LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Campus Politécnico "J. Rubén Orellana R."
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Electrónica y Control Carrera de Ingeniería Eléctrica
LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA PRÁCTICA N°3 1. TEMA IMPLEMENTACION DE CIRCUITOS DE DISPARO
2. OBJETIVOS 2.1. Diseñar e implementar circuitos para la generación de señales de control utilizando la técnica de modulación de ancho de pulso (PWM) para el disparo de dispositivos semiconductores de potencia.
3. INFORMACIÓN La tecnología en el desarrollo de circuitos integrados ha tenido un enorme progreso logrando características de versatilidad, confiabilidad, tamaño reducido, sencillez en su uso, etc., facilitando el diseño y la implementación de circuitos para el control de sistemas electrónicos de potencia, un ejemplo es la técnica PWM estudiada en la práctica anterior. La generación de señales PWM de período y relación de trabajo variable no solamente se las puede obtener a través de microcontroladores o sistemas embebidos, sino también de manera analógica, es decir que se emplear amplificadores operacionales, compuertas lógicas y otros chips digitales para generar ondas PWM, las cuales pueden o no estar sincronizadas con la red.
Por ejemplo, para la generación de PWM no sincronizado con la red es común utilizar el integrado LM555 en modo a estable. 1
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Sin embargo, la sincronización con la red es muy importante cuando se desea disparar semiconductores de potencia en intervalos de tiempo específicos con respecto al voltaje sinusoidal de la red eléctrica. Por ejemplo, para generar una señal PWM se tiene los circuitos de rampa lineal sincronizada con la red (Figura 1) y rampa cosenoidal (Figura 2). 1
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Figura 1. PWM con rampa lineal sincronizada con la red 1
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Figura 2. PWM con rampa cosenoidal sincronizada con la red
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Con la realización de esta práctica, el estudiante estará en la capacidad de generar señales PWM sincronizadas y no sincronizadas con la red eléctrica mediante la utilización de la plataforma ARDUINO.
Figura 3. Conexión de un potenciómetro en ARDUINO A
B
Detección cruce por cero
Aislamiento Control signal
Detection signal
A
ARDUINO
B
Figura 4. Circuito de aislamiento entre control y potencia
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PWM int ledPin = 9;
// Conexión del LED en el pin 9
int analogPin = 0;
// Conexion del potenciómetro en el pin 3
int val = 0;
// Variable en donde se guardará el valor analógico leído
void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); // Se configure el pin del LED como salida TCCR1B = (TCCR1B & 0b11111000) | 0x01; } void loop() { val = analogRead(A0);
// Lee el valor analógico del potenciómetro
analogWrite(ledPin, val / 4); // Se escala el valor a un rango entre 0-255* }
PWM SINCRONIZADA POR LA RED #include
//Librería para generación de PWM
#include
//Librería para activar interrupciones
#define DETECT 2
//Asigno nombre para la detección cruce por cero
#define GATE 9
//Asigno nombre para el pin donde se obtendrá la señal
int i=483; void setup() { // Asignación de pines pinMode(DETECT, INPUT);
//Detecta el cruce por cero
digitalWrite(DETECT, HIGH);
//Habilita la Resistencia de Pull-up
pinMode(GATE, OUTPUT);
// Pin del microcontrolador por donde se obtendrá la señal
// Configurar Timer 1 //OCR1A = 100;
//Inicializa el comparador
TIMSK1 = 0x03;
//Habilita el comparador A y la interrupción por desborde
TCCR1A = 0x00;
//Asignación del registro del timer
TCCR1B = 0x00;
//Operacion normal, timer deshabilitado 4
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// Configurar la interrupción de cruce por cero. attachInterrupt(0,zeroCrossingInterrupt, CHANGE); //IRQ0 is pin 2. Llamar a la interrupción de cruce por cero para flanco de subida } //Rutinas de interrupción void zeroCrossingInterrupt(){
//Detección de cruce por cero
TCCR1B=0x04;
//Iniciar timer dividido para entrada de 256
TCNT1 = 0;
//Reset timer – Inicia el contador en cero
} ISR(TIMER1_COMPA_vect){ //Comparada el valor del timer con el valor establecido como límite digitalWrite(GATE,HIGH); //Coloca en 1L a la variable GATE TCNT1 = 65536-(500-i);
//Ancho de pulso
} ISR(TIMER1_OVF_vect){
//Desbordamiento Timer1
digitalWrite(GATE,LOW);
//Colocar 0L en la variable GATE
TCCR1B = 0x00;
//Des habilitar el timer
} void loop(){ int pot=analogRead(A0); pot=pot/2;
// Porque al dividir para dos tengo un numero entre 0 y 512
if (pot > 467)
// Para el 10% de la relación de trabajo (0.9*520.83=468.747)
{ pot=467;
// Se asigna un valor a la salida
} if (pot < 52)
// para el 90% de relación de trabajo (0.1*520.83=52.083)
{ pot=52; // do something here } i=pot; OCR1A = i;
//Asignar el valor del comparador a un registro.
}
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4. TRABAJO PREPARATORIO 4.1. Leer, analizar y asimilar la información del literal 3 de la presente hoja guía. Se evaluarán mediante coloquio los tópicos allí tratados. 4.2. Simular y presentar las formas de onda esperadas en los puntos indicados de la Figura 1 y la Figura 2. 4.3. Consultar un método para variar la frecuencia de una señal PWM generada en uno de los pines PWM del ARDUINO. 4.4. Traer armado el circuito de la Figura 4. 4.5. Mediante el uso de Arduino generar en uno de sus pines una señal PWM DE frecuencia y relación de trabajo que vaya de 0.1 a 0.9. 4.6. Mediante el uso de Arduino generar en uno de sus pines una señal PWM sincronizada con la red con una relación de trabajo que vaya de 0.1 a 0.9.
5. EQUIPO Y MATERIALES El equipo y elementos necesarios para realizar lo requerido en el preparatorio y durante el procedimiento del desarrollo de la práctica. Cada grupo deberá traer la fuente de alimentación de Arduino junto con la placa. Fuentes de poder del laboratorio. Osciloscopio Cables
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6. PROCEDIMIENTO 6.1. Antes de la realización de la práctica cada instructor tomara un coloquio acerca de la lectura, en base al mismo decidirá si el estudiante está preparado o no para realizar la práctica 6.2. Se procederá a poner en funcionamiento el circuito del numeral 4.4 del preparatorio y se capturará mediante el osciloscopio las formas de onda correspondientes a la señal de detección de cruce por cero, la salida PWM del ARDUINO y la señal de salida después del aislamiento.
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7. INFORME 7.1. Presentar, analizar y justificar las formas de onda tomadas en el osciloscopio y los datos obtenidos de las mismas. 7.2. Consultar los requerimientos mínimos para el disparo de semiconductores de potencia (TBJ, MOSfet, IGBT.) 7.3. Conclusiones y recomendaciones. 7.4. Referencias.
8. REFERENCIAS [1] Electrónica de Potencia, Mohan, 3ra edición.
Responsable: Grupo de Docentes del área de Electrónica de Potencia
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