“UNIVERSIDAD UNIVERSI DAD TÉCNICA TÉCNICA DE AMBATO” AMBATO” FA FACULTAD CULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL
UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGE NIERÍA EN SISTEMAS, SI STEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y COMUNICACIONES
ELECTRÓNICA DE POTENCIA Final: Variador de Potencia - Dier TEMA: Proyecto Final:
TIPO DE APORTE: In!ore N" #$ NIVEL/PARALELO: Se%to &A' Electr(nica INTEGRANTES: •
E)elyn Freire
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Da)id M*ela
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Pa+l Tenorio
•
,o. /*i0aca /*i0aca
FECHA DE ENVÍO: A1ato2 3# de ,*nio 4#5$ FECHA DE PRESENTACIÓN: A1ato2 #$ de ,*nio 4#5$
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“UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO” FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL
PERIODO: A1ril 4#5$-Se6tie1re 4#5$
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1. INFORME DE LA PRÁCTICA. 1.1. Tema Variador de Potencia - Dimmer 1.2. Objet!"#$ Objet!" %e&e'a($ Diseñar e implementar un variador de potencia con dos secciones una SCR y con TRIAC para controlar la potencia de cero al cien por ciento por sección.
Objet!"# e#)e*+,*"#$ Estalecer un control para poder visuali!ar el "uncionamiento independiente •
•
de cada uno tanto el SCR como el TRIAC. Visuali!ar las di"erentes "ormas de onda producidas por el variador de potencia.
1.-. Re#me&. En el presente traa#o se reali!ar$ un recti"icador de media onda y onda completa con SCR y TRIAC como un dimmer %ue nos sirve para re&ular la intensidad de corriente y var'e la rapide! de &iro de un motor mono"asico( un SCR nos dar'a la mitad de la potencia en camio con el circuito TRIAC variar'amos toda la potencia ) Adem$s se reali!ar$ un protector en contra de cortocircuitos deido a %ue pueda suceder una mala cone*ión entre los e%uipos lo cual estar$ +ec+a en a%uelita con los elementos adecuados para el correcto "uncionamiento y a#uste para altos volta#es para evitar daños en e%uipos.
1./. Pa(ab'a# C(a!e$ TRIAC( SCR( Control( Dimmer. 1.0. I&t'"**& El constante aumento del consumo de ener&'a y la creciente preocupación con respecto a los cortocircuitos( da una relevancia a la ,s%ueda de nuevas estrate&ias para me#orar la e"iciencia de los sistemas de transmisión de ener&'a( como poder controlar y variar su ener&'a. na alternativa a considerar para evitar un cortocircuito en caso de pr$cticas con altos volta#es ser'a un protector %ue no permita %ue el cortocircuito vaya +acia la red y as' evitar daños "'sicos en las l'neas del estalecimiento. Adem$s de un control %ue ayude a re&ular consideralemente la intensidad y por ende la potencia de un circuito %ue nos ayudar'a para re&ular velocidad de un motor con pr$cticas de altos volta#es.
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1.3. Mate'a(e# 4 Met""("%+a 1.3.1. Mate'a(e# MATERIALES$ Dip s/itc+. •
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Potenciómetro de 0112 3. Resistencia de 2 3. 4 SCR 5DT 06. 4 Diodos 571186.
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4 DIAC 5C096 4 Capacitores cer$micos 51.u:6. Interruptor. ;otor mono"$sico. Cales
•
1.3.2 Ma'*" Te'*" •
RECTIFICADOR CONTRALADO DE SILICIO 5SCR6 De,&*&$ El SCR es un dispositivo semi -controlado %ue puede
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activarse por un pulso en la compuerta < si sus terminales A-= est$n polari!adas directamente. El dispositivo se apa&a cuando ocurre una polari!ación inversa en sus e*tremos. •
Smb"("%+a
•
Est$ "ormado por cuatro capas P>P> y tiene tres terminales? El $nodo( el
c$todo y la puerta. Se polari!a de tal "orma %ue el $nodo sea siempre positivo con respecto al c$todo y para %ue condu!ca el tiristor es necesario aplicar un pulso positivo a la puerta de una amplitud su"iciente %ue &arantice el disparo. 718.
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Figura: E!"ru#"ura, !$%&'(' ) r*+r*!*"a#i- *uia(*"* 0* u SCR
El comportamiento $sico es similar a un interruptor unilateral entre
$nodo y c$todo controlado por el terminal de puerta como un diodo de conducción controlada. •
El SCR) est$ "ormado por cuatro capas P>P> y tiene tres terminales? El
$nodo( el c$todo y la puerta. •
Se polari!a de tal "orma %ue el $nodo sea siempre positivo con respecto
al c$todo y para %ue condu!ca el tiristor es necesario aplicar un pulso positivo a la puerta de una amplitud su"iciente %ue &arantice el disparo •
El SCR se puede representar tal como se indica en la "i&ura por medio de
dos transistores complementarios. Si V<@1( entonces 4 y est$n en corte( lue&o e*iste una alta impedancia entre el A y el = y el tiristor >o Conduce. •
Si se aplica un pulso positivo de disparo en <( 4 entre en conducción y
por lo tanto lo +ace tamiBn. a impedancia entre A y = es muy a#a y el
SCR Conduce( En este estado se dice com,nmente %ue el tiristor se encuentra disparado. El SCR no puede ser apa&ado simplemente retirando la señal de disparo en <( se apa&a interrumpiendo la corriente de $nodo IA. 718
E#t'*t'a a estructura de cuatro capas( determina la e*istencia de tres uniones P>(
•
( 4 y 9. a elevada pro"undidad y a#o dopado de la re&ión >( son condiciones indispensales para %ue las uniones y 4 puedan soportar tensiones inversas %ue pueden caer en el tiristor en el estado de no conducción
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Figura 1: E!"ru#"ura 2$!i#a 0* u SCR
F"'ma# e "&a e *"&t'"( *"& SCR
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Figura 3: F'r%a! 0* '0a 0* #'"r'( #' SCR +ara 0'! 4gu('! 0* 0i!+ar' 0i!"i"'!
Interpretemos la "i&ura. Cuando el ciclo de AC comien!a su alternancia(
el SCR est$ lo%ueado. Por tanto( el volta#e instant$neo a travBs de sus terminales $nodo y c$todo( es i&ual al volta#e de la "uente. Esto es #ustamente lo %ue suceder'a si coloc$ramos un interruptor aierto en lu&ar del SCR. •
El SCR est$ tumando la totalidad del volta#e de la "uente( el volta#e a
travBs de la car&a es cero durante este tiempo. •
El e*tremo i!%uierdo de las "ormas de onda ilustra este +ec+o. ;as
delante a la derec+a del e#e +ori!ontal( muestra %ue el volta#e de $nodo a c$todo cae a cero despuBs de cerca de un tercio de semiciclo positivo este es el punto correspondiente a 1 &rados cuando cae a cero el SCR +a sido ceado o +a
pasado al estado de conducción. Por lo tanto( el An&ulo de disparo es de 1 &rados posteriormente actuara con un circuito cerrado los si&uientes 41 &rados( amos $n&ulos siempre totali!an F1 &rados.G 728
Ca'a*te'+#t*a# e ,&*"&ame&t" e( SCR •
Act,a de manera muy similar a un interruptor. Cuando est$ conduciendo presenta un camino de a#a resistencia para el "lu#o de ener&'a de $nodo a c$todo) por
•
consi&uiente( act,a como un interruptor cerrado. Cuando est$ lo%ueado( no puede "luir corriente de $nodo a c$todo) es decir act,a como un interruptor aierto( deido a %ue es un dispositivo de estado sólido( la
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conmutación de un SCR es muy r$pida. Es un dispositivo de tres terminales %ue se comporta como un disco recti"icador( conduce en directo y no conduce en inverso( pero adicionalmente para entrar en conducción dee inyectarse en la compuerta una corriente mayor %ue una corriente de compuerta m'nima 5I
•
para %ue entre en conducción se llama el disparo del SCR. na ve! %ue el SCR +a entrado en conducción( se mantiene as' todo el tiempo %ue el circuito e*terno manten&a una corriente a travBs del SCR mayor %ue una
•
corriente m'nima de sostenimiento. Cuando la corriente del SCR se +ace menor %ue la corriente de sostenimiento Bste
•
de#a de conducir( a este proceso se llama conmutación apa&ado. Conmutación natural? cuando el circuito de car&a por los volta#es aplicados +ace
•
%ue la corriente sea menor %ue la de sostenimiento. n SCR act,a a seme#an!a de un interruptor. Cuando est$ en conducción( +ay una trayectoria de "lu#o de corriente de a#a resistencia del $nodo al c$todo.
•
•
Figura 5: C'0i#i'*! 0* #'%u"a#i- 0* u SCR
CONFI9URACI:N DE ACTIVACI:N •
HPolari!ación en CD o CA
Jperación con "uentes DC( "unciona de la si&uiente manera cuando SK
•
se cierra el SCR permite el paso de corriente( la resistencia en el terminal de puerta dee seleccionarse para %ue esto no ocurra. na ve! ceado( el SCR permanecer$ en conducción( la car&a se mantendr$ ener&i!ada +asta tanto se suprima la "uente de volta#e. El SCR se mantendr$ en conducción( aun%ue el SK se ara pues no se necesita una corriente de puerta para mantener el SCR en conducción Jperación con "uentes AC( cuando el interruptor est$ aierto( no es
•
posile la circulación de corriente +acia la puerta. El SCR #am$s pasara a conducción( de modo %ue es un circuito en serie aierto con la car&a( por tanto( la car&a esta des ener&i!ada. 7-8
A)(*a*"&e#
•
Figura 6: Cir#ui"' !i%+(* 0* 0i!+ar' #' SCR. R*"ar0' * *( 0i!+ar' u!a0' #'0*!a0'r*!
DISPARO DEL SCR •
Se llama disparo o ceado del SCR al paso del estado de no conducción
al de conducción. Para %ue se pueda producir el disparo del SCR se deer$ cumplir siempre %ue la "orma m$s com,n de pasar un SCR al estado de conducción consiste en la aplicación de una tensión positiva entre puerta 5
METODOS DE DISPARO n SCR se puede disparar 5a6 por corriente continua 56 por corriente
•
alterna 5c6 por pulsos. •
;
POR CORRIENTE CONTINUA
•
•
Figura 7: Di!+ar' +'r #'rri*"* #'"iua
•
•
Cuando S est$ aierto( no circula corriente( o sea( I<@1 no +ay disparo( el
SCR est$ cortado. Al cerrar S circula I< y el SCR se dispara( o sea conduce y le lla&a corriente a la car&a +aciBndola "uncionar 5alumrar si es un omillo o sonar si es un timre6. Si el interruptor S se vuelve a arir( el SCR si&ue disparado y por lo tanto la car&a "uncionando.
;
POR CORRIENTE ALTERNA
•
•
Figura 8: Di!+ar' +'r #'rri*"* a("*ra
a l$mpara de >eón se usa como dispositivo de disparo. as l$mparas de
>eón tienen una elevada resistencia antes del disparo y se e*citan o disparan con volta#es de 71 a L1V.
; •
POR PULSOS n SCR se puede disparar por pulsos positivos aplicados a la puerta. no
de los mBtodos m$s comunes es usando un transistor ni#untura 5T6 como se indica a continuación
•
Figura 9: DISPARO POR PULSOS
•
El volta#e en la car&a se puede variar camiando el periodo T de los
•
pulsos positivos. Esto se consi&ue con el potenciómetro R del circuito T.
TRIAC n TRIAC es como un DIAC con una terminal compuerta. n TRIAC
•
puede ser disparado por un pulso de corriente en la compuerta y no re%uiere volta#e de ruptura para iniciar la conducción( como el DIAC. M$sicamente( se puede pensar en un TRIAC simplemente como dos SCR conectados en paralelo y en direcciones opuestas con una terminal com,n( la compuerta. A di"erencia del SCR( el TRIAC puede conducir corriente en una u otra dirección cuando es activado( se&,n la polaridad del volta#e a travBs de sus terminales.G 4 7-8
Smb"("%+a
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Figura : SÍM;OLO DE TRIAC Y CONSTRUCCIÓN ;Di!+'!i"i'! E(*#"r-i#'!? •
D#t'b*& e P&e#
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Figura @: DISTRI;UCION DE PINES DEL TRIAC Fu*"*: T='%a! F(')0 >Di!+'!i"i'! E(*#"r-i#'!?
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C'!a Ca'a*te'+#t*a
Figura : CURVA CARACTERÍSTICA DEL TRIAC Fu*"*: T='%a! F(')0 >Di!+'!i"i'! E(*#"r-i#'!?
a curva de caracter'stica se muestra en la :i&ura 9. Jserve %ue el
potencial de ruptura se reduce a medida %ue se incrementa la corriente en la compuerta( e*actamente como con el SCR. Como con otros tiristores( el triac de#a de conducir cuando la corriente en el $nodo se reduce por dea#o del valor especi"icado de la corriente de retención. 728 •
1.<. E#=ema# •
1.>. P'"*eme&t" 4 De#a''"((". Para el presente proyecto se desarrolló varias secciones de traa#o como •
es el disparo de un SCR para el control de potencia del motor desde el 1 al 01 N en "orma de traa#o de media onda mientras %ue para el control del 11 N de la potencia a la car&a 5motor6 se +i!o un s/itc+eo a la activación de dos SCROS para su control en onda completa. •
1.?. Re#(ta"# 4 #*#&
•
Se otuvo un circuito %ue mediante la implementación de DIACs( Triacs( Tiristores con lo cual variamos el $n&ulo de disparo mediante un potenciómetro( se reali!ó un recti"icador controlado de media onda con SCR el cual recti"ica el semiciclo positivo y el semiciclo ne&ativo( el otro circuito es un recti"icador controlado de onda completa con TRIAC el cual recti"ica a si ve! tanto el semiciclo positivo como el semiciclo ne&ativo( su variación lo podemos ver en un motor mono"$sico( el cual va variando de una manera sensile( por lo %ue oservamos cómo va aumentando o disminuyendo su
•
velocidad( mediante un potenciómetro %ue est$ en dic+o circuito. Al momento de veri"icar las ondas recti"icadas con el osciloscopio( oservamos como la onda es recti"icada con la cual es una onda limpia sin
•
ruido ya %ue la car&a es una car&a resistiva. Al momento de veri"icar las ondas recti"icadas con el osciloscopio( oservamos como la onda es recti"icada con la car&a 5motor mono"$sico6 la onda se recti"icó pero con un poco de ruido ya %ue la car&a es una car&a inductiva. •
2. C"&*(#"&e#$ a corriente y la tensión de encendido disminuyen con el aumento de •
•
temperatura y con el aumento de la tensión de lo%ueo. El $n&ulo de retardo de disparo es el n,mero de &rados de un ciclo de c.a %ue
•
transcurre antes de %ue el SCR se encienda( estos es( empiece a conducir. Se implementó los circuitos recti"icadores con los par$metros de corriente y
•
tensión. El $n&ulo de conducción es el n,mero de &rados de un ciclo de corriente
•
alterna durante los cuales el SCR est$ en operación. Cuando se produce una variación rusca de tensión entre $nodo y c$todo de un tiristor( Bste puede dispararse y entrar en conducción a,n sin corriente de
•
puerta. os SCR se utili!an en aplicaciones de electrónica de potencia( en el campo del control( deido a %ue puede ser usado como interruptor de tipo
•
electrónico. Se visuali!aron las "ormas de onda de un SCR y TRIAC por lo %ue podemos determinar %ue nos sirven para un control adecuado de elementos.
•
2.1. Re*"me&a*"&e#$ Tomar en cuenta %ue circuito de recti"icación se va a utili!ar( pues al •
momento de encender o poner el "uncionamiento el circuito si no se encuentra en nin&una "orma de traa#o toda la potencia lle&a a la car&a y se %uemara.
•
Para la implementación veri"icar el correcto "uncionamiento de los materiales y e%uipos( ya %ue si al&uno tiene un desper"ecto alterara el
•
resultado "inal Reali!ar primero una simulación interactiva antes de pasar a la implementación "'sica.
•
2.2. Bb("%'a,+a •
7189a'*+a@ S. M.@ 9(@ . A. 9. 5236. ELECTRÓNICA DE POTENCIA:
COMPONENTES, TOPOLOGÍAS Y EQUIPOS . Editorial Paranin"o. P$&inas 10-1 728Ste&@ . U.@ Ta&4@ . 51?>?6 . SE;ICJ>DCTJRES DE PJTE>CIA? CJ> •
R;MJ :IR;E. REVISTA SIE;E>S( 49-40 •
7-8Ra#@ M. .@ 9"&GH(eG@ M. . R. V.@ Fe'&H&eG@ P. A. S. 52/6.
EECTR>ICA DE PJTE>CIA? CIRCITJS( DISPJSITIVJS Q APICACIJ>ES. Pearson Educación. P$&inas 91-90 •
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2.-. F"t"%'a,+a# 4 E#=ema# •
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