Encendido y Apagado de un Tiristor Abstract — — In this document different methods to activate
and deactivate a thyristor are presented, some current and voltage measure are made in order to determine the principal parameters parameters of SCR. I.
INTRODUCCION.
El rectificador controlado por silicio (abreviado como SCR) es un conmutador semiconductor de tres terminales, este dispositivo que es probablemente el elemento de circuito más importante después del diodo y el transistor fue inventado en 1957. El SCR se puede usar como un interruptor controlado controlado para realizar varias funciones como la rectificación, la inversión y la regulación del flujo de potencia. El SCR ha asumido suprema importancia importancia en la electrónica porque se puede producir en versiones para manejar corrientes hasta varios miles de amperios y voltajes de hasta más de 1 kV. II.
Figura 2. Voltaje V GK justo justo antes de presentarse el disparo del tiristor.
2. PROCESO DE CONMUTACIÓN FORZADA DE UN S.C.R. Se realiza el montaje (implementación) del circuito mostrado en la figura 3.
PROCEDIMIENTO.
1. PROCESO DE ENCENDIDO Y APAGADO DE UN S.C.R Se implementa el circuito mostrado en la figura 1, en el cual aparece el SCR en estado de bloqueo directo, se utiliza una fuente de Vcc para realizar realizar el disparo al dispositivo, dispositivo, se abre el interruptor de disparo y se cierra el interruptor de bloqueo.
Figura 3. Bloqueo por tensión inversa .
En este caso se hace uso de un condensador de tal manera que cuando el interruptor de bloqueo se conecta en la posición superior el SCR se dispara y cuando se conecta en la posición inferior el SCR se bloquea. El disparo del tiristor se produce para una corriente I GK de aproximadamente de 150 μA, esto se da cuando el
Figura 1. Encendido y bloqueo del SCR.
Se incrementa gradualmente la fuente de 5 Vcc, hasta que el SCR se dispara, los valores V GK e IGK, son aproximadamente de 150 μA y 0.774 V respectivamente justo antes de producirse producirse el disparo disparo del tiristor, tiristor, ver figura 2. Una vez se produce el disparo se abre el interruptor de la compuerta y se observa que el estado de conducción se mantiene, el SCR deja de conducir cuando se abre el interruptor de bloqueo.
interruptor de bloqueo se encuentra conectado en la parte superior , momento en el cual el dispositivo esta conectado en directo, es decir que la tensión en el ánodo es mayor a la tensión en el cátodo, en este momento el condensador queda en paralelo con la resistencia, cuando el interruptor de bloqueo se conecta en la parte inferior, el condensador queda conectado en paralelo con el tiristor, presentándose una tensión inversa en el dispositiv d ispositivo, o, llevándolo al bloqueo.
3. E NCENDIDO
DE OPTOACOPLADOR .
UN
S.C.R
USANDO
Se implementa e circuito mostrado en la figura 4, en este caso se hace uso de un elemento opto-acoplador, el cual funciona como un interruptor activado mediante la luz emitida por un LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac.
Figura 4. Circuito de encendido usando opto-acoplador.
Figura 5. Circuito de disparo con opto-acoplador y apagado natural.
A diferencia del caso anterior el SCR no queda en estado de conducción permanentemente, ya que en el cruce por cero de la onda de tensión de la carga, el dispositivo se bloquea (apaga). El dispositivo se bloquea solo debido a que justo antes de la transición de + a – de la tensión de carga, la corriente por el ánodo se hace menor a la corriente mínima de conducción denominada corriente de mantenimiento I H, por lo anterior el interruptor de bloqueo se hace innecesario. La figura 6 muestra la forma de onda obtenida para esta configuración, en este caso se dispuso de dos generadores de señales disponibles en el laboratorio, en uno de estos se genera un tren de pulsos con el cual se simula la apertura y el cierre del interruptor de disparo de forma periódica y con el otro generador se obtiene la señal sinusoidal de la fuente de alimentación, estos generadores se sincronizan a una única frecuencia.
La función del opto-acoplador es aislar física y por tanto eléctricamente los circuitos de control y de potencia. El SCR no se bloquea por sí solo, ya que es necesario una de la siguientes condiciones entre otras para que esto suceda.
Reducción de la corriente del ánodo por debajo de la corriente de mantenimiento del dispositivo (I H) (Apertura del interruptor de bloqueo). Aplicar una tensión inversa entre al ánodo y el cátodo. Figura 6. Forma de onda obtenida en la carga para la implementación del circuito de disparo con opto-acoplador y apagado natural.
4. PROCESO DE CONMUTACION NATURAL DE UN SCR . Para este punto se implementa el circuito mostrado en la figura 5, en este caso la fuente de la carga es alterna, con un valor RMS de 18 V.
III.
RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS PROPUESTAS
1. Para los circuitos de las figuras 4 y 5, ¿Qué modificaciones deben realizarse para alcanzar los mismos resultados si en vez de opto-acopladores se tienen transformadores de pulsos?
En ambos elementos se busca aislar las etapas de control y la de potencia por la gran diferencia en niveles de tensión existente entre estas, con el opto-acoplador como se puede observar en las figuras 4 y 5 es necesario una segunda fuente de alimentación, sin embargo en el diagrama 4 la fuente del transformador de pulsos puede ser la misma de la
carga teniéndose una relación de transformación apropiada [1]. 2.
¿Qué ventajas tiene el uso del opto-acoplador y del transformador de pulsos?
Los transformadores de pulsos solo tienen un devanado primario, y pueden tener uno o más devanados secundarios. Con varios devanados secundarios se pueden tener señales simultáneas de compuerta para tiristores conectados en serie o paralelo. En un buen transformador de pulsos debe tener aislamiento galvánico y capacitancia distribuida.
Opto-acoplador
Ventajas
Buena respuesta a bajas frecuencias Se encuentra disponibles dispositivos compactos a bajo precio comparados con el transformador de pulsos.
Desventajas: Requieren alimentación externa para funcionamiento Pobre respuesta a frecuencias elevadas.
su
Transformador de pulsos
Ventajas: No requiere potencia externa para su operación Su uso es simple
La baja capacitancia de acoplamiento también es fundamental para proteger el circuito. El rango de frecuencia y la conformidad de la señal se determinan mediante factores externos como capacitancia entre el bobinado, la capacitancia individual en cada bobinado e incluso la resistencia. Los transformadores de pulsos esta diseñados según los grados de potencia, los valores de la tensión, la inductancia, la frecuencia de operación, el tamaño la resistencia, el rango de frecuencia y la capacitancia de bobinado. 6. Mostrar un circuito detallado explicando la función de cada uno de los componentes para el encendido de un SCR con transformador de pulsos.
Desventajas: Se satura a frecuencias bajas por lo tanto puede ser utilizado para altas frecuencias. Debido al acoplamiento magnético la señal se distorsiona.
3.
¿Cuáles son límites de aplicación para un optoacoplador?
Dentro de los parámetros a tener en cuenta al momento de seleccionar un dispositivo opto-acoplador se encuentra:
4.
Razón de transferencia de corriente (CTR) Voltaje de aislamiento de entrada a salida (Viso) Voltaje colector-emisor máximo. (V CE) Ancho de banda. Tiempo de Respuesta ¿Cuál es la función de un transformador de pulsos?
Dentro de las funciones del transformador de pulsos se encuentran las siguientes:
5.
Cambio de la amplitud del pulso de voltaje Invertir la polaridad del pulso Acoplamiento de diferentes etapas Aislamiento ¿Cuáles son los principales criterios de diseño para un transformador de pulsos?
Figura 7. Circuito de disparo para SCR con transformador de pulsos simplificado.
En la figura 7 se muestra un circuito de disparo para SCR, en el cual se utiliza un amplificador operacional como comparador , cuya salida se conecta a la base de un transistor BJT,, el cual hace las veces de interruptor para el primario del transformador de pulsos, cuyo secundario alimenta la puerta del SCR. 7. Explicar las ventajas de modular los pulsos de encendido para un SCR.
La ventaja de modular los pulsos de encendido para un SCR consiste en el control de potencia de corriente alterna en los reguladores, lámparas, calentadores eléctricos y motores eléctricos y otros dispositivos.
8.
¿Cuáles son los límites de aplicación de un transformador de pulsos?
El transformador de pulsos debe tener una inductancia de fuga muy pequeña y el tiempo de subida del pulso de salida deberá ser muy pequeño con un pulso relativamente largo y con baja frecuencia de conmutación. 9. ¿En circuitos para control de alta tensión, cuáles son los métodos de acople de la señal de encendido para un SCR?
Activación del tiristor en corriente continua: El tiristor se comporta como un circuito abierto hasta que se activa su compuerta (GATE) con un pulso de tensión que causa una pequeña corriente. El tiristor conduce y se mantiene conduciendo, no necesitando de ninguna señal adicional para mantener la conducción. IV.
CONCLUSIONES
El tiristor puede ser visto como un interruptor, que no tiene partes móviles, presentan mayor velocidad de respuesta, silenciosos, sin contactos electromecánicos y que pueden controlarse eléctricamente. A diferencia de otros elementos semiconductores un tiristor presenta únicamente dos estados, activado o desactivado. Aunque la forma de activar un tiristor es superar la tensión mínima entre la puerta y el emisor (V GT), lo cual se refleja en una corriente mínima para conducción a través de la puerta (I GT), la desactivación de este no se genera al retirar esta corriente, el dispositivo queda enclavado. Dado la gran diferencia en los niveles de tensión y de corriente entre los circuitos de control y de potencia que se pueden presentar en un arreglo con tiristores, se utilizan elementos para aislar físicamente estos niveles, los cuales pueden ser opto-acopladores o transformadores de pulsos, en donde cada uno de estos presenta sus propias ventajas y desventajas a nivel de respuesta ante diferentes frecuencias, potencia externa requerida, costos, etc. REFERENCIAS [1] Power Electronics handbook 3ed - Muhamma H. Rashid
