UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
LABORATORIO N°03: CONVERTIDOR CONTROLADO MONOFASICO DE
MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA.
CURSO:
ELECTRONICA DE POTENCIA ESTUDIANTES:
AMAYA VITE ALBERTO
20102006B 20102006B
PEREZ NEYRA JHORDAN
20104021I 20104021I
PROFESOR: ING.
AREVALO MACEDO ROBINSON
UNI - 2012
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2012
CONTENIDO
OBJETIVOS ............................................................................................................................... 2 FUNDAMENTO TEORICO ......................................................................................................... 2 Rectificadores controlados ...................................................................................................... 2 1.
Rectificador monofásico controlado de media onda y carga resistiva ............................... 3 Tensión media en la carga................................................................................................... 4 Tensión eficaz en la carga ................................................................................................... 5 Tensión inversa máxima soportada por el tiristor (VR) ......................................................... 5 Corriente media en la carga................................................................................................. 5 Corriente eficaz en la carga ................................................................................................. 5
2.
Rectificador monofásico controlado de onda completa..................................................... 5 Tensión media en la carga................................................................................................... 6 Tensión eficaz en la carga ................................................................................................... 7 Intensidad media en la carga ............................................................................................... 7
INSTRUMENTOS Y MATERIALES ............................................................................................ 8 PROCEDIMIENTO ..................................................................................................................... 9 RESULTADOS ......................................................................................................................... 11 CUESTIONARIO ...................................................................................................................... 15 OBSERVACIONES................................................................................................................... 16 CONCLUSIONES .....................................................................................................................16
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Laboratorio N°03: CONVERTIDOR CONTROLADO MONOFASICO DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA.
OBJETIVOS Diseñar e implementar un convertidor monofásico controlado de media onda. Diseñar e implementar un convertidor controlado monofásico de onda completa.
FUNDAMENTO TEORICO
Rectificadores controlados
Los rectificadores que hemos visto hasta ahora estaban basados en diodos, semiconductores sobre los cuales no tenemos ningún control ni de encendido (puesta en conducción) ni de apagado (bloqueo). Si queremos controlar la tensión de salida de un rectificador, es necesario utilizar semiconductores de potencia que puedan ser controlados. Lo más usual es utilizar dispositivos de la familia de los tiristores. Por tanto, se puede decir que los rectificadores controlados reciben este nombre por que utilizan un dispositivo de control, en este caso el tiristor. Se utilizan las mismas topologías que en el caso de los rectificadores no controlados, pero sustituyendo los diodos por tiristores. La ventaja de utilizar tiristores viene dada por la capacidad de éstos de retardar su puesta en conducción, sucediendo ésta cuando la tensión ánodo-cátodo sea positiva y además reciba un pulso adecuado de tensión y corriente en su puerta. Al retardar el ángulo de disparo es posible variar la tensión rectificada de salida, de ahí el calificativo de “controlados”. En los rectificadores controlados, por lo tanto, se controla la puesta en conducción del tiristor y el bloqueo se realiza de forma natural cuando se anula la corriente por el dispositivo.
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1. Rectificador monofásico controlado de media onda y carga resistiva La figura 1 muestra la topología de un rectificador monofásico de media onda controlado. Durante el semiciclo positivo de la tensión de entrada, la tensión ánodo-cátodo es positiva, de manera que el SCR puede entrar en conducción. Si en el instante α respecto al paso por cero de la tensión de entrada el circuito de control genera un pulso en la puerta del SCR, éste empezará a conducir, haciendo que circule corriente por la carga. En el instante π, la tensión en la carga se anula, provocando que la corriente sea nula y en consecuencia, bloqueando de forma natural el SCR. El ángulo de disparo α o ángulo de fase se expresa en grados, para que su valor sea independiente de la frecuencia, si bien en la realidad equivale a unos ciertos milisegundos. Controlando el ángulo de disparo de los tiristores somos capaces de enviar más o menos energía a la carga, con lo que estamos controlando el valor medio de la tensión de salida del rectificador. La figura 2 muestra las formas de onda de la tensión de entrada, la tensión en la de carga, la corriente en la carga y la tensión ánodo-cátodo del SCR.
Figura 1. Circuito rectificador controlado monofásico de media onda
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Figura 2. Formas de onda de un rectificador monofásico controlado de media onda: tensión en la entrada (vS), tensión en la carga (v O), intensidad en la carga (i O) y tensión ánodo-cátodo del SCR (v T).
Tensión media en la carga
Si Vmax es el valor de pico de la tensión de entrada, tenemos que:
∫
Para
α=0°, la tensión media en la carga será:
[]
()
valor que corresponde a un
rectificador monofásico de media onda no controlado.
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Tensión eficaz en la carga
Tensión inversa máxima soportada por el tiristor (VR)
Esta tensión será la máxima de entrada para α = π/2, por lo tanto: VR= Vmax Corriente media en la carga
Corriente eficaz en la carga
2. Rectificador monofásico controlado de onda completa La gifura3. Nos muestra el esquema del circuito, donde haciendo uso de tiristores tipo SCR hace posible el control de fase de una onda completa. Los tiristores T1 y T4 conducirán durante el semiciclo positivo de la entrada, y los tiristores T2 y T3 en el negativo. Eso quiere decir que los tiristores se dispararán de dos en dos con un ángulo de fase α retardado a partir del paso por cero de la tensión de entrada. La figura 4 muestra las formas de onda de la corriente de entrada y de la tensión de salida del rectificador.
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Figura 3. Rectificador monofásico totalmente controlado. Tensión media en la carga
Figura4. Formas de onda del puente r ectificador totalmente controlado, con carga resistiva.
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Tensión eficaz en la carga
Intensidad media en la carga
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INSTRUMENTOS Y MATERIALES Osciloscopio digital Multímetro digital 04 tiristor 2N3669o su equivalente (BT151-500R) 01 PROTOBOARD Un motor DC Condensadores con los valores de su diseño. ( 4.7 uF) Resistencias con los valores de su diseño (2W). 01 potenciómetro de 250K para 2W
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PROCEDIMIENTO 1.
Diseñar un circuito de disparo de un tiristor, usando los circuitos integrados utilizados en el laboratorio 2.
2.
Armar el circuito de la figura, con un valor de Vs conveniente para obtener la tensión continua que requiere la carga elegida.
1
2
220V Vp
T
Vs
60Hz 2
3.
1
Seleccionar en el circuito de disparo un ángulo de 60 ° aproximadamente, colocando el motor DC como carga, cerrar SW1 y luego SW2 y medir la corriente DC y eficaz, así como la tensión DC y eficaz en la carga.
4.
Colocar la punta del osciloscopio entre los terminales de la carga y grafique la forma de onda de la tensión.
5.
Seleccionar en el circuito de disparo un ángulo de 90º y repita los pasos 3, 4 y 5.
6.
Armar el circuito de la figura, con un valor de Vs adecuado para obtener el valor DC de la carga que eligió.
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2
220V Vp
T1
T3
T4
T2
Vs
60Hz 2
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Una vez armado el circuito repetir los pasos 3, 4, 5 y 6
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RESULTADOS Rectificador monofásico de media onda. Para este circuito se utilizó un circuito disparador discreto, y luego se realizó el disparo del tiristor con el circuito integrado PUT.
Gráfica obtenida en el osciloscopio Rp = 11.8 KΩ Angulo de disparo = α = 72.02 ° R motor = 2 Ω Cálculo de los parámetros teóricos:
√
() = 7.07
= 3.54 A
( ) = 14.13 √
= 7.06 A
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA – FIM () 8.25 V () VDC (V) VRMS (V) IDC (A) IRMS (A) n (Eficiencia)
EXPERIMENTAL 8.25 10 4.13 5 68 %
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= 4.13 A
= 5 A (Lectura del osciloscopio) TEORICO 7.07 14.13 3.54 7.06 35 %
% ERROR 17 % 27 % 15 % 30 %
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Rectificador monofásico de onda completa. Se realizó el disparo del tiristor co n el circuito integrado PUT.
Gráfica obtenida en el osciloscopio
√ Angulo de disparo = 65 ° R motor (encendido) = 2 Ω
() = 7.7
= 3.85 A
( ) = 10.5 V √
= 5.25 A
Eficiencia = n % = 54 % FF = 10.5/7.7*100% = 1.36 % RF = 92.7 % TUF = 33.27 %
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CUESTIONARIO
1.
¿Qué pasa con el motor cuando se cambia el ángulo de disparo?
Cuando se cambia el ángulo de disparo el motor aumenta o disminuye su velocidad dependiendo de la variación del ángulo. Llega un momento en el que el tiristor deja de disparar y por ende el motor deja de girar. 2.
¿Qué dificultades encontró para realizar este experimento? Sugiera que cambios se podrían hacer para mejorarlo.
Las dificultades se hallaron al momento de armar el circuito de onda completa, ya que eran dos circuitos de disparos que tenían que tener un ángulo de desfase. En el caso del diseño del circuito rectificador de media onda no se encontraron mayores dificultades, se debe tener un esquema del circuito para que al momento de instalar no haya mayores inconvenientes.
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OBSERVACIONES -
Primero se probaron los circuitos de disparos antes de implementarlos.
-
En el caso de media onda, se trabajó con un voltaje para el circuito disparador de 20 V, además de que se probó con un circuito disparador discreto.
-
Para el caso de onda completa, las tierras de todos los circuitos debían coincidir, y luego manipular para obtener el desfasaje correcto.
CONCLUSIONES -
Se ha diseñado e implementado correctamente un convertidor monofásico controlado de media onda, se ha comprobado en el osciloscopio observando la gráfica correspondiente, así como se varío el valor de la resistencia del potenciómetro y dando como resultado una variación en la velocidad del motor.
-
Se diseñó e implementó el circuito convertidor monofásico controlado de onda completa, donde se variaron los dos potenciómetros para obtener una buena gráfica y que dichos ángulos se aproximen.
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Con estos dos circuitos se ha demostrado la teoría dicha en clase, y se ha reconocido la importancia de tales circuitos.
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