Prá ctica 6. Dispositivos de potencia: Diac y Triac
SCR,
OBJETIVOS •
Conocer la existencia de dispositivos electrónicos que son utilizados para trabajar en sistemas de potencia, los cuales requieren de una alimentación con voltajes y corrientes mayores a los que soporta un sistema electrónico en el control de procesos. p rocesos.
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Familiarizarse con el aspecto físico y uso de algunos de los principales elementos de electrónica de potencia.
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Conocer la utilidad de los dispositivos de potencia como elementos de operación y control de señales eléctricas para la activación de d e sistemas electrónicos de potencia.
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Realizar circuitos con dispositivos de potencia, implementados como interruptores, que le permitan manipular la información que q ue se entra a un sistema electrónico de potencia para el control y operación de procesos.
INTRODUCCIÓN La electrónica de potencia es una rama de la electrónica que adapta la energía eléctrica, con corrientes y voltajes de alto poder, para alimentar equipos y controlar maquinas eléctricas; esto es, operar con fuentes de potencia de media y alta tensión. Por esta razón, existen diferentes dispositivos electrónicos, del tipo semiconductor, diseñados y fabricados para el control y transformación de la potencia eléctrica. El objetivo de la electrónica de potencia es procesar la energía con la máxima eficiencia posible, utilizando los dispositivos semiconductores en las regiones de corte y saturación. Tales dispositivos de potencia derivan de la estructura del diodo y el transistor. Dado que en la electrónica de potencia generalmente intervienen cantidades grandes de energía, estos dispositivos difieren con los de pequeña señal ya que estos últimos operan con voltajes y corrientes de pequeñas magnitudes. Los equipos de calefacción, el alumbrado público y la fuerza motriz son algunos ejemplos de aplicación de estos dispositivos de potencia. En la calefacción se debe proporcionar la suficiente energía para ambientar adecuadamente un cierto lugar. La electrónica es particularmente útil para
aplicar de forma precisa el calor al área que ha de ser acondicionada. Ejemplos de estos son los calentadores de agua, radiadores de calor y los hornos de microondas. En el caso del alumbrado público, la cantidad y clase correcta de luz que ha de ser aplicada en una cierta área es otra de las necesidades que hay que cubrir, un ejemplo de ello son las luminarias que alumbran calles y avenidas. Sin duda, la aplicación de la electrónica de potencia en la fuerza motriz es un ejemplo muy conocido, puesto que es necesario el suministro de movimiento mecánico, proveyendo una fuerza o un momento de fuerza para cubrir una distancia o ángulo apropiado, o incluso una velocidad adecuada, observando siempre que el proceso completo pueda ser controlado fácilmente. Ejemplos de los dispositivos semiconductores de potencia son: el transistor de potencia (figura 1), el rectificador controlado de silicio, SCR = Silicon Controlled Rectifier (figura 2), y el tríodo de corriente alterna, o TRIAC (figura 3), entre ot ros.
Figura 1. Circuito con transistor de potencia.
Figura 2. Circuito con tiristor o SCR.
Figura 3. Circuito con TRIAC.
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Cuestionario y actividades Previas a la práctica 1. Investigue qué son y las características de los transistores de potencia. 2. Investigue qué son y las características de los tiristores. 3. Investigue qué son y las características de los D IAC. 4. Investigue qué son y las características de los TR IAC. 5. A partir del datasheet (hoja de datos) del TIP41, investigue qué tipo de dispositivo es, el símbolo, diagrama de terminales y las características de operación más importantes. 6. A partir del datasheet (hoja de datos) del C106D, investigue qué tipo de dispositivo es, el símbolo, diagrama de terminales y las características de operación más importantes. 7. A partir del datasheet (hoja de datos) del DB3, investigue qué tipo de dispositivo es, el símbolo, diagrama de terminales y las características de operación más importantes. 8. A partir del datasheet (hoja de datos) del BT136_500D, investigue qué tipo de dispositivo es, el símbolo, diagrama de terminales y las características de operación más importantes. 9. Describa el funcionamiento del circuito de la figura 5 . 10. Describa el funcionamiento del circuito de la figura 6 .
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Trabajo en el laboratorio EXPERIMENTO I
Alambre el circuito de la figura 4.
Figura 4. Circuito de directa con tiristor.
a) Polarice el circuito con la fuente de directa a 5 V. b) Presione y libere el push-button. c) Presione y libere nuevamente el push-button. De sus comentarios acerca del experimento realizado: Observaciones:
EXPERIMENTO II
Alambre el circuito de la figura 5, tenga cuidado de conectar correctamente la fase de la alterna hacia el foco y el neutro hacia el negativo de la fuente de directa.
Figura 5. Circuito con tiristor para control de alterna.
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a) b) c) d) e)
Conecte las terminales de un canal del osciloscopio entre el ánodo y el cátodo del tiristor. Polarice el circuito. Observe la pantalla del osciloscopio. Presione el push-button (no soltar), observe nuevamente la pantalla del osciloscopio. Suelte el push-button.
Dibuje los oscilogramas del punto c y del punto d, y comente sus observaciones:
Oscilograma del punto c.
Oscilograma del punto d.
Observaciones:
EXPERIMENTO III
1. Alambre el circuito de la figura 6.
Figura 6. Circuito con DIAC y TRIAC para control de corriente (dimmer).
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a) b) c) d) e) f) g) h) i)
Conecte las terminales de un canal del osciloscopio entre el ánodo y el cátodo del TRIAC. Conecte las terminales de un canal del osciloscopio entre ánodo del DIAC y el neutro. Posicione la perilla del potenciómetro hasta el extremo girando a la derecha Polarice el circuito. Observe la pantalla del osciloscopio. Gire la perilla del potenciómetro hasta la mitad. Observe nuevamente la pantalla del osciloscopio. Posicione la perilla del potenciómetro hasta el extremo girando a la izquierda. Nuevamente Observe la pantalla del osciloscopio.
Dibuje los oscilogramas del punto e, del punto g y del punto i, y comente sus observaciones:
Oscilograma del punto e.
Oscilograma del punto g.
Observaciones:
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Oscilograma del punto i.
EQUIPO • •
Fuente de voltaje. Osciloscopio.
MATERIAL • • • • • • • • • • • • •
2 Resistores de 100 Ω a 1 Watt. 3 Resistores de 1 K Ω a 1 Watt. 1 Potenciómetro 500 K Ω. 3 LED. 1 Tiristor C106D. 1 Push Button (se prefiriere que sea de dos terminales). 1 clavija con cable (ver imagen 1). 1 lámpara incandescente (puede ser entre 25 W y 60 W) con su socket (ver imagen 2) 1 cinta de aislar. 1 DIAC DB3. 1 TRIAC BT136-500D 1 capacitor cerámico de 0.1uF. 1 juego de caimanes.
Nota: en todas las sesiones deberá traer la protoboard, alambres y cables para los instrumentos de medición.
Imagen 1. Clavija con cable.
Imagen 2. Socket con foco.
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