ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361
Luis Mauricio Cala Arias, 2101153
Electrónica de Potencia, J2 Docente: Nelfor Castelblanco INFORME N°3
Funcionamiento Funcionamiento del SCR en DC Control ON-OFF I.
INTRODUCCIÓN
El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier ) es un tipo de tiristor formado tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor.
alterna el SCR se des-excita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito.
Figura 1. Símbolo del SCR
Figura 2. Estructura básica del SCR
Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y puerta. La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. Trabajando en corriente
El pulso de disparo ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo si se está trabajando en corriente alterna. En este último caso, según se atrase o adelante el pulso de disparo, se controla el punto (o la fase) en el que la corriente pasa a la carga. Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento 1
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361
(en la práctica, cuando la onda senoidal cruza por cero). Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de puerta. Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito existente entre la puerta y el ánodo. Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control, especialmente control de motores, debido a que puede ser usado como interruptor de tipo electrónico.
II.
OBJETIVOS
Realizar el montaje de un circuito controlado por un SCR. Demostrar el funcionamiento de los pulsadores junto al funcionamiento de los SCR. Conocer los parámetros descritos en el datasheet de los SCR. Con el conocimiento previo de los pulsadores, realizar un montaje que me permita apagar y encender un circuito.
ELEMENTOS UTILIZADOS EN LA PRÁCTICA 1 SCR – MCR100-6
III.
MARCO TEORICO
El SCR (silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio, Figura 1), es un dispositivo biestable formado por tres uniones pn con la disposición pnpn (Figura 2). Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.
IV.
TOMA DE DATOS
Primera Parte Se partió de ciertos datos para los Led’s y
para el SCR.
SCR
LED
-- -- -- Tabla 1. Datos teóricos del SCR y del Led.
Estos datos se extrajeron de los datasheet de cada elemento y con la ayuda del docente para saber que significaba cada termino y “enlazarlo” a la hoja de datos.
2 Led’s
2 Pulsadores N.O (normalmente abiertos). 2 Resistencias
2
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361 DESARROLL O TEORICO.
Se parte de los valores de las resistencias R 1 y R 2.
1.7 V (valor teórico) y que la caída de tensión VAK del SCR es de aproximadamente 1.7 V se obtiene el valor experimental de la resistencia R1. El valor base de la corriente es de 13.5 mA.
Figura 2. Circuito trabajado en la practica.
De la malla 1, cuando S1 se cierra (se pulsa) y partiendo del hecho de que la tension VGK es de aproximadamente 0.6 V (en la teoria) y que la corriente necesaria para que funcione el SCR debe estar por encima de 200 µA (asumimos una corriente de 2.5 mA) obtenemos el valor de la resistencia R2.
Por cuestiones de valores estándares en el mercado, se utilizó una resistencia de 4.7 kΩ siendo la corriente de:
Esta corriente es necesaria y suficiente para que el SCR funcione correctamente.
()
Por valores comerciales se utilizó una resistencia R1 de 510 Ω. Los valores utilizados en la práctica de la resistencia R1 y R2 son:
Se procede a encontrar los valores teóricos de las caídas de tensión en cada elemento del circuito.
Malla 1 () ()
Malla 2 ( ) ()
De la malla 2, cuando el pulsador se levanta, se pone como base una corriente que soporte los Led’s, esta corriente esta
entre 10 mA y 35 mA y sabiendo que la caída de los Led’s es de aproximadamente 3
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361
Variable
Medida [V]
6.885 1.7 1.7 1.7 11.75 0.6
Tabla 2. Datos teóricos de las caídas de tensión en cada elemento del circuito de la figura 1.
DESARROLL O EXPERMEN TAL
En el laboratorio se procedió a medir la caída de tensión en cada elemento del circuito, en la siguiente tabla se muestra el resumen de los datos medidos.
Variable
Medida [V]
7.3 1.94 1.93 0.78 11.23 0.73
Tabla 3. Datos medidos con un multímetro en el montaje realizado en la práctica.
Segunda parte En la segunda parte de la práctica se solicitaba por parte del docente colocar un pulsador en algún lado del circuito para que funcionara de la siguiente manera: Al oprimir el pulsador S1 los diodos se encienden y luego al oprimir el pulsador S2 los diodos se apagan, el proceso se vuelve repetitivo.
Figura 3. Circuito montado en la práctica para la segunda parte del objetivo del experimento.
Como ya se mencionó en la introducción y en el marco teórico, el SCR tiene un funcionamiento interno y este a su vez está ligado al funcionamiento de tres “zonas”, lo que se hizo en la práctica fue
algo muy sencillo de explicar; cuando el pulsador S2 está abierto el circuito funciona tal cual como había venido funcionando pero cuando el pulsador S2 se oprimía lograba que la tensión en el ánodo y cátodo fuese cero, logrando así que “prime” la tensión en la compuerta y
el cátodo y es por eso que los diodos se apagaban; cuando S2 se pulsaba se activaba la malla dos y en la malla 1 no circulaba corriente.
V.
ANALISIS DE RESULTADOS
Variable VR1 VLed-D1 VLed-D2 VAK VR2 VGK
% Error 6.03 11.12 13.53 54.12 4,43 21.67
Tabla 4. Porcentaje de error existente entre el valor teórico con el valor medido en el laboratorio.
Al comienzo de la práctica se tomaron datos tales como la corriente que pasa por la malla 1 y por la malla 2, con esta suposición se procedió a encontrar unos 4
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361
valores de resistencia para luego proceder con los objetivos formales de la práctica. Como puede observarse en la tabla 4, los porcentajes de error en las caídas de la tensión de cada elemento (R1, R2, Led 1, Led 2 , voltaje entre ánodo y cátodo del SCR y voltaje entre compuerta y cátodo del SCR) es relativamente pequeño, aunque eso no sucede con la tensión entre ánodo y cátodo del SCR, su porcentaje de error es bastante significativo, las razones por las cuales esto pudo suceder es ´porque el SCR al ser un elemento semiconductor es sensible a muchos componentes ambientales tales como la temperatura.
Este circuito fue curioso ya que al momento
VII.
OBSERVACIONES
el
“ingenio”
y
las
bases
circuitales se logró un gran objetivo de la practica y era mantener un control ON/OFF del circuito y esto se veía
reflejado
cuando
los
CONCLUSIONES
El funcionamiento de un SCR es bastante utilizado en aplicaciones donde se requiere un control de apago y encendido, en esta práctica se pudo visualizar por medio de los led’s ese
funcionamiento; con un SCR y con un
led’s
prendían y se apagaban. Cuando se mencionó la segunda parte de la práctica, en donde se pedia colocar en algún lado del circuito otro pulsador para lograr el efecto de on/on se pensó en el circuito mostrado a continuación:
sin
la resistencia por una sola resistencia y este efecto se dejo de cumplir con lo que se pueda estar tranquilos en que la teoría funciona casi parecida a la práctica (no es igual, son dos mundos aproximados.)
fueron medidos con el multímetro, esto implica que tienen cierto porcentaje de incertidumbre y su valor estimado y luego medido en el circuito tienen diferencias.
Con
estar
led’s. Se hizo el cambio de los led’s y
compuerta y cátodo del SCR y los led’s
S”
funcionamiento el circuito era el original, cuando se pulsó S2 se logró el efecto que se estaba buscando, un controlador de encendido y apagado, aunque se puede decir que fue un azar circuital ya que solo funciono con
Los valores de caída de tensión en la
VI.
de
pulsador se logro esta “artimaña”
circuital. Se pudo comprobar el funcionamiento del tiristor como un conmutador o interruptor ideal ya que con la ayuda del pulsador se lograba visualizar que este efecto realmente estaba ocurriendo. Debido a la incertidumbre que presentan los equipos de medida y a las condiciones atmosféricas se obtuvieron porcentajes de errores 5
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361
considerables teniendo en cuenta que se estaba trabajando con elementos que se dejan afectar por las condiciones anteriormente mencionadas.
VIII. BIBLIOGRAFIA
Rashid Muhammad H. Electrónica de potencia. Circuitos, dispositivos y aplicaciones. Segunda Edición. Prentice Hall, 1995. Dewan S. B., Straughen A. Power semiconductor circuits. John Wile & Sons. 1975.
6
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA, ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES Electrónica de Potencia, 23361
7