Prácticas de Electrónica de Potencia

UNIVERSIDAD DE GUADALAJARA CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍAS

División de Electrónica y Computación Departamento de Electrónica Electrónica de Potencia ET305 González Díaz Carlos [email protected]

Profesor: Ing. Roberto Cárdenas Rodríguez Enero de 2003 1 Carlos González Díaz

Electrónica de Potencia

ÍÍn nd diiccee d dee P Prrá áccttiicca ass • 1 Generación y Medición de Alto Voltaje • 2 Alarma Secuencial • 3 Temporizador de Entrada y Salida • 4 Inversor de Rotación de un Motor Trifásico y Sistema de Falla de Fase • 5 Semáforo con Tiristores con RL en AC • 6 Dimer AC-DC manual y automático (Digital) • 7 Relevador de Estado Sólido SSR • 8 Motores a Pasos (Steppers) a Dos y Cuatro Polos • 9 Inversor DC-AC • 10 Modulador de Ancho de Pulso Manual y Automático PWM Apéndice Conexiones de los motores Trifásicos

Referencia Bibliográfica ........................................................................................................

2 Carlos González Díaz


Práctica 1: Generación y Medición de Alto Voltaje O Obbjjeettiivvoo:: El objetivo de esta práctica es la generación de alto voltaje a través de la utilización de elementos como un FLC y un Flyback, además de circuitos como un multiplicador de voltaje

M Maatteerriiaall:: • • • • •

FLC (fire light circuit) Diodos (lN4004) Resistores (1500 Ω) Capacitores (0.1 y 1 µF) Flyback

IInnttrroodduucccciióónn:: •

El Transformador Flyback:

El Flyback típico o Transformador de Línea consta de dos partes: 1. Un transformador especial que junto con el transistor y circuitos de salida y deflexión horizontal, eleva el B+ de la fuente de poder (unos 120 V en los TV), a 20 a 30 KV para el TRC, y provee varios voltajes más bajos para otros circuitos. Un rectificador que convierte los pulsos de Alto Voltaje en corriente continua que luego el condensador formado en el TRC, filtra o aplana. El Alto Voltaje puede desarrollarse directamente en un solo bobinado con muchas espiras de alambre, o un bobinado que genera un voltaje más bajo y un multiplicador de voltaje de diodo-condensador. Varios secundarios que alimentan: sintonizador, circuitos de vertical, video y filamentos de TRC. De hecho, en muchos modelos de TV, la única fuente que no deriva del Flyback es para los circuitos de espera, necesarios para mantener memoria del canal y proporcionar el inicio (o arranque) de los circuitos de deflexión horizontal. 2. Un divisor de voltaje que proporciona el enfoque y screen de la pantalla. En los potenciómetros y circuito divisor se encuentran las principales causas de falta de foco, brillo excesivo, o fluctuación del enfoque y/o brillo. Un corto total también podría producir la falla de otros componentes como el transistor de salida horizontal. El Foco y Screen generalmente están arriba y abajo respectivamente. En algunos TV, el foco y screen son externos al flyback y susceptibles al polvo y problemas particularmente en los días húmedos.



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Diferencias entre el flyback y un transformador común

Aunque lo siguiente no siempre es estrictamente verdad para Flyback de TV y Monitor, es una buena apreciación general: La diferencia principal entre un transformador flyback y un transformador común, es que un flyback se diseña para guardar energía en su circuito magnético, es decir, funciona como un inductor puro, mientras que transformador común se diseña para transferir energía del primario al secundario con un mínimo de energía almacenada. 1) Un transformador flyback en su forma más simple tiene corriente que o fluye en su primario, o en su secundario (pero no ambos al mismo tiempo). (Esto es más complicado en la práctica debido a tiempos de corte finitos de los transistores y diodos, necesarios para los circuitos del amortiguador, etc.). 2) La reluctancia del circuito magnético de un flyback, normalmente es mucho más alta que la un transformador común. Esto es debido a un espacio de aire (entrehierro) cuidadosamente calculado para almacenar energía (es un inductor). 3) Los voltajes aplicados a un flyback en el primario casi siempre son rectangulares (pulsos), mientras que los transformadores regulares normalmente tienen voltajes sinusoidales aplicados a ellos. 4) Las corrientes que fluyen a través de cualquier lado de un flyback, crecen o disminuyen en forma de diente de sierra lineal, mientras que en un transformador común, normalmente tiene corrientes sinusoidales. 5) Finalmente, debido a las propiedades de los materiales del núcleo, los flyback operan convenientemente en el rango de 10^3 a 10^6 Hz, mientras que los transformadores comunes tienen un rango mucho más ancho, de unos Hz a 10^12 Hz.

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El origen del termino "Flyback"

En los EE.UU. (posiblemente en toda América), el transformador que genera el alto voltaje en un Televisor, Monitor, u otro equipo que usa TRC, se llama "Flyback" o "Transformador flyback". En otras partes del mundo, o es LOPT (Line Output Transformer), Transformador de salida de líneas o simplemente LOP. El término "Flyback" se origina probablemente, debido a que el pulso de alto voltaje que carga el condensador del TRC es generado por la contracción del campo magnético en el núcleo del transformador, durante el periodo de retraso del haz de electrones en el TRC, el cual "flies back" (vuela atrás) hasta el inicio de una nueva línea de barrido o exploración. El flujo en el núcleo cambia despacio durante el barrido y se corta abruptamente cambiando de polaridad (HOT) y haciendo conducir al diodo damper durante ese "flyback" o periodo de retraso. Muchas fuentes conmutadas de alimentación y conversores DC-DC también son principalmente "del tipo flyback", transfieren energía a sus circuitos durante el mismo periodo del ciclo. Pero no hay ningún TRC involucrado y sus transformadores de alta frecuencia generalmente no se llaman transformadores flyback. LOPT y LOT (Transformador de salida de líneas) derivan del hecho de que está envuelto en el circuito de barrido y aprovecha esto para su rendimiento.



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El FLC Teoría de operación de los flc de ignición:

Cuando el interruptor está encendido, se carga un condensador; cuando el voltaje alcanza el voltaje del umbral del zener, se enciende el SCR. El condensador entonces se descarga a través del transformador, proporcionando un alto voltaje (pocos diez de kilovoltio) en su secundario. Esta energía de la chispa es bastante fuerte para encender una fuente del gas. ELEC

Estructura básica de la ignición para la fuente de la CA con la operación manual.

Fuente de CA con operación automática Cuando el sistema se cambia automáticamente, debe ser bastante listo para comprobar con un detector de flama si se ha encendido el gas. En tal uso, el FLC trabaja en "esconder modo": el detector de flama proporciona la información a un CI, y los procesos de este CI proporcionan los datos saturando un transistor externo que pare la creación de la chispa, poniendo en cortocircuito el cátodo bloqueando las terminales del SCR.

Estructura de la ignición para la fuente de la CA con la operación automática



D Deessaarrrroollloo Se procede a seguir los siguientes pasos en la realización de la práctica

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Primero hay que implementar el siguiente circuito, que es un arreglo que consiste un multiplicador de voltaje, un FLC que servirá para descargar el capacitor en el primario del Flyback y generar pulsos que se verán reflejados en el secundario, en pulsos de alto voltaje.

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El siguiente paso es realizar la medición mediante un divisor de voltaje para medir el alto voltaje generado por el flyback.



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Medición e impresión de la grafica producida por un osciloscopio digital con el arreglo anterior

La medición se realizó con un divisor de voltaje con 10 resistencias de 10 MΩ y una de 1 KΩ. El voltaje en la resistencia de 1 KΩ fue de 115 mV, y con una relación de 1 a 100,000 se obtuvo un voltaje total de 11.5 KV.

CCoonncclluussiioonneess Se pudo observar la generación de alto voltaje, poniendo de manifiesto como es posible que el control electrónico sobre ciertos elementos es capaz de transformar la potencia. La práctica se entregó sin problemas y funcionando en perfecto estado junto con la práctica de transductores y acondicionamiento de señales en la que se utiliza después un enmallado electrificado por el alto voltaje del Flyback que es capaz de eliminar mosquitos.



Práctica 2 Alarma Secuencial O Obbjjeettiivvoo:: La finalidad de esta práctica es el uso y familiarización de los componentes: SCR, PUT y relevadores, con la propuesta de simular lo que sería una alarma para coche.

M Maatteerriiaall:: • • • • • • • • • • • •

SCR’s PUT 2N6027 Relevadores Flip Flop J-K LM741 Zener (9 V) Push Buttons Transistores BJT Led’s Capacitores Diodos 1N4007) Resistencias IInnttrroodduucccciióónn:: •

SCR (Rectificador controlado de silicio)

Dentro de la familia de los dispositivos pnpn, el rectificador controlado de silicio (SCR) es incuestionablemente el de mayor interés hoy en día. Se introdujo por primera vez en 1956 en los Bell Telephone Laboratories. Unas cuantas de las áreas más comunes de aplicación para los SCR incluyen los controles de relevadores, los circuitos de retraso de tiempo, las fuentes de alimentación reguladas, los interruptores estáticos, los controles de motores, muestreadotes (chopera), inversores, ciclo convertidores, cargadores de baterías, circuitos de protección, controles de calefacción, y controles de fase. En los últimos años, los SCR se han diseñado para controlar potencias tan altas como 10 MW con valores nominales individuales tan elevados 2000 a 1800V. Su intervalo de frecuencia de aplicación se ha extendido también a cerca de 50 KHz, permitiendo algunas aplicaciones de alta frecuencia, tales como calentamiento por inducción y limpieza ultrasónica. Operación básica del SCR. Como la terminología indica, el SCR es un rectificador construido de material de silicio con una tercera terminal con propósitos de control. Se eligió al silicio debido a su elevada capacidad de temperatura y potencia. La operación básica del SCR es diferente a la del diodo semiconductor fundamental de dos capas donde una tercera terminal, llamada compuerta, determina cuando el rectificador conmuta del estado de circuito abierto a corto circuito.



El símbolo gráfico para el SCR se muestra en la figura 2.2. Con las conexiones correspondientes a la estructura semiconductora de cuatro capas. Como se indica en la figura, si se va a establecer la conducción directa, el ánodo ser positivo con respecto al cátodo. Sin embargo, este no es un criterio suficiente para activar el dispositivo. También debe aplicarse en la compuerta un pulso de magnitud suficiente para establecer una corriente de disparo, representada simbólicamente por

I GT

Figura 2.2, Símbolo gráfico del SCR: •

UJT (Unijunction Transistor).

El transistor monounión es un dispositivo de conmutación conductiva. Sus características lo hacen muy útil en muchos circuitos industriales, incluyendo temporizadores, osciladores, generadores de onda y más importante aún, en circuitos de compuertas para SCR y TRIAC, el cual funciona como dispositivo de disparo. Disparo de un UJT. El UJT es un dispositivo de tres terminales que se denominan emisor, base1 y base2. El símbolo esquemático y la distribución de las terminales son como se muestra en la figura siguiente. No es bueno tratar de relacionar mentalmente los nombres de las terminales de un UJT con los nombres de las terminales de un transistor bipolar común. Desde el punto de vista operativo de un circuito, no hay parecido entre el emisor de un UJT y el emisor de un transistor bipolar. Lo mismo se aplica a la relación entre las terminales de base de un UJT y la terminal de base de un transistor bipolar.

Emisor

E

B2

Base 2

B1

Base 1

Cuando el voltaje entre el emisor y la base 1. VEB1, es menor que cierto valor llamado el voltaje pico, Vp, el UJT está apagado y no puede haber flujo de corriente de E a B1 (IE = 0).

Cuando VEB1 excede a VP por una cantidad muy pequeña, el UJT se dispara. Cuando esto ocurre, el circuito de E a B1 se vuelve casi un cortocircuito, y la corriente puede descargarse de una terminal a la otra. En la mayoría de los circuitos UJT, la descarga de corriente de E a B1 es de corta duración, y el UJT pronto se revierte a la condición de apagado.



Como se muestra en la figura 1(b), un voltaje de CD externo es aplicado entre B1 a B2, siendo B2 la terminal mas positiva. El voltaje entre las dos terminales de base es simbolizado VB2B1, como se indica. Para una salida dada del UJT, el voltaje pico VP es cierto porcentaje fijo de VB2B1, mas 0.6V. Ese porcentaje fijo se llama razón de inactividad intrínseca, del UJT, y se simbolizaη. Por lo tanto el voltaje pico de un UJT puede escribirse como: VP = η VB2B1 + 0.6V Donde 0.6 V es el voltaje de encendido directo a través de la unión PN que existe entre el emisor y la base 1.

+ 20V R IE

B2

C B1 •

PUT (Programmable Unijunction Transistor)

Configuración de un PUT 2N6027. Aunque hay una semejanza en el nombre, la construcción real y el modo de operación de un transistor monounión programable, PUT (Programmable Unijunction Transistor), es bastante diferente a la de un transistor monounión. El hecho de que las características I–V y las aplicaciones de cada uno sean similares sugiere la elección de los nombres, se muestra en la siguiente figura.

a) UJT Programable

b) Arreglo de polarización básico para el PUT.



Como se indica, es un dispositivo PNPN de 4 cuatro capas con una compuerta conectada directamente a la capa tipo N emparedada. El símbolo del dispositivo y el arreglo de polarización básico aparecen en la figura que se muestra a continuación. Como el símbolo sugiere, es en esencia un SCR, con un mecanismo de control que permite una duplicación de las características del SCR típico. El término “programable” se aplica porque RBB, η y VP, de acuerdo a como se definen para el UJT, pueden controlarse a través de resistencias RB1 y RB2 y el Voltaje de alimentación VBB. Obsérvese en la figura, que mediante la aplicación de la regla del divisor de voltaje, cuando IG=0:

VG =

R B1 R B1 + R B 2

V BB = ηV BB

Donde:

η=

R B1 R B1 + R B 2

Podemos asegurar entonces, que el transistor monounión programable (PUT) es un pequeño tiristor .Se puede utilizar como un oscilador de relajación.

El periodo de oscilación T está dado en forma aproximada por: T = 1/f = RC ln (Vs/ (Vs - Vp))= RC ln (1+R2/R1)

D Deessaarrrroollloo::

Lo primero es activar la alarma mediante una secuencia de estados (Tiempo de salida, aprox. 8 seg.) conforme a un temporizador. Al finalizar el tiempo de salida la alarma queda activada y en espera de un cambio de voltaje (mediante un comparador de nivel), el cual se activará al abrir las puertas (al encender la luz del coche.)

Detectado el cambio de voltaje se activa otro temporizador el cual permite aprox. 10 segundos para la desactivación de la alarma mediante un código secreto. Al ser insertado el código la alarma se desactiva y queda en espera hasta ser activada de vuelta.

Caso contrario, se disparará la sirena activando otro temporizador para la duración de la chicharra. Al desactivarse la sirena, automáticamente queda activada la alarma de vuelta.



2. Timer de Salida.

3. Sensores de Disparo.

4. Timer de Salida.

. 1. Sistema de Activación/Desac tivación por Código. (SCR´s)

5. Tiempo de Señalización de Alarma.

6. Señalización de Alarma.

1. Sistema de Activación/Desactivación por Código. (SCR´s) 2. Timer de Salida. Después de que se activa el sistema espera un tiempo para que entre la etapa sensor 3. Sensores de Disparo. Se tiene un sensor acústico que Dispara la alarma. 4. Timer de Salida. Después del Disparo de la alarma, un tiempo para que entre la etapa de Señalización. 5. Tiempo de Señalización de Alarma. Temporizador para determinar la duración de la alarma y desactivación de los sensores de Disparo. 6. Señalización de Alarma. Se hace por medio de Iluminación o de tipo acústica.

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Diagrama del temporizador.

Cuando el switch se cierra el arreglo RC que esta conectado al gatillo del PUT, dará un tiempo antes de que este de un pulso, que se toma del cátodo con respecto a tierra, las dos resistencias que están en el ánodo son para modificar la n del PUT (n = 0.63), la salida va al gatillo de un SCR que activara a los sensores, y tendrá lugar lo explicado anteriormente de las etapas subsiguientes. Cuando el astable esta activado, dura solo el tiempo que el monoestable esta encendido, cuando este se desactiva se manda un pulso a un transistor que desactivara al SCR que tiene a los censores, dejando así nuevamente, desactivados a los censores hasta que otro evento los active y repita todo el ciclo.



D Diiaaggrraam maa ddee llaa PPrrááccttiiccaa

LLaa ssaalliiddaa ddee llaa sseeññaall qquuee ssaallee ddee Q Q ddeell fflliippfflloopp T T aaccttiivvaa llaa ssiigguuiieennttee eettaappaa aall eennttrraarr eenn llaa bbaassee ddee uunn ttrraannssiissttoorr BBJJT T 22N N22222222A A



CCoonncclluussiioonneess Podemos decir al final de elaborar la alarma, que una forma ingeniosa de colocar los elementos Tiristores en un circuito electrónico de potencia, hace a la electrónica analógica una alternativa libre de ruidos para diseñar sistemas secuenciales de operación que requieran manejar mayores niveles de corriente.

Cabe mencionar que la activación de uno de los SCR’s se perdía debido a que cuando es enclavado un SCR tiene una caída de 1 V y en la serie de activaciones el voltaje que idealmente debería de ser Tierra 0 V, ya no lo era, sin embargo fue resuelto este problema mediante un relevador que suministra la tierra a la siguiente secuencia. La práctica fue entregada funcionando correctamente, y sin recomendaciones.



Práctica 3 Temporizador de Entrada y Salida O Obbjjeettiivvoo:: La finalidad de esta practica es el habilitar y deshabilitar una carga en AC mediante un PUT y Triac (Triodo para AC). Así como demostrar la bidireccionalidad del Triac y utilizar las 4 diferentes polarizaciones

M Maatteerriiaall:: • • • • • • •

PUT (2N6027) SCR TRIAC (MAC3030) Carga en AC Diodo Capacitores Resistencias

IInnttrroodduucccciióónn::

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TIRISTOR

EL TIRISTOR es un semiconductor sólido de silicio constituido por cuatro capas alternativas tipo PNPN. Dispone de tres terminales accesibles denominados ánodo, cátodo y puerta, siendo este último el electrodo de control. Este semiconductor 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 tiristor no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga pase por cero. Trabajando en CA el tiristor se desexcita en cada alternancia o ciclo.



En la FIG.1 puede verse su símbolo electrónico y sus curvas características estáticas.

Como valores importantes para definir el funcionamiento de un tiristor se suelen considerar:

-Tensión máxima inversa soportable (Vinvmax) entre A y K. -Tensión directa máxima soportable (Vdmax). -Caída de tensión directa durante la conducción (Vd). -Corriente de continua o eficaz en funcionamiento (Ic). -Corrientes de fuga directa (If) e inversa (Ir). -Corriente de reposo (Ih). -Temperatura de funcionamiento (T).

Además es importante analizar las características de mando del tiristor que nos permitirán definir la potencia necesaria para el arranque.



Según la FIG.2 debemos considerar los siguientes parámetros: -Tensión máxima directa de puerta Vgmax). -Tensión inversa máxima de puerta (Vginmax). -Corriente máxima de puerta (Igmax). -Potencia máxima disipable (Pgdis). -Tensión mínima directa de puerta (Vgmin). -Corriente mínima de puerta (Igmin

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La zona 1 representa los valores de tensión e intensidad de puerta en los que no se consigue el disparo del tiristor.

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La zona 2 es el conjunto de valores que consigue un disparo adecuado.

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La zona 3 es de destrucción del tiristor.

En lo que se refiere a las características dinámicas del tiristor, según el circuito del que forme parte, interesa conocer los siguientes parámetros: 1) Tensión inversa accidental ánodo-cátodo. 2) Angulo de conducción. 3) Tiempo de retardo. 4) Tiempo de subida. 5) Tiempo de respuesta. 6) Factor de conmutación (dv/dt). Cuando se dispone un tiristor en un circuito electrónico trabajando en conmutación, se utiliza para cebarlo un impulso de puerta que genera una corriente inicial entre la puerta y el cátodo, para después propagarse la conducción al resto del dispositivo de forma muy rápida.



Además hay que considerar que el tiristor no tendrá un cebado efectivo antes de que la corriente de ánodo alcance un valor denominado "corriente de enganche" por lo que no debe retirarse el pulso de puerta antes de alcanzar dicho valor. La extinción del tiristor se produce cuando la corriente de ánodo cae por debajo de un valor denominado "corriente de mantenimiento". Si el circuito exterior exige un crecimiento de la corriente rápido en el cebado, como la tensión entre ánodo y cátodo no disminuye de forma instantánea, puede producirse un consumo de potencia importante que puede llevar a la destrucción del tiristor por variación de la corriente (di/dt). Cuando se produce un crecimiento muy rápido de la tensión entre ánodo y cátodo en el bloqueo, esta dv/dt puede producir el cebado del tiristor aún en ausencia de la señal de puerta. La elección del modelo a utilizar depende fundamentalmente de la aplicación práctica, sin embargo, en general habrá que considerar los siguientes criterios: • La tensión a bloquear: No solo la tensión máxima o valor de cresta de la red, si no también las sobretensiones de conmutación o elementos parásitos. • La intensidad de la corriente eficaz y la de pico, sin olvidar las posibles corrientes de cortocircuito. • Los parámetros de conmutación (dv/dt y di/dt) que pueden ser primordiales. • La sensibilidad, siendo preferidos elementos de sensibilidad media, ya que poseen mayor inmunidad ante los parásitos. Entre los tiristores se pueden encontrar diferentes categorías atendiendo a sus distintos procedimientos de fabricación y constitución propios. Pueden destacar: Los tiristores sensibles, los tiristores rápidos, el tipo darlistor, el complementario, el de doble puerta, el tiristor bloqueable, los fototiristores, el triac, etc.

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TRIAC

El TRIAC es un dispositivo del tres-terminal similar en la construcción y la operación al SCR. El TRIAC controla y conduce flujo actual durante ambas alternaciones de un ciclo de la CA, en vez de solamente uno. Los símbolos esquemáticos para el SCR y el TRIAC se comparan en el cuadro 3-23. El SCR y el TRIAC tienen un plomo de la puerta. Sin embargo, en el TRIAC el plomo en el mismo lado que la puerta es el "terminal principal 1," y el plomo enfrente de la puerta es el "terminal principal 2." Este método de etiquetado del plomo es necesario porque el TRIAC es esencialmente dos SCR de nuevo a la parte posterior a, con una puerta común y terminales comunes. Cada terminal es, en efecto, el ánodo de un SCR y el cátodo de otro, y cualquier terminal puede recibir una entrada. De hecho, las funciones de un TRIAC pueden ser duplicadas conectando dos SCR reales. El resultado es un dispositivo del tres-terminal idéntico al TRIAC.



Las conexiones comunes del ánodo-cátodo forman los terminales principales 1 y 2, y la puerta común forma el terminal 3.

Figura 3-1, Comparación de los símbolos del SCR y del TRIAC.

Figura 3-2, Circuito equivalente trasero del SCR. La diferencia en control actual entre el SCR y el TRIAC puede ser considerada comparando su operación en el circuito básico demostrado en el cuadro 3-1. En el circuito demostrado en la visión A, el SCR está conectado en el arreglo de media-onda familiar. La corriente atravesará el resistor de la carga (R L) para una alternación de cada ciclo de la entrada. El diodo CR1 es necesario asegurar un voltaje de disparador positivo.

Figura 3-3 (a), Comparación de los circuitos del SCR y del TRIAC.



En el circuito demostrado en la visión B, con el TRIAC insertado en el lugar del SCR, la corriente atraviesa el resistor de la carga durante ambas alternaciones del ciclo de la entrada. Porque cualquier alternación accionará la puerta del TRIAC, CR1 no se requiere en el circuito. Corriente que atraviesa la dirección contraria de la voluntad de la carga para la mitad de cada ciclo de la entrada. Para clarificar esta diferencia, una comparación de las formas de onda vistas en entrar, bloquear, y los puntos de la salida de los dos dispositivos se demuestra en el cuadro 3-4.

Figura 3-3 (b), Comparación de los circuitos del SCR y del TRIAC.

Cuadro 3-4, Comparación de las formas de onda del SCR y del TRIAC.



COMBINACIONES DE POLARIZACIONES APLICADAS 1 En esta polarización se muestra que ambas fuentes se encuentran polarizando tanto al gatillo como a la parte superior del triac en positivo, lo cual hace que el gatillo se dispare y conduzca corriente como se muestra en la figura. Las corrientes son electrónicas (en el sentido real de los electrones)

2 En esta polarización se muestra que la fuente del gatillo se encuentra polarizando positivamente y la fuente del triac esta en inverso, con lo cual hace que el gatillo se dispare y conduzca corriente como se muestra en la figura

3 En esta polarización se muestra que ambas fuentes se encuentran polarizando tanto al gatillo como a la parte superior del triac en inverso, lo cual hace que el gatillo se dispare y conduzca corriente como se muestra en la figura

4 En esta polarización se muestra que la fuente del gatillo se encuentra en inverso y la del triac en directo, lo cual hace que el gatillo se dispare y conduzca corriente como se muestra en la figura

D Deessaarrrroollloo::



Implementar el circuito de la siguiente figura, el cual establece el tiempo de entrada para una carga en AC. Configuración para entrar en conducción:

1. Circuito temporizador

2. Dispositivo de Disparo.

3. Configuración para entrar en conducción.

1. Circuito temporizador. Se ha realizado un circuito temporizador y disparo con PUT. 2. Dispositivo de Disparo. Se utiliza un SCR para realizar el disparo hacia el TRIAC. 3. Configuración para entrar en conducción. El triac en esta configuración entra en conducción, al realizar el disparo.



Implementar el circuito de la siguiente figura, donde su objetivo es establecer el tiempo de salida de una carga en AC. Configuración para salir de conducción:

1. Circuito temporizador.

2. Dispositivo de Disparo.

3. Configuración para salir de conducción.

1. Circuito temporizador. Se ha realizado un circuito temporizador y disparo con PUT. 2. Dispositivo de Disparo. Se utiliza un SCR para realizar el disparo hacia el TRIAC. 3. Configuración para salir de conducción. El triac en esta configuración deja de conducir, al realizar el disparo.

CCoonncclluussiioonneess Podemos concluir que el Triac es un elemento bidireccional, que además de tener las mismas prestaciones que un SCR, nos sirve para trabajar cargas en alterna y puede hacer las labores de switcheo del voltaje de alterna, además que maneja niveles grandes de corriente.



Práctica 4 Inversor de Rotación de un Motor Trifásico y Sistema de Falla de Fase O Obbjjeettiivvoo:: Analizar y diseñar un circuito que controle la conexión de líneas trifásicas para aplicaciones de motores. Realizar un circuito que controle el cambio de sentido de giro de un motor trifásico, y adicionalmente, que detecte cuando una de las fases no este presente Comprender el funcionamiento de los PUT's junto con los SCR´s para determinar tiempos de arranque y de paro de un sentido a otro por medio de relevadores de contacto magnético, y poder comparar la señal de entrada para detectar un posible fallo de fase de las líneas de alimentación del motor trifásico de 3 líneas.

M Maatteerriiaall:: • • • • • • • • • •

PUT SCR Fuente de DC 12V Resistencias Diodos (1N4007) Led.’s Timer 555 Capacitores Comparador LM741 Relevadores de contacto magnético

IInnttrroodduucccciióónn:: Corriente alterna trifásica Para el funcionamiento de motores, etc., es útil disponer de una corriente con una potencia constante. De hecho, es posible obtener una potencia constante de un sistema de de corriente alterna teniendo tres líneas de alta tensión con corriente alterna funcionando en paralelo, y donde la corriente de fase está desplazada 1/3 de ciclo, es decir, la curva roja de arriba se desplaza un tercio de ciclo tras la curva azul, y la curva amarilla está desplazada dos tercios de ciclo respecto de la curva azul.



En cualquier punto a lo largo del eje horizontal del gráfico de arriba, encontrará que la suma de las tres tensiones es siempre cero, y que la diferencia de tensión entre dos fases cualesquiera fluctúa como una corriente alterna. Conexión de la corriente alterna trifásica Conexión triángulo Si llamamos a los conductores trifásicos L1, L2 y L3, entonces se conectará el primer imán a L1 y L2, el segundo a L2 y L3 y el tercero a L3 y L1.

Este tipo de conexión se denomina conexión triángulo, ya que los conductores se disponen en forma de triángulo. Habrá una diferencia de tensión entre cada dos fases que en sí misma constituye una corriente alterna. La diferencia de tensión entre cada par de fases será superior a la tensión que definíamos en la página anterior; de hecho será siempre 1,732 veces superior a esa tensión (1,732 es la raíz cuadrada de 3).

Conexión estrella Sin embargo, existe otra forma en la que una red trifásica puede ser conectada: También puede conectar uno de los extremos de cada una de las tres bobinas de electroimán a su propia fase, y después conectar el otro extremo a una conexión común para las tres fases. Esto puede parecer imposible, pero considere que la suma de las tres fases es siempre cero y se dará cuenta de que esto es, de hecho, posible.

M Moottoorreess TTrriiffáássiiccooss El motor asincrónico trifásico gira arrastrado por el campo rotante que tiene origen en las corrientes de fase. Cuando se interrumpe una fase el motor sigue en rotación, aunque su característica par velocidad cae notablemente. Absorbe entonces mayor corriente, para poder entregar la potencia requerida por la carga, y puede llegar a dañarse si no actúan las protecciones. Si se carga el motor, alimentado con dos fases podrá entregar una potencia sensiblemente reducida en comparación a sus dimensiones (que corresponden al motor trifásico). Si el motor está detenido y se lo alimenta con sólo dos fases, no arrancará, es necesario hacerlo girar mediante un impulso para iniciar el movimiento.



Maquinas trifásicas síncronas y asíncronas. Particularidades comunes: Todas las maquinas eléctricas, sean de C.A monofásica o trifásica, sean de C.C, necesitan para su funcionamiento como generador o como motor: • •

Un campo magnético inductor. Un arrollamiento inducido.

El campo magnético común a todas las maquinas trifásicas es un campo giratorio que puede generarse de distintas manera. Este campo gira siempre a la velocidad sincrona de la maquina que depende del numero de pares de polos de ésta y de la frecuencia de la corriente alterna. En la tabla numérica 13 figuran los valores de la velocidad síncrona para una frecuencia de 50 Hz y diversos números de pares de polos. Si la frecuencia es de 60 Hz, estas cifras resultan un 20 % más elevado. Velocida d síncrona ns

Nº de Pares de Polos p

Velocidad síncrona ns

1

3000

7

429

2

1500

8

375

3

1000

9

333

4

750

10

300

5

600

12

250

6

500

15

200

rev / min.

Nº de Pares de Polos p

rev / min.

Tabla Numérica, Velocidades síncronas a 50 Hz Todas las maquinas trifásicas tienen además en común el arrollamiento trifásico estatórico. Esté está repartido simétricamente en tres ramas (fases), cada una de las cuales va dispuesta en las ranuras que ha dicho efecto existen en el paquete de chapas estatórico. Adoptando otra distribución para el arrollamiento estatórico pueden obtenerse arrollamientos adecuados para corriente alterna monofásica o bifásica. Forma constructiva y funcionamiento de una maquina síncrona La maquina asíncrona es generalmente de polos interiores contrariamente a la de corriente continua, el arrollamiento de excitación necesario para crear el campo magnético situado en el rotor (rueda polar). La máquina es excitada independientemente por medio de una batería o de un generador de corriente continua (excitatriz) acoplado al mismo eje. La tensión de excitación puede escogerse libremente de modo que resulte un arrollamiento de fácil ejecución.



Al montar este arrollamiento sobre la rueda polar deben preverse soportes especiales para cada bobina con objeto de contrarrestar de forma segura las fuerzas centrifugas que aparecen en servicio. Excitando una maquina síncrona con corriente continua y haciéndola girar luego su rueda polar, se crea un campo rotatorio que induce en cada uno de los tres arrollamientos estatóricos una tensión alterna. Estas tres tensiones están desfasadas 120º entre si; la maquina funciona como generador trifásico. Si el estator está conectado a una red trifásica con carga, los arrollamientos del mismo suministraran corriente a dicha red en cuanto actúe sobre la rueda polar la fuerza de accionamiento necesario. El arrollamiento estatórico de la mayoría de generadores existentes en las centrales eléctricas suele trabajar a tensiones elevadas de hasta 10000 V. Si la maquina síncrona recibe energía eléctrica de una red trifásica en vez de energía mecánica en su rueda polar, aparece en esta última un efecto motor. El motor síncrono puede accionar entonces cualquier máquina de trabajo acoplada al eje de su rueda polar, conservando siempre un mismo numero de revoluciones constante (velocidad síncrona). Esta condición es exigida en muchos casos. Máquinas asíncronas Contrariamente a las máquinas síncronas empleadas normalmente como generadores, las máquinas asíncronas han encontrado su principal aplicación como motores, debido a la sencillez de su construcción. El motor asíncrono trifásico es hoy el motor usual de accionamiento en todas las redes de distribución. Motor Asíncrono Trifásico Un problema con los motores monofásicos, es que precisan de un sistema para arrancar. En este caso puede notarse que los polos no giran uniformemente, sino que su magnitud varía alternadamente a lo largo del eje principal. Por lo anterior, existen motores con arranque con condensador, motores con resistencias de arranque, motores de polos sombreados, etc.

Sin embargo, en el caso de los motores trifásicos, la interacción entre los campos magnéticos variables en las tres fases genera la aparición de un campo magnético de módulo constante aunque giratorio en el espacio. Por lo general, y siempre que sea posible, convendrá trabajar con motores asíncronos trifásicos.



D Deessaarrrroolllloo Por medio de un circuito rectificador trifásico, se detecta la ausencia de fase, reduciendo el voltaje y comparándolo contra una referencia fija. Cuando las tres fases están presentes, se habilita un sistema astable para controlar el tiempo de entrada y de trabajo del motor trifásico. Este oscilador astable, controla los switches para trabajen alternados, haciendo girar a un tiempo el motor en un sentido y en otro tiempo, en sentido contrario. El tiempo de trabajo esta determinado por circuitos temporizadores con PUT, los cuales retardan el tiempo de disparo a partir del inicio del ciclo de trabajo del astable. Cuando el disparo se ha realizado el ciclo del astable esta cerca del cambio de semiciclo y la diferencia de este tiempo, es la que el motor trabaja.

1. Líneas de Trifásica.

2. Control de Ausencia de fase.

5. Motor Trifásico.

3. Timers para el control de Sw.

4. Switches Controlados.

1. Líneas de Trifásica. Lo primero es obtener la alimentación de trifásica. 2. Control de Ausencia de fase. El circuito detecta la presencia de las 3 fases, si una de ellas está ausente el sistema no trabaja. 3. Timers para el control de Sw. Los timer controlan el tiempo de entrada y salida de los Switches. 4. Switches Controlados. Estos switches controlan el cambio de fase para realizar el cambio de sentido de giro. Los switches están gobernador por los timers y estos a su vez por el circuito detector de falla de fase. 5. Motor Trifásico. Su sentido de giro es de acuerdo a la conexión de los Sw.

Construir un oscilador (555 monoestable) con una constante de tiempo de 20 segundos arriba (tiempo de apagado) y 5 segundos abajo (tiempo de encendido). Aplicar el oscilador para la etapa hacia delante del motor y para la etapa de reversa del motor (mediante la conmutación de los relevadores). Implementar un sistema de prueba de fase mediante un comparador y puente trifásico.



A Applliiccaacciióónn Arreglo de Relevadores

D Diiaaggrraam maa ddee llaa PPrrááccttiiccaa



CCoonn llooss cciirrccuuiittooss tteem mppoorriizzaaddoorreess 11 yy 22

CCoonncclluussiioonneess Queda la gran satisfacción de haber realizado en su perfección una práctica que requiere de precisión en cuanto a la implementación de los elementos y un correcto funcionamiento, para poder ser probado con la acometida de Trifásica, La práctica se presentó funcionando perfectamente, observándose la precisión que se puede conseguir con los tiristores.



Práctica 5 Semáforo con Tiristores con RL en AC O Obbjjeettiivvoo:: El fin de esta práctica es manejar y sincronizar tanto PUT’s, un temporizador 555, SCR’s, etc., simulando un semáforo de luz.


PUT 2N6027 SCR C106M Transistores PNP 3906 Circuito 555 Capacitores: 4 de 10 µF y 8 de 1 µF. Relevadores 12V Resistencias (varias)

IInnttrroodduucccciióónn:: TECNICAS DE CONMUTACION DE TIRISTORES. Por lo común un tiristor se activa mediante un pulso de señal de compuerta. Cuando el tiristor esta en modo de conducción, su caída de voltaje es pequeña, entre 0.25 y 2 V. Una vez activado el tiristor y satisfecho los requisitos de la carga, por lo general es necesario desactivarlo; esto significa que ha cesado la conducción directa del tiristor y que la reaplicación de un voltaje positivo al ánodo no causara un flujo de corriente, sin la correspondiente aplicación de la señal de compuerta. La conmutación es el proceso de desactivación de un tiristor, y por lo general causa la transferencia del flujo de corriente a otras partes del circuito. Normalmente, para llevar a cabo la desactivación en un circuito de conmutación se utilizan componentes adicionales. Junto con el desarrollo de los tiristores, se han desarrollado muchos circuitos de conmutación, cuyo objetivo es reducir el proceso de desactivación de tiristores. Los tiristores juegan un papel importante en las aplicaciones de alto voltaje y alta corriente, generalmente por arriba de 500 A y de 1 KV. Las Técnicas de conmutación utilizan resonancia LC (o un circuito RLC subamortiguado) para obligar a la corriente o el voltaje de un tiristor a pasar por cero, desactivando por lo tanto el dispositivo de potencia. Las Técnicas de conmutación ponen de manifiesto las formas de onda del voltaje y la corriente transitorios de los circuitos LC bajo varias condiciones. Esto ayuda en la comprensión del fenómeno transitorio de CD bajo condiciones de interrupción o de conmutación.



Se pueden clasificar dos Técnicas principales de conmutación que son: 1. 2.

Conmutación natural. Conmutación forzada.

CONMUTACION NATURAL. Si el voltaje de alimentación es de CA, la corriente del tiristor pasa a través de un cero natural, y a través del tiristor aparece un voltaje inverso. El dispositivo queda desactivado en forma automática debido al comportamiento natural del voltaje de la alimentación. Esto se conoce como conmutación natural o de línea. En la práctica el tiristor se dispara en forma sincrónica con el cruce por cero del voltaje positivo de entrada en cada ciclo, a fin de suministrar un control continuo de potencia. Este tipo de conmutación se aplica a controladores de voltaje de CA, a rectificadores controlados por fase y a cicloconvertidores. El ángulo de retraso a se define como el ángulo existente entre el cruce por cero del voltaje de entrada y el instante en que el tiristor se dispara. CONMUTACION FORZADA. En algunos circuitos de tiristor, el voltaje de entrada es CD, para desactivar al tiristor la corriente en sentido directo del tiristor se obliga a pasar por cero utilizando un circuito adicional conocido como circuito de conmutación. Esta técnica se conoce como conmutación forzada y por lo común se aplica a los convertidores de CD a CD (pulsadores) y en convertidores de CD a CA (inversores). La conmutación forzada de un tiristor se puede lograr de siete maneras diferentes, que pueden clasificarse como: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Autoconmutación Conmutación por impulso Conmutación por pulso resonante Conmutación complementaria Conmutación con pulso externo Conmutación del lado de la carga

Esta clasificación de las conmutaciones forzadas se basa en la disposición de los componentes del circuito de conmutación y en la forma en que la corriente de un tiristor se fuerza a cero. El circuito de conmutación esta formado por lo general de un capacitor, un inductor y uno o más tiristores o diodos.



1.- Autoconmutación El tiristor es desactivado debido a las características naturales del circuito. Con condiciones iniciales vc(t = 0) = 0 e i(t = 0 ) = 0, la solución de la corriente de carga i como

i(t ) = V s

C sen ω m t L

Y el voltaje del capacitor

v c (t ) = V s (1 − cos ω m t ) donde

ωm = 1

LC

Después del tiempo t = to, la corriente de carga se convierte en cero y el tiristor se desactiva. Una vez que el tiristor es disparado, existe un retraso de to segundos antes de que T1 sea desactivado, a este tiempo se le llama tiempo de conmutación del circuito. 2.- Conmutación por impulso El tiristor T1 esta conduciendo inicialmente. Cuando se dispara el tiristor auxiliar T2, el T1 queda con polarización inversa, debido al voltaje del capacitor, y T1 se desactiva, el capacitor se carga desde -Vo hasta cero y la corriente dejara de fluir y desactivara al T2. El tiempo requerido para que se descargue el capacitor desde -Vo hasta cero se conoce como tiempo de desactivación del circuito toff y debe ser mayor que el tiempo de desactivación del tiristor tq. Toff también se conoce como tiempo disponible de desactivación. El tiempo de desactivación depende de la corriente de carga, si es constante esta dado por

t off =

V0 C Im

Dado que se aplica un voltaje inverso de Vo a través del tiristor T1 inmediatamente después del disparo del tiristor T2, esto se conoce como conmutación por voltaje. Debido a la utilización de un tiristor auxiliar T2, a este tipo de conmutación también se conoce como conmutación auxiliar. El tiempo de desactivación del circuito, toff, es inversamente proporcional a la corriente de carga; así, para una carga muy pequeña o una corriente de baja carga, el tiempo de desactivación será muy grande y para una corriente de carga alta el tiempo de desactivación será pequeño.



3.- Conmutación por pulso resonante Cuando se dispara el tiristor T2, se forma un circuito resonante constituido por L, C. Debido a la corriente de resonancia, la corriente en sentido directo del tiristor T1 se reduce a cero en t = t1, cuando la corriente de resonancia se iguala con la corriente de carga Im. El tiempo t1 debe satisfacer la condición i(t = t1) = Im, y se determina como

t1 = LC sen −1 (

Im Vo

L ) C

La corriente a través del tiristor T1 dejara de fluir y el capacitor se volverá a cargar a una velocidad determinada por la corriente de carga Im. El capacitor se descargara desde -V1 hasta cero y su voltaje empezara a elevarse hasta el voltaje de CD de la fuente. La energía almacenada en el inductor L debido a la corriente de pico de la carga Im se transfiere al capacitor, haciendo que se sobrecargue. El voltaje del capacitor se invierte desde Vc (=Vo) hasta -Vo mediante el disparo de T3. El tiristor T3 esta autoconmutado. 4.- Conmutación complementaria La conmutación complementaria se utiliza para transferir corriente entre dos cargas. El disparo de un tiristor conmuta a otro. Cuando se dispara el tiristor T1, la carga con R1 se conecta el voltaje de alimentación, Vs, y al mismo tiempo se carga el capacitor C hasta Vs a través de la otra carga con R2. La polaridad del capacitor C es como aparece en la figura. Cuando se conecta el tiristor T2, el capacitor queda colocado a través del tiristor T1 y la carga con R2 se conecta al voltaje de alimentación, Vs. T1 adquiere polarización inversa y se desactiva por medio de la conmutación por impulso. Una vez desactivado el tiristor T1, el voltaje del capacitor se invierte a -Vs a través de R1, T2 y la alimentación. Si el tiristor T1 se vuelve a disparar, el tiristor T2 se desactiva y el ciclo se repite. 5.- Conmutación por pulso externo Para desactivar un tiristor que esta conduciendo, se utiliza un pulso de corriente que se obtiene de un voltaje externo. En la figura se muestra un circuito de tiristor mediante la conmutación de pulso externo y dos fuentes de alimentación. Vs es el voltaje de la alimentación principal y V es el voltaje de la fuente auxiliar. Si se dispara T3, el capacitor se cargara a partir de la fuente auxiliar. Suponiendo que el capacitor al principio no estaba cargado, un pulso resonante de corriente pico, fluirá a través de T3, y el capacitor se cargara hasta 2V. Si T1 esta conduciendo y se aplica una corriente de carga a partir de la fuente principal Vs, el disparo de T2 aplicara un voltaje inverso Vs - 2V a través de T1; y T1 se desactivara. Una vez desactivado, el capacitor se descargara a través de la carga a una velocidad determinada por la magnitud de la corriente de carga Im. 6.- En todos estos métodos la conmutación se produce por el lado de la carga.



D Deessaarrrroolllloo:: Señalización o o o o

Etapa Etapa Etapa Etapa

A = Luz verde (siga) B = Luz verde intermitente (etapa de atención) C = Luz anaranjada (preventiva) D = Luz Roja (alto “stop”)

Procedimiento La etapa A comienza a partir del reset con luz verde (ya disparada) a partir de aquí se comienza a cargar la etapa 1 y se dispara mediante la carga de un capacitor por la constante RC para disparar un PUT y este habilite la conducción (enclavamiento del SCR) de un SCR de Ánodo a Cátodo, habilitando la carga que este tiene a su cargo Y mediante esta señal comenzamos a cargar la segunda etapa (que es exactamente la misma) y una ves que la etapa B se dispara esta bloquea a la etapa A por medio de corriente capacitiva inversa. Yasí sucesivamente disparamos la etapa C y esta bloquea a la B, posteriormente disparamos la etapa D y esta bloquea a la C y se cicla esperando la carga de la etapa extra que corresponde a la etapa A y vuelve a comenzar el ciclo. De esta manera los tiempos de duración de la señalización del semáforo dependerán de los cálculos realizados en cada etapa para la carga del capacitor atreves de una resistencia donde la constante de tiempo t = RC determina dicho tiempo.

1. Pulso de inicio.

2. Estado de “NO AVANCE”.

3. Estado de “AVANCE”. .

4. Estado de “AVANCE PREVENTIVO”.

5. Estado de “PREVENIDO PARA DETENERSE”.



1. Pulso de inicio. 2. Estado de “NO AVANCE”. El primer SCR entra en conducción y el Primer PUT inicia su ciclo de tiempo. 3. Estado de “AVANCE”. El segundo SCR entra en conducción y su respectivo PUT inicia su ciclo de tiempo. 4. Estado de “AVANCE PREVENTIVO”. El SCR entra en conducción y activa un circuito astable. El PUT correspondiente inicia su ciclo de tiempo 5. Estado de PREVENIDO PARA DETENERSE”. El SCR entra en conducción, el PUT inicia su ciclo de tiempo y se conecta a la etapa de “NO AVANCE”.

CCoonncclluussiioonneess En practicas pasadas analizamos y utilizamos a los SCR donde nos dimos cuenta que dichos dispositivos una ves que se disparan (enclavan) ya no se desenclavan si no se retira la alimentación de la fuente o en este caso retirando el nivel de voltaje y corriente de DC que surte al ánodo del dispositivo, y por medio de esta practica podemos observar que mediante corrientes capacitivas inversas es posible reducir el nivel de corriente que pasa por el SCR por debajo de Imin , logrando desenclavar a el SCR.



Práctica 6 Dimer AC-DC manual y automático (Digital) O Obbjjeettiivvoo::

Analizar el funcionamiento de dispositivos controladores de potencia, por medio del recorte de fase y/o voltaje de una línea de voltaje alterno. Diseñar un circuito analógico y un circuito digital, donde controlemos la potencia por medio del principio de recortar el ángulo de disparo en una señal senoidal. Realizar un circuito analógico y un circuito digital, para controlar de potencia y, por consecuencia la intensidad luminosa de una lámpara incandescente.

Reconocer ventajas y desventajas de lo analógico y digital e viceversa. M Maatteerriiaall::

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SCR PUT Puente Rectificador Carga en AC. Resistencia variable Capacitores Resistencias Zener (12V) Mux 8 a 1 (74H4051) Contador binario 74HC4040

IInnttrroodduucccciióónn:: El dimmer es un dispositivo el cuál nos permite variar la cantidad de voltaje por ejemplo de una lámpara, de un motor etc. Son muy utilizados en una casa–habitación para variar el voltaje de los focos de las recámaras, lo que ayuda a prolongar el tiempo de vida de estos, recordemos que la causa principal de acortamiento de la vida de las lámparas normales es, el pico de voltaje inicial. El dimmer nos permite comenzar desde cero volts y aumentar paulatinamente hasta alcanzar la iluminación máxima. El dimmer se basa en el ajuste del voltaje que consigue, por ejemplo, una lámpara. El dimmer ha sido posible por muchas décadas usando resistores ajustables de energía y transformadores ajustables. Esos métodos se han utilizado en teatros de película, escenarios y otros lugares públicos. El problema de ésos métodos de control ha sido que son grandes, costoso, tiene una eficiencia pobre y son difíciles de controlar. La electrónica de energía ha evolucionado rápidamente, entre 1960-1970 a los tiristores y los triac. Usando estos componentes era absolutamente fácil hacer los dimmers pequeños y baratos y con buena eficiencia. La electrónica que controlaba también hizo posible hacerlos fácilmente controlables de la posición remota. Este tipo de dimmer llegó a estar disponible después de 1970 y se utiliza hoy en día en muchas localizaciones como los hogares, restaurantes, salas de conferencias y en la iluminación de la etapa.



El dimmer digital es digno de un apartado propio dado que requiere una explicación que es amplia. El dimmer digital no es más que un regulador de intensidad de luz de una lámpara pero controlado digitalmente, para que pueda ser manejado ya sea por un microcontrolador, microprocesador o algo por el estilo. Se hace notable el cambio de lo analógico con lo digital.

D Deessaarrrroolllloo::

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Implementar el dimmer analógico Implementar un dimmer digital Hacer un breve análisis respecto a los dos circuitos.

1. Disparo de tiristor para el control de potencia analógico.

1.Alimentación Alterna.

2. Circuito Detector de Cruce por Cero.

3. Control de tiempo de Disparo.

1. Alimentación Alterna. El circuito es alimentado con voltaje de Alterna. 2. Circuito Detector de Cruce por Cero. A partir del cruce por cero, se cuenta el tiempo para disparo y recorte de la señal de alterna. 3. Control de tiempo de Disparo. Aquí se recorta la y controla la potencia por medio de una resistencia y de acuerdo al tiempo de disparo se recorta de la señal de alterna.

2. Disparo de tiristor para el control de potencia, por medio de sistema digital.

1. Alimentación Alterna. El circuito es alimentado con voltaje de Alterna. 2. Circuito Detector de Cruce por Cero. A partir del cruce por cero, se cuenta el tiempo para disparo y recorte de la señal de alterna. 3. Control de tiempo de Disparo. Aquí se recorta la señal y controla la potencia por medio de un multiplexor que presenta diferentes valores resistivos al PUT, con lo que se puede variar el tiempo de la señal de disparo del PUT al SCR, y de acuerdo a la secuencia de control, es la sección que se recorta de la señal.



Dimmer analógico

Figura Dimmer analógico. El control de potencia del dimmer analógico recae en el arreglo de la resistencia variable de 250 KΩ, el cual controla el ángulo de disparo del PUT.

Figura Dimmer digital. 39 Carlos González Díaz


En el dimmer digital el control del ángulo de dispara (para el control de potencia) es mediante un multiplexor de 8 a 1, donde los valores de las resistencias varían desde 200 kohm hasta los 0 ohm como muestra la figura. El control de combinaciones del multiplexor es mediante un push button el activa un contador binario (a baja frecuencia de 8 estados), donde por cada pulso de reloj tiene el objetivo de ir variando la potencia en la respectiva carga de A.C.

CCoonncclluussiioonneess Esta práctica vuelve a demostrar la funcionalidad de los Tiristores, en el control de la potencia otorgada a la carga, mediante la modulación del ancho de pulso de la onda senoidal, calculando el tiempo a partir del cual el tiristor deja pasar la onda senoidal, logrando hacer esto enclavando al SCR por la señal que es enviada por el PUT en un tiempo determinado por el valor resistivo que otorga el multiplexor, todo este sistema es reiniciado cada vez que se presenta un cruce por cero de la onda senoidal. El circuito con Dimmer Analógico y Digital trabajaron correctamente, estos sistemas se aplican entre otras cosas para el ahorro de energía, disparando el sistema en la primera parte del semiciclo.. Su utilidad se presenta en mayor medida en casas y en la industria en aplicaciones especificas.



Práctica 7 Relevador de Estado Sólido SSR O Obbjjeettiivvoo:: La finalidad de la práctica, como su nombre lo indica, es la construcción de un relevador de estado sólido (Solid state relay) debido al alto costo que tiene en el mercado actual.

M Maatteerriiaall:: • • • • • • • • •

Diodos 1N4007 (4) Foco de 12 volts Foco para corriente alterna Zener de 9 volts Potenciómetro de 100 kΩ Resistencia de 120 kΩ Arreglo Darlington Opto acoplador SCR

IInnttrroodduucccciióónn:: Un Relevador de estado sólido, SSR, por sus siglas en inglés (Solid State Relay), es un en realidad un arreglo de semiconductores para que opere como un sistema de switcheo a altas velocidades, comparado con un relevador mecánico. El relevador de estado sólido, presenta, entre otras características, mayor velocidad de conmutación, mayor potencia de disipación en un espacio pequeño, menor voltaje de control y mayor durabilidad. Estas ventajas están ya comprobadas en el uso de semiconductores discretos. Comparado contra el relevador mecánico, una de las desventajas que presenta, es que este relevador de estado sólido, dada su construcción solo puede operar con circuitos de corriente alterna, pues para poder realizar un switcheo abierto–cerrado, se requiere un cruce por cero para “sacar” del estado de conducción a los elementos semiconductores, mientras que en los relevadores mecánicos, con sólo eliminar la habilitación es suficiente para terminar el estado de conducción. Otra desventaja, pero menos significativa es el voltaje de conducción que consumen los semiconductores, que para esta configuración debe estar cercana a 1v, el cual comparado con una línea alterna de 127 volts, puede ser despreciable, no así cuando el voltaje de alterna sea menor y para el cual, se recomienda hacer un análisis para ver las alternativas de conmutación ofrecidas por otros sistemas. El sistema de cruce por cero evita que el circuito conectado a través de los terminales inicie operaciones cuando el voltaje de entrada esta en su pico máximo, es decir, el sistema siempre trabajará cuando inicie su nivel ascendente un semiciclo, y esto es una ventaja para la protección de los sistemas conectados a las terminales del relevador de estado sólido. El voltaje y el tipo de control también se hace por medio de semiconductores, ya sea por un voltaje aplicado o por medios ópticos.



ESQUEMAS DE PROTECCIÓN CON RELEVADORES. Los diseños y presentaciones específicas varían mucho con los requerimientos de aplicación, las diferencias de construcción, y el tiempo de operación del diseño en particular. Originalmente, todos los relevadores de protección fueron del tipo electromagnético, y electromecánico que siguen estando en gran uso, pero los diseños de estado sólido están proliferando. Los relevadores de estado sólido son usados en sistemas de protección de bajo voltaje donde el relevador y el circuito del interruptor automático son una unidad común. Aquí los relevadores electromecánicos fueron generalmente y relativamente inexactos, algunas veces insensibles, y difícilmente conservan las condiciones. Es en este caso donde los relevadores de estado sólido son hoy en día muy efectivos. INTERRUPTORES DE POTENCIA Los relevadores de protección haciendo una comparación sobre el "cerebro" para sensar disturbios, pero como mecanismo de baja energía no son capaces de interrumpir y aislar el área con problemas de el sistema de potencia. Los interruptores de potencia en sus distintos tipos son el "músculo" que puede aislar la falla. De esta manera los relevadores de protección y los interruptores de potencia son los equipos necesarios para el rápido aislamiento de un área con problemas ó equipos dañados. Un relevador de protección sin un interruptor no tiene valor, excepto posiblemente para alarma. Así también, un interruptor sin relevadores tiene mínimo valor, esté podrá ser usado solamente para energizar o desenergizar manualmente el equipo o los circuitos

D Deessaarrrroolllloo:: La operación del circuito es la siguiente. Se puede utilizar un fototransistor y un led por separado o bien un integrado que ya cuente con ambos elementos para la sección del opto. El circuito que se propone a continuación es distinto al visto en clase, pero resulta más fácil de desarrollar debido a que requiere de muy pocos componentes. El circuito debe ser probado con corriente directa para garantizar su funcionamiento. Se ajusta a través de la resistencia variable de 100 kΩ y el procedimiento es el siguiente. Se debe ajustar la fuente a unos 20 volts, se coloca un foco para visualizar cuando el SCR se encuentre enclavado. Se debe accionar al fototransistor a través de un push button. En un principio el foco debe estar apagado cuando presionemos el push button de no ser así se debe variar la resistencia, quitar la alimentación y volver a conectar hasta que el foco por fin se apague. Ahora bien, se debe ir variando el potenciómetro e ir presionando el push button hasta lograr que el foco encienda. De esta manera nos aseguraremos que el foco sólo encenderá a los 20 volts o por debajo de ese valor. Cuando tengamos un voltaje por arriba de los 20 volts existirá una corriente de rodilla que será capaz de saturar al transistor, de manera que podremos decir que el colector del fototransistor estará con conexión a tierra y este no podrá enclavar el SCR. Cuando tengamos 20 volts o por debajo de este valor, la corriente en la base del transistor cesará y se encontrará en corte dejando el colector del fototransistor conectado a V+ a través de una resistencia y el potenciómetro, esperando solamente que se presione el push button para enclavar al SCR.



Una vez que se ha ajustado el circuito con corriente directa, se procede a sustituir el foco de directa por uno de alterna y se conecta a la línea de AC. Cada vez que se presione el push button el foco deberá encender. Dado que la corriente alterna tiene una frecuencia de 60 Hz difícilmente podremos ver al foco entrar a los 20 volts, es por eso que previamente se ajustó con CD. Por lo que el sistema no deberá enclavarse en AC, y en DC solo deberá enclavarse antes de los 20 V.

CCoonncclluussiioonneess Esta práctica fue entregada funcionando a la perfección. El armado y la prueba de funcionamiento del circuito, fue sencilla, el voltaje de umbral se controla modificando los valores de resistencia de base y colector del transistor que dispara el SCR de conducción completa de señal.

Los SCR de conducción de cada semiciclo siempre estarán disparados cuando su semiciclo este presente, pero están controlados por la etapa que corresponde a la habilitación y al disparo del SCR de conducción completa de señal.



Práctica 8 Motores a Pasos (Steppers) a Dos y Cuatro Polos O Obbjjeettiivvoo::

Comprender el concepto del funcionamiento de los motores a pasos (steppers). Controlar un motor stepper de 2 y otro de 4 bobinas en velocidad, sentido de giro, y condiciones de amarre.

M Maatteerriiaall::

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GAL16V8 74LS193 LM555 6 Transistores 2N2222A 4 MOSFET’s IRFZ44 canal N 2 STA434A Motor a Pasos 4 bobinas Motor a Pasos 2 bobinas Resistencias, Capacitores, leds

IInnttrroodduucccciióónn:: Motores a pasos (steppers).

Como todo motor, es en esencia un conversor electromecánico, que transforma la energía eléctrica en mecánica; pero de un modo tan peculiar que constituye en la actualidad una categoría aparte. En efecto, mientras que un motor convencional gira libremente al aplicar una tensión comprendida dentro de ciertos límites (que se corresponden de un lado al par mínimo capaz de vencer su propia inercia mecánica, y de otro a sus propias limitaciones de potencia); el motor paso a paso está concebido de tal manera que gira un determinado ángulo proporcional a la "codificación" de tensiones aplicadas a sus entradas (puede tener 2,4,6, etc.). La posibilidad de controlar en todo momento esta codificación permite realizar desplazamientos angulares lo suficientemente precisos, dependiendo el ángulo de paso (o resolución angular) del tipo de motor (puede ser tan pequeño como 1,80º hasta unos 15º). De este modo, si por ejemplo el número de grados por paso es de 1,80º, para completar una vuelta serán necesarios 200 pasos. De la misma manera que se puede posicionar el eje del motor, es posible controlar la velocidad del mismo, la cual será función directa de la frecuencia de variación de las codificaciones en las entradas. De ello se deduce que el motor paso a paso presenta una precisión y repetitividad que lo habilita para trabajar en sistemas abiertos sin retroalimentación.



Básicamente los hay de 3 tipos: • • •

De imán permanente “rotor activo” De reluctancia variable “rotor reactivo” Híbridos (combinación de los anteriores)

Motor a pasos de imán permanente El rotor de un motor de imán permanente tiene número par de polos fabricados en aleación de acero de alta retentividad (Alnico) que produce un imán permanente de varios polos. Los devanados del estator son semejantes a los de un motor de inducción o síncrono convencional de dos, tres o más fases, y se sacan terminales de todos los devanados para excitación de CD. Tanto el rotor como el estator pueden emplear polos salientes o no salientes. Los motores de pasos que tienen ángulos pequeños son, en general, del tipo de polos no salientes.

Para calcular el número de grados por paso esta establecida la siguiente fórmula:

α=

360º nP ,

donde n es el número de fases o grupo fase y P el número de polos o dientes del rotor.

Para hacer girar estos motores tenemos que aplicar pulsos de activación. Un método es el siguiente:

Como se observa, los puntos rellenos indican la señal activa. El código en binario para la secuencia es: 10b 9b 5b 6b y vuelve a repetirse. Si se desea invertir el giro del motor solamente tenemos que seguir la secuencia al revés. Este método nos garantiza un mejor torque para el motor ya que solo existe un cambio de bit a la vez.

La figura de la izquierda nos muestra una secuencia con rotabit, podemos probar nuestro motor conectando las puntas de este a esta secuencia de activación pero como se ve, solamente queda 1 bit activado a la vez lo que nos reduce el torque del motor.



D Deessaarrrroolllloo:: Sin embargo en el desarrollo de la práctica encontramos un código con el que el torque es mayor, ya que es en este punto en el que siempre están activándose dos bobinas, y el motor queda en amarre. Si consideramos que el motor de 4 bobinas, que tiene 5 cables, en el orden de izquierda a derecha son A, B, C, D, E siendo C el común entonces el código será Es decir: A B D E 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 Este es el diagrama a bloques del control de motor a pasos con 4 bobinas. La técnica utilizada para este motor es de avance por Micropaso. o medios pasos

1. Oscilador. Este oscilador entrega al reloj del contador la frecuencia/vel ocidad a la que el motor girará.

2. Contador. El contador genera una lógica secuencial y con lógica combinacional hacer girar el motor. El sentido de giro esta dado por el modo de operación del contador (ASC/DSC).

3. Lógica Combinacional. Aquí se genera la secuencia combinacional y entrega los pulsos con los que el motor avanza por pasos.

4. Control de Potencia. La señales de la lógica combinacional se aplican a cada polo del motor haciéndolo girar.

El diagrama a bloques del control de pasos con 2 bobinas es el siguiente: Aquí se controlan las bobinas con Switch H, debido a que al polaridad de las bobinas debe de cambiar, de acuerdo a la secuencia.

1. Oscilador. Este oscilador entrega al reloj del contador la frecuencia/ve locidad a la que el motor girará.

2. Contador. El contador genera una lógica secuencial y con lógica combinacional hacer girar el motor. El sentido de giro esta dado por el modo de operación del contador (ASC/DSC).

Carlos González Díaz

3. Lógica Combinacional. Aquí se genera la secuencia combinacional y entrega los pulsos con los que el motor avanza por pasos.


4. Switch H. La lógica combinaciona l se aplica a un switch H, que controla la polaridad de cada bobina haciendo girar al motor en un sentido y otro. 46

El decodificador Gal16V8 utiliza el siguiente programa, donde X y Y son las entradas, Y es el menos significativo, y las salidas son a, b, d, e, refiriéndose a las bobinas en ese orden. CHIP STEPER GAL16V8 w 2 X Y 5 6 7 8 9 GND 11 12 13 14 15 e d b a VCC EQUATIONS a=/X*/Y + X*Y b=X*/Y + X*Y d=/X*Y + X*/Y e=/X*/Y + /X*Y

Se utilizan buffers y Fets para no permitir que se caiga la señal a la salida del Gal16V8



S See aapplliiccaa llaa sseeccuueenncciiaa aa yy bb ppaarraa eell m moottoorr ddee 22 bboobbiinnaass ccoonn uunn ppuueennttee H H,, aarrrreegglloo oobbtteenniiddoo ddeell cciirrccuuiittoo S STTA A443344A A

CCoonncclluussiioonneess

Los motores a pasos nos proporcionan precisión en cuanto al ángulo de giro, y con esto podemos tener sistemas completos como: poleas, brazos, sistemas de recorrido, etc. Se pueden observar las alternativas de operación de estos motores, ya sea en 2 o 4 bobinas la circuitería necesaria para controlarlos en: sentido de giro, amarre, velocidad, y el torque que desarrollan. La practica se entrego trabajando correctamente.



Práctica 9 Inversor DC-AC O Obbjjeettiivvoo:: La finalidad de la práctica, como su nombre lo indica, es la conversión de voltaje directo en alterno alimentando su respectiva carga

M Maatteerriiaall:: • • • • • •

2 Mosfet (canal N) Oscilador Circuito inversor (7404) Transformador (3 amperes) 2 Fuentes conmutadas Carga en AC

IInnttrroodduucccciióónn:: Transformador Dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas (véase Electricidad). La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria. Las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor. El producto de intensidad de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas, de forma que en un transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene acompañado por la correspondiente disminución de corriente.



•

Transformador De Potencia

Son grandes dispositivos usados en los sistemas de generación y transporte de electricidad y en pequeñas unidades electrónicas. Los transformadores de potencia industriales y domésticos, que operan a la frecuencia de la red eléctrica, pueden ser monofásicos o trifásicos y están diseñados para trabajar con voltajes y corrientes elevados. Para que el transporte de energía resulte rentable es necesario que en la planta productora de electricidad un transformador eleve los voltajes, reduciendo con ello la intensidad. Las pérdidas ocasionadas por la línea de alta tensión son proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente por la resistencia del conductor. Por tanto, para la transmisión de energía eléctrica a larga distancia se utilizan voltajes elevados con intensidades de corriente reducidas. En el extremo receptor los transformadores reductores reducen el voltaje, aumentando la intensidad, y adaptan la corriente a los niveles requeridos por las industrias y las viviendas, normalmente alrededor de los 240 voltios. Los transformadores de potencia deben ser muy eficientes y deben disipar la menor cantidad posible de energía en forma de calor durante el proceso de transformación. Las tasas de eficacia se encuentran normalmente por encima del 99% y se obtienen utilizando aleaciones especiales de acero para acoplar los campos magnéticos inducidos entre las bobinas primaria y secundaria. Una disipación de tan sólo un 0,5% de la potencia de un gran transformador genera enormes cantidades de calor, lo que hace necesario el uso de dispositivos de refrigeración. Los transformadores de potencia convencionales se instalan en contenedores sellados que disponen de un circuito de refrigeración que contiene aceite u otra sustancia. El aceite circula por el transformador y disipa el calor mediante radiadores exteriores En el campo de la electrónica se suelen utilizar con más frecuencia transformadores con capacidades de alrededor de 1 kilovatio antes de los rectificadores, que a su vez proporcionan corriente continua (CC) al equipo. Estos transformadores electrónicos de energía se fabrican normalmente con bloques de láminas de aleación de acero, llamadas laminaciones, alrededor de las cuales se instalan las bobinas de hilo de cobre. Los transformadores a niveles de entre 1 y 100 vatios se usan principalmente como transformadores reductores, para acoplar circuitos electrónicos a los altavoces de equipos de radio, televisión y alta fidelidad (véase Grabación de sonido y reproducción). Conocidos como transformadores de audio, estos dispositivos utilizan sólo una pequeña fracción de su potencia nominal para la producción de señales en las frecuencias audibles, con un nivel de distorsión mínimo. Los transformadores se valoran según su capacidad de reproducción de frecuencias de ondas audibles (entre 20 Hz y 25 KHz) con distorsiones mínimas a lo largo de todo el espectro de sonido (véase Frecuencia; Sonido).

A niveles de potencia por debajo de un milivatio, los transformadores se utilizan sobre todo para acoplar frecuencias extremadamente elevadas (UHF), frecuencias muy altas (VHF), frecuencias de radio (RF) y frecuencias intermedias (IF), así como para aumentar su voltaje. Estos transformadores de alta frecuencia operan por lo general en circuitos sintonizados o resonantes, en los que se utiliza la sintonización para eliminar ruidos eléctricos no deseados cuyas frecuencias se encuentran fuera del rango de transmisión deseado.



D Deessaarrrroolllloo::

Construir un oscilador de señal cuadrada simétrico. Etapa de switcheo se realiza con Mosfet, y para esta etapa se requirió una señal cuadrada Q y su negación /Q para lograr un switcheo a una frecuencia determinada de tal modo que si la derivación central esta conectada a Vdd = 12V y se conecta a una derivación del transformador (con Q) un switch con MOSFET que se conecte a tierra, le estará induciendo 12V al primario con una frecuencia de 100 Hz y este nos entregara 120V en el secundario ya que nuestro transformador es de 1:10 y en tanto a la otra fase se le este aplicando la señal invertida ya mencionada (/Q). Esto nos proporcionara en nuestro primario un flujo de corriente y una caída de voltaje en el primario y este por efecto inductivo del campo magnético generado y cortando las líneas de campo en el secundario y este secundario a su ves acondicionado en calibre y vueltas se nos entregue 10 veces más en volts a lo que entra en el primario

CCoonncclluussiioonneess El sistema entregó a la carga 240 V funcionando mejor a una frecuencia de aproximadamente 2.3 KHz, logrando encender a la perfección un foco de 40 W. Sin embargo se apreciaba un fuerte efecto de carga al caerse el voltaje al colocarle una carga de 100W, a alrededor de 30 V. Se probo la capacidad de la fuente para suministrar corriente utilizando el voltaje variable positivo a 12V y el voltaje variable negativo a 0V, simulando la Tierra del diagrama.



• Práctica 10 Modulador de Ancho de Pulso Manual y Automático PWM O Obbjjeettiivvoo:: El fin de la realización de esta práctica es desarrollar un dimmer de DC a base de la modulación por ancho de pulso.


TL074 LM741 (2) Capacitores (100 µF, 0.1 µF) Resistencias (10 kΩ, 1 kΩ, 47 kΩ, 100 kΩ, 82 kΩ y de 3.3 kΩ) Potenciómetro (100 kΩ) Mosfet IRFZ44 Foco de 12 volts

IInnttrroodduucccciióónn:: Fundamentos De la Modulación De Anchura De Pulso (PWM) Hay muchas formas de modulación usadas para comunicar la información. Cuando una señal de alta frecuencia tiene una amplitud variada en respuesta a una señal frequecny más baja tenemos (modulación de la amplitud). Cuando la frecuencia de la señal se varía en respuesta a la señal de modulación tenemos FM (modulación de la frecuencia). Estas señales se utilizan para la modulación de radio porque la alta señal de portador de la frecuencia es necesidades de la radiación eficiente de la señal. Cuando la comunicación por pulsos fue introducida, la anchura de la amplitud, de la frecuencia y del pulso se convierte en opciones posibles de la modulación. En muchos accione los convertidores electrónicos donde el voltaje de la salida puede ser uno de dos valores que la única opción es modulación del tiempo medio de la conducción.

Onda seno que modula pulsos



1.

Modulación Linear

La modulación más simple a interpretar es donde el promedio EL la época de los pulsos varía proporcional con la señal de modulación. La ventaja del proceso linear para este uso miente en la facilidad de la desmodulación. La señal de modulación se puede recuperar del PWM por la filtración baja del paso. Para una sola onda del seno de la frecuencia baja como señal de modulación que modula la anchura de un tren de pulso fijo de la frecuencia (fs) los espectros están según lo demostrado en el higo 2. Un filtro bajo del paso puede extraer claramente el fm componente de modulación.

Espectros de PWM 2.

PWM Diente De Sierra

La forma análoga más simple de generar la frecuencia fija PWM está por la comparación con una forma de onda linear de la cuesta tal como un diente de sierra. Según lo considerado en la figura, la señal de salida pasa a ALTO cuando la onda del seno es más alta que el diente de sierra. Se pone en ejecución esto usando un comparador donde el voltaje de salida vaya a una lógica ARRIBA cuando la entrada es mayor que la otra.

PWM diente de sierra.

Otras señales con los bordes rectos se pueden utilizar para la modulación que un portador de levantamiento de la rampa generará PWM con la modulación del borde de fuga/posterior.



Modulación Del Borde De fuga/posterior Es más fácil tener un integrador con un reajuste para generar la rampa en el higo 4 pero la modulación es inferior doblar la modulación del borde.

3. PWM Muestreado Regular El esquema ilustrado de arriba genera un borde de la conmutación en instante de la travesía la onda del seno y el triángulo. Esto es un esquema fácil a poner en ejecución con electrónica análoga pero sufre la imprecisión y deriva de todo el cómputo análogo así como tener dificultades de generar los bordes múltiples cuando la señal tiene incluso un ruido agregado pequeño. Muchos moduladores ahora se ponen en ejecución digital pero hay dificultad del está computando la intercepción exacta la onda de modulación y el portador. PWM muestreado regular hace la anchura del pulso proporcional al valor de la señal de modulación al principio del período del portador. En el higo 5 la intercepción de los valores de la muestra con el triángulo determina los bordes de los pulsos. Para una onda diente de sierra de la frecuencia fs las muestras están en 2fs.

PWM Muestreado Regular



Hay muchas maneras de generar una señal modulada anchura del pulso con excepción del diente de sierra fijo del seno de la frecuencia. Para tres sistemas de la fase la modulación de un inversor de la fuente del voltaje puede generar una señal de PWM para cada pierna de la fase por la comparación de la forma de onda deseada del voltaje de la salida para cada fase con el mismo diente de sierra. Un alternativa que es más fácil de poner en ejecución en una computadora y da una PROFUNDIDAD más grande de la MODULACIÓN está utilizando la MODULACIÓN del VECTOR del ESPACIO. 4. Profundidad De la Modulación Para la monofásico un inversor moduló por una comparación del seno-sine- diente de sierra, si comparamos una onda del seno de la magnitud a partir de la -2 a +2 con un triángulo a partir de la 1 a +1 la relación linear entre la señal de entrada y la señal de salida media es perdido. Una vez que la onda del seno alcance el pico del triángulo los pulsos estarán de anchura máxima y la modulación entonces saturará. La profundidad de la modulación es el cociente de la señal actual al caso cuando la saturación es el comenzar justo. Así la onda del seno del pico 1,2 comparado con un triángulo con el pico 2,0 tendrá una profundidad de la modulación de m=0.6.

Modulación De Anchura De Pulso Saturada Si se controla el voltaje de salida de los convertidores monofásicos o completos, mediante la variación del ángulo de retraso, el ángulo de extinción o el ángulo simétrico, sólo habrá un pulso por cada medio ciclo en la corriente de entrada del convertidor, como resultado la armónica de menor orden será la tercera. Resulta difícil filtrar una corriente armónica de orden menor. En el control por modulación del ancho de pulso (PWM), los conmutadores del convertidor se cierran y abren varias veces durante medio ciclo, el voltaje de salida se controla variando el ancho de los pulsos. Las señales de compuerta se generan comparando una onda triangular con una señal de corriente directa. Ar -Ac



TECNOLOGÍAS CMOS. En informática, acrónimo de Complementary Metal Oxide Semiconductor (Semiconductor Complementario de Óxido Metálico). Es un dispositivo semiconductor formado por dos transistores de efecto de campo de óxido metálico (MOSFET), uno del tipo n y otro del tipo p, integrados en un único chip de silicio. Utilizados por lo general para fabricar memoria RAM y aplicaciones de conmutación, estos dispositivos se caracterizan por una alta velocidad de acceso y un bajo consumo de electricidad. Pueden resultar dañados fácilmente por la electricidad estática. El Mosfet : El Mosfet de potencia es un dispositivo controlado por voltaje, que requiere solo de una pequeña corriente de entrada. La velocidad de conmutación es muy alta siendo del orden de los nanosegundos. Los Mosfet de potencia están encontrando cada vez mas aplicaciones en los convertidores de alta frecuencia y alta potencia. Los Mosfet no tienen los problemas de los fenómenos de ruptura secundaria que tienen los BJT. Sin embargo, tienen problemas de descargas electrostáticas, por lo que su manejo requiere de cuidados especiales. Además, es relativamente difícil protegerlos bajo condiciones de falla por corto circuito. Los Mosfet son de dos tipos: De agotamiento. De enriquecimiento. Un Mosfet tipo agotamiento de canal n se forma en un sustrato de silicio de tipo p, *(fig1), con dos silicios n+ fuertemente dopados para tener conexiones de baja resistencia. La compuerta esta aislada del canal mediante una delgada capa de oxido. Las tres terminales se conocen como compuerta, drenaje y fuente. Normalmente, el sustrato se conecta a la fuente. El voltaje de compuerta a fuente, Vgs, puede ser positivo o negativo. Si Vgs es negativo algunos de los electrones del área del canal n serán repelidos y se creara una región de agotamiento por debajo de la capa de oxido que resultara en un canal efectivo mas angosto y una alta resistencia de drenaje a fuente, Rds. Si Vgs se hace suficientemente negativo, el canal se agotara totalmente ofreciendo un alto valor Rds, y no habrá flujo de corriente de drenaje a fuente, Ids = 0. Cuando esto ocurre, el valor de Vgs se conoce como voltaje de estrechamiento, Vp. Por otra parte, Vgs se hace positivo, el canal se ensancha, e Ids aumenta debido a la reducción en Rds. Con un Mosfet tipo agotamiento de canal p, se invierten las polaridades de Vds, Ids y Vgs. Un mosfet de enriquecimiento de canal n, no tiene un canal físico. Si Vgs es positivo, un voltaje inducido atraerá a los electrones del substrato p, y los acumulara en la superficie por debajo de la capa de oxido. Si Vgs es mayor o igual que un valor conocido como voltaje de umbral ,Vt, se acumulara un numero suficiente de electrones para formar un canal virtual n y la corriente fluirá del drenaje a la fuente. Si se tarta de uno de canal p las polaridades Vds, Ids y Vgs se invierten. Características. Tienen una impedancia de entrada muy alta. La compuerta utiliza una corriente de fuga muy pequeña del orden de los nano amperes. La ganancia de corriente, que es la relación de la corriente de drenaje, Id, y la corriente de entrada de la compuerta, Ig, es típicamente del orden de 10 a la 9. Sin embargo, la ganancia de corriente no es un parámetro importante. La transconductancia, que es la relación de la corriente de drenaje al voltaje de la compuerta, define las características de transferencia, siendo un parámetro muy importante.



D Deessaarrrroolllloo:: El circuito consta de dos osciladores que generan una onda curadaza y dos integradores. Utilizando la teoría que se tiene acerca del amplificador operacional en modo integrador se generarán dos rampas. Ambas tendrán constantes de tiempo distintas de manera que una sea de mayor frecuencia que otra. Una vez que se tienen las dos rampas a la salida del amplificador bastará con llevarlas a un comparador para producir el tren de pulsos de distinto ancho (PWM). A la salida de este comparador se colocará la carga de dc (foco 12 volts) que será habilitado mediante un Mosfet. El foco por tanto estará aumentando y disminuyendo de intensidad y logrará apagarse y prenderse en su totalidad. Ahora bien, lo que respecta al control manual del Dimer bastará con tomar una de las rampas que es la de menor frecuencia y comparar su señal con la señal proveniente de un potenciómetro; de esta manera se tendrá la segunda rampa simulada cuando se varié la resistencia y con esto se producirán pulsos de distinto ancho como en el caso del control automático.



CCoonncclluussiioonneess Es prioritario hacer notar que la modulación por ancho de pulso es una técnica utilizada en áreas como las telecomunicaciones y sistemas de control (para constantes de: tiempo, temperatura, velocidad), etc. Sin embargo aplicada a control de potencia es una técnica que además de ser sencilla de implementar, resulta muy efectiva para controlar Potencia de DC sin desperdiciar energía como en los métodos resistivos. De hecho en comparación con la práctica de los dimmers tanto analógico como digital, la respuesta de este sistema fue similar pero aún así de mayor calidad, por ejemplo, solamente se manejó voltaje DC mientras la otra al acoplar el circuito y manejar voltaje AC como DC proporcionaba distorsión en las señales resultantes de salida. Espero haber aprovechado el curso aprendiendo la mayor cantidad de conceptos sobre el control de la potencia.

Apéndice Conexiones de los motores Trifásicos ................................................................................................ Primero, para establecer cual es la mejor manera de arrancar un motor se deben de conocer las características del proceso donde se necesita un motor y posteriormente conocer las características del motor que se tiene disponible. Los motores, en la placa, indican las tensiones de funcionamiento. Ejemplo: 220 / 380 V. Si la tensión de la red es de 220 V se conecta el motor en triángulo. Si la tensión de la red es de 380 V se conecta el motor en estrella.

Cada bobina del motor soporta:

V=

380v = 200v 3

En la conexión estrella existe el neutro que es el punto en el que las tres bobinas tienen un común, en cambio en la conexión de triángulo no existe el neutro ya que no existe ningún punto en el que las tres bobinas coincidan. Este neutro se llama neutro virtual. Dada la importancia de cuidar un motor por su costo, aquí se muestran breves descripciones de cómo se arrancan los motores trifásicos.



Arranque directo. La manera más sencilla de arrancar un motor de jaula es conectar el estator directamente a la línea, en cuyo caso el motor desarrolla durante el arranque el par que señala su característica par–velocidad. En el instante de cerrar el contactar del estator, el motor desarrolla el máximo par de arranque y la corriente queda limitada solamente por la impedancia del motor. A medida que el motor acelera, el deslizamiento y la corriente disminuyen hasta que se alcanza la velocidad nominal. La sencillez del arranque directo hace posible el arranque con un simple contactor, por lo que suele efectuar rara vez mediante arrancador manual. Los arrancadores automáticos comprenden el contactor trifásico con protección de sobrecarga y un dispositivo de protección de sobrecarga de tiempo inverso. El arranque y la parada se efectúan mediante pulsadores montados sobre la caja, pudiéndose también disponer de control remoto si fuera necesario. Arranque Estrella - Triángulo. Se trata de un método de arranque basado en las distintas relaciones de la tensión de línea y la compuesta, a la tensión de fase que representan los acoplamientos trifásicos estrella - triángulo. En consecuencia, el método solo será aplicado a motores trifásicos alimentados por una red trifásica cuyo devanado estatórico presente sus seis bornes accesibles. Normalmente, la puesta en servicio y el cambio de conexión se realiza mediante un conmutador manual rotativo de tres posiciones: paro–estrella–triángulo, si bien se refiere hoy en día confiar esta maniobra a dispositivos automáticos a base de tres contactores y un temporizador que fija el tiempo del cambio de la conexión estrella a la conexión triángulo a partir del instante de iniciarse el ciclo de arranque. Arranque Wauchope. El arranque Wauchope es una modificación del arranque estrella–triángulo. Introduce una resistencia al cambiar de la posición estrella a la de triángulo, evitando los picos de corriente. Además de no desconectar el motor de la línea durante la conmutación, proporciona un impulso adicional de aceleración. Este método de arranque no solamente evita los transitorios de corriente, sino que logra un par continuo durante el periodo de arranque sin disminución de la velocidad durante la conmutación. Arranque mediante resistencias en el estator Este método de arranque consiste en conectar el motor a la línea mediante una resistencia en serie en cada una de las fases. La resistencias se puede graduar en secciones para limitar la corriente de arranque a un valor pretendido según las normas de la compañía y el par que necesita la maquina de carga. Los arrancadores de resistencias manuales de diferentes posiciones son normalmente del tipo de disco. En los arrancadores de contactor se puede disponer uno de estos para obtener una aceleración adicional cortocircuitando la resistencia de arranque. Corrientemente, sin embargo se emplea solamente una sección de la resistencia que se cortocircuita cuando el motor adquiere la velocidad deseada. Un motor dado desarrolla el mismo par de arranque a una tensión reducida ya sea mediante autotransformador o mediante resistencias de arranque. Arranque mediante resistencias en el rotor. Para este tipo de arranque se ha de utilizar un motor con el rotor bobinado.



Se trata de conectar a las bobinas del rotor unas resistencias en serie y cortocircuitadas a su salida. En el primer tiempo se conectan todas las resistencias, en el segundo se elimina la mitad de las resistencias y en el tercero se cortocircuitan las bobinas del rotor funcionando el motor a su plena tensión como si fuera una jaula de ardilla. Arranque por bobina. A veces se emplea también el arranque por bobina aunque ésta no se pueda dividir fácilmente en secciones. Las características de arranque son muy parecidas a las del arranque por resistencias estatóricas, pero el aumento de tensión en bornes a medida que el motor va adquiriendo la velocidad de sincronismo, lo que produce un mayor par máximo. A medida que la velocidad del motor aumenta no solamente disminuye la corriente, sino que el factor de potencia aumenta y la tensión que cae de la bobina se desfasa con respecto a la caída de tensión en el motor, a medida que el motor va adquiriendo la velocidad nominal, mientras que la tensión en bornes y el par aumenta por encima del valor que se obtiene con arranque o resistencia para las mismas condiciones iniciales.

Referencia Bibliográfica “Sensores y acondicionadores de señal”; Ramón Payas Areny; Alfaomega marcombo

Esta información se ha obtenido de documentos por medio de Internet, entre los sitios mas utilizados están: • • • • • •

http://www.motorola.com http://ccnga.uwaterloo.ca/-jscouria/GSM/gsmreport.html http://www.3com.com http://www.red.com.mx http://www.itu.int/journal/200102/S/html/IP_telephony.htm http://www.voipweb.f2s.com/tutoria1/teleip.php



Prácticas de Electrónica de Potencia

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