no surte efecto, ya que el SCR sigue conduciendo corriente después de dispararse la señal de control a menos que se quitara la alimentación de la fuente (9V).
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7. Disminuya el voltaje polarización y anote el valor de la corriente a través del SCR.
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Resultado Gracias al potenciómetro podemos variar el voltaje de polarización del SCR. Cuando la resistencia del pot = 0 el led se quema, y cuando la resistencia del pot = 6.5kΩ el led soporta la corriente.
Haciendo que la corriente entre el A – C = 0.42mA esto es cuando el SCR está operando. Mientras que la medición del A-C = 0 cuando el SCR no está operando.
CUESTIONARIO 1. Las siglas SCR significan rectificador controlado de silicio. Explique el uso de la palabra rectificador en el nombre. Se llama rectificador debido a que es un diodo y al introducir una señal alterna a través del SCR solo deja pasar los semiciclos positivos impidiendo el paso de los negativos rectificando la señal de entrada.
2. ¿Por qué no hay continuidad entre el ánodo y cátodo? Porque hay un diodo, y existe una muy alta impedancia entre estas terminales y hasta que no existe un paso de corriente a través de ellas, no conducen, en el caso de los diodos normales, en este caso como es un SCR, estas terminales no conducen hasta que recibe una señal de la compuerta.
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3. ¿Por qué no hay continuidad entre la compuerta y el ánodo? Porque recordemos que el SCR es una unión de dos elementos NP (NPNP) y en el caso de la compuerta y el ánodo las terminales son de materiales tipo P. 4. ¿Qué pasa entre la compuerta y el cátodo? Porque existe una alta impedancia, del orden los MΩ, para esta práctica se midieron dos SCR, el primero nos dio 1,1MΩ y el segundo 1,7MΩ
5. ¿Qué eventos deben de ocurrir para hacer que un SCR se dispare? Debe de haber una cantidad mínima de corriente en la compuerta para que se dispare el SCR.
6. Expliqué el significado de los siguientes términos: V BO, IL, IGT, IH, dv/dt y di/dt. IL: Corriente de enganche, es la corriente mínima que hace que el SCR continúe en operación. IGT: Corriente de compuerta, es la corriente que necesita un SCR en la compuerta para activar el diodo. IH: Corriente de sostenimiento, es la corriente que se necesita para tener en operación al SCR. dv/dt: Valor mínimo de la pendiente de tensión por debajo de lo cual no se produce el cebado sin señal de compuerta. di/dt: Valor mínimo de la pendiente de la intensidad por debajo de la cual no se producen puntos calientes.
7. Después de que un SCR se ha disparado ¿Qué efecto tiene la señal de compuerta en el SCR? Esta señal se mantiene y no se puede desactivar hasta que se desenergize la fuente de alimentación.
8. A grandes rasgos ¿Qué voltaje aparece a través de las terminales del ánodo y el cátodo del SCR de potencia mediante después de dispararse? El voltaje baja alrededor de 0,75V
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CONCLUSIÓN Podemos concluir que la practica analizamos y observamos el comportamiento del SCR, esta práctica realizó con un multímetro para que de esta manera observáramos los valores en la hoja de datos del SCR C106, las terminales del multímetro las ocupamos para identificar el ánodo y el cátodo. La segunda parte de la practica fue implementar un circuito con el SCR que nos permitía observar como el circuito actuaba como un bloqueo forzado, es decir, que, al activarse el SCR, el led queda excitado debido al paso ininterrumpido de la corriente, aunque quisiéramos de nuevo presionar el botón para tratar de apagar el led, esto no surte efecto, ya que el SCR sigue conduciendo corriente después de dispararse la señal de control a menos que se quitara la alimentación de la fuente (9V). Los SCR se utilizan en aplicaciones de potencia, en el campo del control, por ejemplo, control de motores, debido a que puede ser usado como un interruptor electrónico.
BIBLIOGRAFÍA http://suconel.com.co/home2/suconelc/public_html/images/stories/Resour ces/SCR.pdf http://mrelbernitutoriales.com/tiristor-scr/ https://unicrom.com/scr-silicon-controled-rectifier/ http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet2/a/0adkd1fir6aysqggdsaog5 h6ptcy.pdf
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