ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA INGENIERÍA ELÉCTRICA
Laboratorio De Electrónica II
PRÁCTICA 7 Control De Energía con SCR
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Grupo: 5EM1
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Equipo: 4
Nombres de alumnos:
PORTUGUEZ PINEDA JESUS RODRIGUEZ LARRACILLA EMILIO ROSALES MONTIEL FERNANDO VELAZQUEZ RODRIGUEZ LEONARDO JOSE
Profesor: Ing.: ALMENDARES AMADOR DOMINGO
Fecha De Inicio: 25 / 04 / 2017
Fecha De Entrega: 09 / 05 /2017
ÍNDICE Objetivo .............................................................................................................................................. 1 Introducción Teórica ......................................................................................................................... 1 Rectificador de puente de onda completa ...................................................................................... 1 El diodo Zener .................................................................................................................................. 2 Uso del ujt en circuito de disparo de los scr .................................................................................... 2
Equipo y material a emplear. .......................................................................................................... 3 Desarrollo de la Practica ................................................................................................................. 3 Paso 1(Interpretar el circuito en secciones) .................................................................................... 3 Primera sección: .......................................................................................................................... 3 Segunda sección .......................................................................................................................... 3 Tercera sección ............................................................................................................................ 3 Cuarta sección ............................................................................................................................. 3 Paso 2(Obtener las formas de onda en los puntos indicados) ........................................................ 4
Cálculos ............................................................................................................................................. 7 Valores Obtenidos ............................................................................................................................ 9 Simulación (Multisim) ..................................................................................................................... 10 Valor de Re minimo .................................................................................................................... 10 Valor de Re para 10 pulsos ...................................................................................................... 10 Valor de Re Máximo ................................................................................................................... 10 Conclusiones ................................................................................................................................... 11 Bibliografía ....................................................................................................................................... 11 Hojas de Campo ............................................................................................................................. 12
Objetivo La finalidad de esta práctica es la de comprobar la operación del Rectificador Controlado de Silicio, regulando a un circuito rectificador de onda completa realizado con diodos rectificadores; operando el SCR por control de ángulo de fase disparado por un circuito de pulsos empleando un transistor del tipo UJT.
Introducción Teórica Rectificadordepuentedeondacompleta El rectificador de puente utiliza cuatro diodos conectados como ilustra la figura 1. Cuando el ciclo de entrada es positivo como en la parte (a), los diodos D1 y D2 están polarizados en direc ta y conducen corriente en la dirección mostrada. Se desarrolla un voltaje a través de RL parecido al semiciclo positivo de entrada. Durante este tiempo, los diodos D3 y D4 están polarizados en inversa.
Puesto que la circulación de corriente se hace siempre a través de dos diodos en serie, se produce una caída directa total que es e l doble 2x0.7= 1.4V este valor no lo r ecibe la carga. No obstante, normalmente, esta pérdida de tensión no suele tener se en cuenta y se considera que la tensión de pico de onda pulsatoria de salida es igual a la tensión de pico de la onda senoidal que recibe el puente rectificador: No obstante, sí que puede se r conveniente considera dicha perdida en caso de tensiones bajas de salida, ya que su importancia puede ser notable La fórmula que nos dan el valor de tensión y corriente media de salida son
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EldiodoZener Una aplicación importante de los diodos zener es regular voltaje para producir voltajes de referencia estables para usarlos en fuentes de alimentación, voltímetros y otros instrumentos. Un diodo Zener es un dispositivo de silicio con unión pn diseñado para operar e n la región de ruptura en inversa. El voltaje de ruptura de un diodo zener se ajusta controlando cuidadosamente el nivel de dopado durante su fabricación Ruptura zener Los diodos zener se diseñan para operar en condición de ruptura en inversa; e n un diodo tal, los dos tipos de ruptura en inversa son la de avalancha y zener. El efecto de avalancha, ocurre tanto en diodos rectificadores como en los zener a un voltaje inverso suficientemente alto. La ruptura Zener ocurre en un diodo zener a voltajes en inversa bajos. Un diodo zener se dopa en exceso para reducir el voltaje de ruptura; esto crea una región de empobrecimiento muy estrecha. En consecuencia, existe un intenso campo eléctrico adentro de la región de empobrecimiento. Cerca del voltaje de ruptura zener (VZ), el campo es suficientemente intenso para jalar electrones de sus bandas de valencia y crear corriente. Un diodo zener en ruptura inversa y su curva característica ideal experimenta una caída de voltaje igual al voltaje nominal del zener. Esta caída de voltaje a través del diodo zener producida por la ruptura en inversa está representada por un símbolo de un voltaje de cd aun cuando e l diodo zener no produce voltaje
Usodelujtencircuitodedisparodelosscr El ujt es casi el dispositivo ideal para el disparo de los SCR. La mayoría de los principios de disparo del UJT, se aplican igualmente bien a los tr iacs. Hay varias razones para la compatibilidad entre los ujt y los scr a. El ujt produce una salida tipo pulso, la cual es excelente para efectuar con seguridad el paso a conducción de un scr sin que se ex ceda la capacidad de disipación de potencia de la puerta del scr. b. El punto de disparo del ujt es prácticamente estable en un amplio rango de temperatura. Puede hacerse más estable con un pequeño esfuerzo . c. Los circuitos de disparo con ujt se facilitan para el control realimentado.
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Equipo y material a emplear.
1 Pza. Fuente de C.A. de 50V.
1 Pza. Vóltmetro de C.D. 1 Pza. Miliampérmetro de C.D.
1 Pza. Osciloscopio de dos canales.
4 Pza. Diodos rectificadores D1, D2, D3 Y D4 matrícula 1N 4007.
1 Pza. Resistencias R1, R2 y R3 (ver nota).
1 Pza. Potenciómetro RE (ver nota).
1 Pza. Resistencia RL de 1 kΩ
1 Pza. Capacitor CE.
1 Pza. Diodo zener DZ capacidad 15 V - 1 W.
1 Pza. Transistor UJT matrícula 2N 2646.
1 Pza. Tiristor SCR NTE 5474 (400 V - 5 A.) o equivalente
- 10 W.
Desarrollo de la Practica Paso1(Interpretarelcircuitoensecciones) Primerasección: Se inició conectando el circuito de r ectificación de onda completa, realizando el puente con diodos
Segundasección Se continuo con el armado del circ uito el cual era una resistencia con un Zener con la aplicación de regulador de tensión de 15V, para esto ya se contaba con el valor de la resistencia que dependía en gran parte de la corriente permitida en el Zener
Tercerasección Se conectó el ujt como oscilador de relajación, estableciendo en su entrada el voltaje del Zener, con esto entendido se realizaron las operac iones para calcular sus componentes, la relación que se tiene de la resistencia de Emisor como el capacitor es importante ya que cuando se tiene una resistencia baja el capacitor se carga con rapidez causando una corriente de salida grande y si no se tiene cuidado con esto afectara al siguiente dispositivo
Cuartasección Por último se conectó el SCR, su funcionamiento simplemente es dirigir una tensión dentro de un rango aproximando de .5 a 1 Volts para que se dispare esto dependerá en gran parte de la resistencia del emisor ya que debe ser lo suficiente pequeña para generar la tensión dentro del rango para el disparo del SCR y no lo suficiente grande para que el ujt se enganche o se apague en un periodo muy grande.
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Paso2(Obtenerlasformasdeondaenlospuntosindicados) Se colocó la punta del osciloscopio en los puntos propuesto para observar las formas de onda con una regulación media en la resistencia del emisor
Figura 1. Circuito de energía con SCR Para este caso simplemente se tomó la onda rectificada pero solo con los puros diodos 1 N4007 sin utilizar el Zener, ujt y scr
Figura 2. Onda completa rectificada con puente de diodos
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En el punto A se puede observar como es la forma de onda a consecuencia del Diodo Zener que opera en condición de ruptura regulando el voltaje
Figura 3. Onda regulada del Diodo Zener En el punto B la forma de onda se observa al UJT trabajando como oscilador de regulación, donde el capacitor se carga y descarga en función de la resistencia del emisor, pero con la diferencia que trabaja solo en semiciclo, observando se en la pequeña pendiente que hace en tal periodo.
Figura 4. Onda en el emisor cuando la resistencia está en su valor medio
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T = (3.2 divisiones)(2.5ms/division) T = (3.2)(2.5x10−) = 8ms
Figura 5. Obtención del periodo esperado En el punto D se tuvo algunos problemas ya que el periodo del pulso era difícil de apreciar, así que se conectó el otro canal del osciloscopio con el fin de sobreponer la curva del Zener en este.
Figura 6. Pulsaciones dentro la onda generada por el Zener Por último, se conectó en los puntos F y E esta curva pertenece a la carga y se pudo observar que al variar la resistencia del emisor este aumentaba y disminuía la tensión a consecuencia del Angulo de disparo
Figura 7. Onda en la carga producida por el SCR 6
Cálculos El valor promedio del voltaje rectificado esta dado por
50√ 2 1.4 = 44.12 = 2 1.4 = 2 Características del UJT 2N2646
= 6.5 = 0.65 = 5µ = 4 = 3 Si tiene un voltaje de ruptura de 15V aproximado y la = 0 cuando está en corte, despreciando y por su valor comparado con la de interfases 15 = 2.30 = = ( ) = 6.510 Ω La Magnitud del SCR para dispararse es = 0.5 0.8 así que se considerara a la tensión de < 0.5 0.3 = 130.43Ω = = 2.310 −A Para obtener los valores de la Re sistencia del emisor se utilizaron las siguientes formulas
3) = 3Ω = = (15 410−A
Para la resistencia máxima se debe desarrollar las siguientes ecuaciones
= − = (−) ... Ecuación 1 = … Ecuación 2 = (+ … Ecuación 3 + ) Para la resistencia en transistores con matrícula 2N2646 y 2N2647 1000 = 1.025Ω = 1000 = (0.65)(15) Sustituyendo en la ecuación 3
Ω 6.510 = (1.02510 130.43 6.510) 15 = 12.73
Sustituyendo en la ecuación 2
Sustituyendo en la ecuación 1
= (0.65)(12.73) 0.7 = 8.97 7
8.97) = 1.2043Ω = (15 510− A El valor de es de (3Ω < < 1.20Ω) sacando un promedio geométrico = (310)(1.2010) = 60Ω se utilizara un potenciómetro de 100 Ω Para obtener el valor de Capacitor si se ajusta las resistencias a su valor máximo, el tiempo de carga para Vp será casi igual a la mitad del periodo de la línea.
= 8.3 8.3 = 0.083µ = 10010 Para
disipa una potencia promedio de 1W y c asi 2W en el semiciclo positivo la
corriente permitida en el Zener es
= 2 = 133.33 = 15 no debe dejar pasar más de 133.33mA en una aproximación = 127 15 = 112 = 840Ω = . Para tener un margen de seguridad en la disipación de potencia la resistencia debe ser mayor 2 o 3 veces el valor así que
se tomara 2.52Ω 112 = = 2.5210 = 4.97
Par un solo pulso en el semiciclo utilizamos las siguiente formula con el fin de ajustar la
= 8.3 8.310− 8.310− = = = (0.13810−)(0.58) (0.13810−)ln( 153 ln ) 150.65(12.73) = 103.69Ω
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Valores Obtenidos Al regular el potenciómetro a sus valores mínimo, medio y máximo se obtuvieron los siguientes valores. Valores en el mínimo Dispositivo Carga SCR Compuerta (gatillo - ánodo) Compuerta (ánodo - cátodo) UJT Interbases Base 2 - emisor Base 1 - emisor Capacitor Zener Diodos
Voltaje [V] 40 0.5 2.7 11.2 5.8 5.2 5.9 14 21.6
Valores al medio Dispositivo Carga SCR Compuerta (gatillo - ánodo) Compuerta (ánodo - cátodo) UJT Interbases Base 2 - emisor Base 1 - emisor Capacitor Zener Diodos
Voltaje [V] 22 11.6 2 - 6.4 0 5.6 14 21.6
Valores al máximo Dispositivo Carga SCR Compuerta (gatillo - ánodo) Compuerta (ánodo - cátodo) UJT Interbases Base 2 - emisor Base 1 - emisor Capacitor Zener Diodos
Voltaje [V] 0 13.4 12 1.1 10.6 1.4 14 21.6
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Simulación (Multisim) Valor de Re minimo
Valor de Re para 10 pulsos
Valor de Re Máximo
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Conclusiones El propósito de esta práctica tenía como principio entender el funcionamiento del ujt accionando al SCR controlando su Angulo de disparo y decidiendo cuando entra en conducción a base de pulsos, claro que este depende en cierta parte más del UJT ya que si se cuenta con una resistencia de emisor grande el capacitor se cargara lentamente, causando un pulso retardado manteniendo en cierto modo al scr en estado de conducción permanente. Con respecto a los valores obtenidos, se comprobó que en la sección 1 y 2 que pertenece a la rectificación y al Zener utilizado como regulador, los valores permanecían constantes, en cuanto a la sección 3 y 4 sus valores vararían en cuanto entran en conducción y finalizan, viéndose reflejado en la tensión de la carga.
Bibliografía Principios de electricidad y electrónica II- Antonio Hermosa Donate Electrónica industrial moderna-Timothy maloney Dispositivos electrónicos- Thomas L. Floyd
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Hojas de Campo
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