Laboratorio Nº 01: MEDICIÓN DE LAS CARACTERISTICAS ESTÁTICAS DEL TRISISTOR Y DEL TRIAC. Antonio Alberto S. Gresia Munayco
20124066H
Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Nacional de Ingeniería Lima, Perú
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INTRODUCCIÓN En este laboratorio vamos a ver las caracteristicas y funcionamiento de un triac y tiristor, tanto la corriente de enac!e, corriente de matenimiento, y tambien los volta"es de los mismo, asi mismo #oder saber como controlar de manera eficiente los triac y tiristores. I.
OBJETIVO
El laboratorio deacuerdo deacuerdo a sus e$#erimentos e$#erimentos tiene como como finalidad% •
•
•
&er las caracteristica de funcionamiento de un tiristor y triac. &er el anulo de dis#aro cuando una tension se matiene constante, #uede ser tanto de la fuente como la de ate. &er &er el funcionamiento de triac cuando las fuentes se invierten, #ueden ser de una a la ve' como las dos al mismo tiem#o.
II.
TEORA
A. Caracteristicas tiristor.
principales
de
un
El tiristor es un conmutador biestable, es decir, es el e(uivalente electr)nico de los interru#tore interru#toress mec*nicos+ mec*nicos+ #or lo lo tanto, es ca#a' de de"ar #asar #lenamente o blo(uear #or com#leto el #aso de la corriente sin tener nivel intermedio aluno, aun(ue no son ca#a a#aces de so#ortar rand andes sobrec sobrecar aras as de corrie corriente nte,, este este #rinci #rinci#io #io b*sico #uede observarse tambin en el diodo S!oc-ley. El diseo del tiristor #ermite (ue ste #ase r*#idamente a encendido al recibir un #ulso moment*neo de corriente en su terminal de control, denominada #uerta /o en inls, ate cuando !ay una tensi)n #ositiva entre *nodo y c*todo, es decir la tensi)n en el *nodo es mayor (ue en el c*todo. Solo
#uede ser a#aado con la interru#ci)n de la fuente de volta"e, abriendo el circuito, o bien, !aciendo #asar una corriente en sentid sentidoo invers inversoo #or el dis#os dis#ositi itivo. vo. Si se #olari'a inversamente en el tiristor e$istir* una dbil corriente inversa de fuas !asta (ue se alcance el #unto de tensi)n inversa m*$ima, #rovoc*ndose la destrucci)n del elemento /#or avalanc!a en la uni)n. ara (ue el dis#ositivo #ase del estado de blo(ueo al estado activo, debe enerarse una corriente de enanc!e #ositiva en el *nodo, y adem*s debe !aber una #e(uea corr corriiente ente en la com com#uer #uertta ca#a ca#a'' de #rovocar una ru#tura #or avalanc!a en la uni) uni)nn 2 #ara #ara !acer !acer (ue (ue el dis# dis#os osit itiv ivoo condu'ca. ara (ue el dis#ositivo sia en el esta estado do acti activo vo se deb debee indu inducir cir desde desde el *nod *nodoo una corr corrie ient ntee de sost sosten enim imien iento to,, muc!o menor (ue la de enanc!e, sin la cual el dis#ositivo de"ar3a de conducir. condu cir. A medi medida da (ue (ue aume aument ntaa la corr corrie ient ntee de #uerta se des#la'a el #unto de dis#aro. Se #uede controlar as3 la tensi)n necesaria entre *nodo y c*todo #ara la transici)n 55 7 8 8,, usan usando do la corr corrie ient ntee de #uer #uerta ta adecuada /la tensi)n entre *nodo y c*todo de#ende de# endenn direct directamen amente te de la tensi) tensi)nn de #uerta #ero solamente #ara 55 7 8. 9uanto mayor sea la corriente suministrada al circ circui uito to de #uer #uerta ta :G /int /inten ensi sidad dad de #uerta, tanto menor ser* la tensi)n *nodo * nodo c*to c*todo do nece necesa sari riaa #ara #ara (ue (ue el tiri tirist stor or condu'ca. ;ambin ambin se #ue #uede de !acer !acer (ue el tirist tiristor or em#iece a conducir si no e$iste intensidad
de #uerta y la tensi)n *nodoc*todo es mayor (ue la tensi)n de blo(ueo. B. Caracteristicas triac.
principales
de
un
a diferencia con un tiristor es (ue este es unidireccional y el ;?:A9 es bidireccional. =e forma colo(uial #odr3a decirse (ue el ;?:A9 es un interru#tor ca#a' de conmutar la corriente alterna. Entonces un tiristor o S9?, dar* solo la mitad de volta"e a la cara, mientras (ue el ;riac ser* todo el volta"e. =e forma colo(uial #odr3a decirse (ue el ;riac es un s@itc! (ue conmutar la corriente alterna a la cara. Su estructura interna se aseme"a en cierto modo a la dis#osici)n (ue formar3an dos S9? en anti#aralelo. 9uando el ;riac conduce, !ay una trayectoria de flu"o de corriente de muy ba"a resistencia de una terminal a la otra, de#endiendo la direcci)n de flu"o de la #olaridad del volta"e e$terno a#licado. 9uando el volta"e es m*s #ositivo en M;2, la corriente fluye de M;2 a M;1 en caso contrario fluye de M;1 a M;2. En ambos casos el ;riac se com#orta como un interru#tor cerrado. 9uando el ;riac de"a de conducir no #uede fluir corriente entre las terminales #rinci#ales sin im#ortar la #olaridad del volta"e e$terno a#licado #or tanto acta como un interru#tor abierto. =ebe tenerse en cuenta (ue si se a#lica una variaci)n de tensi)n im#ortante al ;riac /dvBdt an sin conducci)n #revia, el ;riac #uede entrar en conducci)n directa. C. Metodos de disparos para un triac.
El ;riac est*ndar #uede ser dis#arado #or circulaci)n de corriente #ositiva o neativa entre com#uerta y M;1. />as relas #ara &G;, :G; e :> son al iual (ue #ara el tiristor esto #ermite el dis#aro del ;riac en cuatro cuadrantes como se muestra en la siuiente fiura.
=onde la com#uerta debe ser e$citada #or 9orriente 9ontinua o #or #ulsos uni#olares en el cruce #or cero de la corriente de cara, corriente neativa de com#uerta es la #referida #or las siuientes ra'ones. >a construcci)n interna de los triac medios !ace (ue la com#uerta este m*s ale"ada desde la rei)n de #ortadores mayoritarios cuando o#era en el CD cuadrante. Esto resulta en% a :G; m*s alta, esto im#lica un #ico m*s alto de :G re(uerido. b ?etraso mayor entre :G y el #rinci#io de la circulaci)n de corriente #rinci#al, esto re(uiere una mayor duraci)n de :G. c Muc!a menor ca#acidad de diBdt esto #uede im#licar una deradaci)n #roresiva de #uerta cuando controlamos caras con diBdt iniciales /.E% filamentos de l*m#ara incandescente fr3a. d Mayor :> /tambin cierto #ara la 1D o#eraci)n 7 :G m*s laro, la duraci)n mayor #odr3a necesitarse #ara caras muy #e(ueas cuando condu'can desde el comien'o de un !emiciclo #ara #ermitir la corriente de cara alcan'ar el :>. En controles comunes de *nulo de fase, como #or e"em#lo atenuadores de luces y controles de motores universales /taladros de mano, la #olaridad de la tensi)n entre com#uerta y M;2 son siem#re las mismas. Esto sinifica la o#eraci)n es siem#re en el 1D o CD cuadrante, donde l los #ar*metros de conmutaci)n del triac son iuales. Esto resulta en un simtrico funcionamiento de conmutaci)n del triac donde la #uerta est* a su m*s sensible estado. 8)tese (ue% El 1, 1, C y C como indicaciones, #ara los cuatro cuadrantes, se usa #ara la brevedad en ve' de escribir FM;2, G F #ara 1, etc. Esto se deriva desde las curvas caracter3sticas de &B: del triac.
=e a(u3 en adelante, la o#eraci)n est* en cuadrantes 1 y C nicos. >os s3mbolos y ser*n #ara referirnos al interior a corriente entrante de com#uerta y saliente res#ectivamente. D. Metodos alternativos de disparos.
Hay alunas formas con las (ue un triac #uede encenderse. Aln son beninas, mientras otras son #otencialmente destructivas.
!a" S#$a% &# r'i&o #( %a )o*+'#rta. En ambientes elctricamente ruidosos, dis#aros es#urios #ueden ocurrir si el nivel de ruido e$cede la tensi)n &G; y si suficiente corriente de #uerta circula #ara iniciar acci)n reenerativa dentro del triac. >a #rimera l3nea de defensa es minimi'ar la ocurrencia del ruido en #rimer luar. os tiristores y triac de #otencia incluyen este terminal en su dis#ositivo. En situaciones donde las cone$iones de #uerta son de conductor maci'o, #ar torcido o a#antallado #odr3a ser necesario minimi'ar acortarlo. >a inmunidad adicional de ruido #uede #roveerse areando un resistor de 1- o menor entre la #uerta y M;1 #ara reducir la sensibilidad de #uerta. ;ambin es #osible la utili'aci)n de un ca#acitor de ti#o cer*mico o de #olister #ara filtrar las altas frecuencia o dvBdt. >a Alternativa de usar una serie H de triac /#. e". ;1CI600H. Estos son los ti#os insensibles con 10 mA min. =e :G;. Estos son triac diseados es#ec3ficamente #ara #roveer un alto el rado de inmunidad de ruido. !b" E,)#&i#(&o #% -a%or +#r*iti&o &# &-&t. Esta es la m*s #robable ocurrencia cuando tenemos una cara altamente reactiva, donde e$iste un considerable desfasa"e entre la tensi)n de cara y la corriente de la misma. 9uando el triac conmuta, esto es la corriente se !ace cero, la tensi)n a#licada en los bornes del mismo no es cero, debido al desfasa"e entre ambas manitudes, como es mostrado en la fiura siuiente. El triac entonces re#entinamente re(uerir* blo(uear esta tensi)n. El resultado de esta conmutaci)n #uede for'ar al triac a volver
al estado de conducci)n si se e$cede el valor #ermitido de dvBdt. Esto es debido a (ue los #ortadores en la "untura no tienen el tiem#o suficiente #ara abandonarla totalmente. >a ca#acidad #ara so#ortar dvBdt es afectada #or dos de condiciones% J El valor de la ca3da de corriente en la conmutaci)n esto es la diBdt. Alta diBdt im#lica una ca#acidad de dvBdt. J >a tem#eratura de "untura ;". Si esta tem#eratura aumenta disminuye la ca#acidad de so#ortar dvBdt.
Si el triac es #robable (ue su#ere la m*$ima dvBdt #ermitida #or el dis#ositivo, es #robable tambin, (ue sufra falsos dis#aros. >a manera m*s comn #ara mitiar este #roblema es con el uso de una red ?9 de amortiuaci)n. Estas redes se las conoce como red snubber. Esta deber* estar entre los terminales M;1 M;2 #ara limitar el valor de cambio de volta"e. >os valores comunes son% resistencia de 100 de carb)n eleida #or su mane"o de corriente y un ca#acitor de 100n5. tra alternativa es usar un Hi9om triac. 8)tese (ue la resistencia de la red snubber nunca debe omitirse, #or(ue si as3 fuere cuando el triac se dis#are, #ueda sufrir daos, debido a el dis#ositivo #uede su#erar el valor m*$imo de diBdt #ermitido al descararse el ca#acitor entre los bornes M;1 y M;2 sin limitaci)n de corriente.
!)" E,)#&i#(&o #% -a%or +#r*iti&o &# &i&t. Altas diBdt son causadas #or caras altamente inductivas, alta frecuencia de l3nea o onda no senoidal de corriente de cara.
alimentaci)n ba"a mas, el EM5 la corriente de la cara y del triac ba"a r*#idamente a cero. El efecto de esto se muestra en la 5iura siuiente. =urante esta condici)n de corriente cero de triac, la corriente de cara ser* informal sobre el circuito rectificador. >as caras de esta naturale'a #ueden enerar diBdt tan altas (ue el triac no las so#ortar una dvBdt suave rea#licada de K0 H' (ue sube desde cero &olt. En este caso no trae ninn beneficio #oner una red snubber, ya (ue el #roblema no es la dvBdt. >a diBdt tendr* (ue ser limitada areando una inductancia de alunos mH en serie con la cara.
CURVA CARACTERISTICAS DE BJ11
!&" E,)#&i#(&o #% -a%or +#r*iti&o &# &-&t. Si un valor muy alto de cambio de volta"e se a#lica a travs de un triac blo(ueado /o el tiristor sensible de #uerta en #articular sin e$ceder su &=?M /en 5iura. L, #or la ca#acidad interna #uede circular la corriente suficiente #ara activar al triac, esta condici)n se ve manificada #or el aumento de la tem#eratura. 9uando ocurre este #roblema, la dvBdt debe ser limitada #or una red snubber entre sus terminales M;1 y M;2 /o *nodo y c*todo, #ara el caso del tiristor. >a utili'aci)n de Hicom triacs en este caso #uede ser beneficioso.
ESPECIFICACIONES DEL TIRISTOR BJ151
III.
DATA S/EET Y /OJA DE DATOS
$& como en el caso anteior. Luego desminuya lentamente el valor de $& *asta #ue de1e de conducir el tiristor y anote el valor de $&. La corriente de mantenimiento ser23
=
I H
IV.
• • • •
EUI2OS Y MATERIALES
E.
DESARROLLO DE LA E32ERIENCIA
A.
Arme el circuito mostrado de la igura
I L =
V R ! R1
". Estando conduciendo desconecte la resistencia )% 0 % y verii#ue el valorde
V R 2 R 2
F.
)e'ita los 'asos del -&/ al -5/ invirtiendo la 'olaridad de la uente de alimentación solo de $&. 7. )e'ita los 'asos del -&/ al -5/ invirtiendo la 'olaridad de la uente de alimentación solo $% con )%0%%(8 9 :;. <. )e'ita los 'asos del -&/ al -5/ invirtiendo la 'olaridad de las dos uente de alimentación con )%0%%(8 9 :;.
=&> =%>
"olo#ue $% en &%v y aumente el valor de $& desde & voltio en 'asos de (.&$ conectando y desconectando )% en cada 'aso *asta #ue condu+ca el tiristor 'ermanentemente. Anote el valor de $& de $ )& en )& y $ A -N/.
R1
)e'ita los 'asos del -&/ al -5/ reem'la+ando al tiristor 'or un 6)IA".
VI.
!.
AK
I GTmin=
1 S9? ;:?:S;? ;1K1. 1 ;?:A9 ;?:A9 ;K1K. 1 ?ES:S;E89:A =E 220 BK. 1 ?ES:S;E89:A =E 2 N B 0.K. 2 5:ME8;A9:O8.
V.
−V (ON )
4. "olo#ue el valor de $& en &%$. Aumente el valor de $% desde ( voltios *asta #ue condu+ca el tiristor y anote el valor de $ )% en )%. La corriente de 'uesta a mínima 'ara dis'arar al tiristor ser23
>os materiales a utili'ar en el laboratorio son% •
V 1
BIBLIO4RA5A
Electronica de #otencia. Mu!amad H. ?as!id. 5uente del naveador *tt'399;i?i'edia.org
=@>
5uente del naveador *tt'399e'o;er.;i?is'aces.com9ile9vie;9'resentac ion:.&.'d *tt'399;;;.ra.utn.edu.ar9do;nload9carreras9ing enierias9electrica9materias9'lanestudio9#uintoni vel9electronicaII9a'untes9triac.'d
