Trabajos Practicos Electronic A IV y II

1

Electrónica de Potencia

TRABAJOS PRACTICOS

Trabajos Prácticos:

ELECTRÓNICA IV (Segundo cuatrimestre) ELECTRÓNICA II

1) Encendido de Tiristores 2) Apagado de Tiristores 3) Rectificación Trifásica Controlada 4) Control de Temperatura 5) Control de Velocidad de Motor de Corriente Continua Nivel de conocimiento exigido En Electrónica IV: Funcionamiento de los Circuitos de Potencia y Circuitos de Control En Electrónica II: Funcionamiento de los Circuitos de Potencia y Diagramas en bloques de los Circuitos de Control Consideraciones para la realización de informes de Trabajos Prácticos: 

Presentación

( hojas A4, ver carátula impresa)



Introducción

(comentario sobre el tema del trabajo práctico)



Objetivo

( idea de comportamiento del circuito implementado)



Circuitos

( dibujar los circuitos utilizados)



Ensayos



Mediciones y formas de onda



Conclusiones

Electrónica IV

( pasos de todos los procedimientos realizados)

( logro del objetivo propuesto)

Facultad de Ciencias Exactas e Ingeniería - UNR


ELECTRONICA DE POTENCIA ASIGNATURA: TRABAJO PRACTICO FECHA DE EJECUCION

NOTA

FECHA DE INFORME GRUPO LEGAJO

DOCENTE ALUMNO

1 2 3 4

Electrónica IV – Electrónica II – Electiva III

1


ENCENDIDO DE TIRISTORES OBJETIVO: Análisis de funcionamiento de circuitos de disparo de tiristores y triacs. Comparación entre los distintos métodos considerando ángulos mínimo y máximo de encendido, estabilidad frente al ruido eléctrico, aislación del control, características de compuerta, etc. INSTRUMENTOS : Osciloscopio 2 canales ELEMENTOS DEL CIRCUITO • Tiristor • Triacs • Cargas: Lámpara de 15w en paralelo con resistencia de 33 Kohm( o exterior) • Detector de vivo de línea ( con polarización correcta se enciende el neón) • Selector de circuitos con llave rotariva (por lo que no es necesario efectuar ninguna conexión exterior) : 1.Disparo por corriente continua 2.Disparo por línea 3.Disparo por UJT 4.Disparo por transformador de pulso 5.Disparo por acoplamienteos ópticos •

Potenciometros de ajuste: P1 varía constante de tiempo de UJT P2 ajusta constante de tiempo de red RC del triac P3 ajusta corriente de disparo por línea P4 desfasa respecto de tensión de lína el pulso de Opto y Trafo P5 determina ancho de pulso

•

Llaves selectoras: S1 encendido de dispositivo a ensayar (tiristor o triac) S2 conmuta la carga lámpara y R15 con tiristor, R15 con tiristor o lampara con triac. S3 conmuta resistencia de sensado de corriente en el tiristor S4 selecciona la compuerta del tiristor 1, 2 o bien ninguna S5 selecciona fototriac o fototransistor

DESARROLLO 1) Disparo por corriente continua ( fig.1) Observar formas de onda de tensión en el tiristor y corriente en la carga. Medir los ángulos de disparo mínimo y máximo al variar P 6. 2) Disparo por línea ( fig.2) Verificar la inestabilidad en el ángulo de encendido. Determinar el máximo ángulo de disparo. 3) Disparo por transistor unijuntura ( fig.3) Observar tensiones sobre el diodo zener, C 1, R 6, B 2 y B1 del UJT, variaciones de corriente en la carga al disminuir P 1. Conmutar la llave S2 a Ih y ver la forma de onda de tensión Vak del tiristor, explicar el comportamiento en esa situación. Electrónica IV


2


4) Disparo por transformador de pulsos ( fig.4) Medir con el ORC el ángulo de disparo y ancho de pulso máximo y mínimo que produce el defasador y monoestable respectivamente. Aplicarlo sobre la compuerta del tiristor y ver corriente en la carga para varios ángulos de encendido. 5) Disparo por acoplamientos ópticos (fig. 5 y 6) Fototriac, S5 en 1. Observar con S4 en “0” la forma del pulso. Luego aplicarlos al tiristor. Fototransistor , S5 en 2 . Idem 6) Disparo de triac por doble red RC ( fig. 7 ) Observar formas de onda y ángulos de disparo máximo y mínimo.

ZL

ZL D4

R33

P6

SCR

R34 SCR

figura 1

figura 2

ZL P1

R5 ZL

R4

SCR T1

DZ1

SCR

Generador de R32

Pulsos C1

R6

figura 3

Electrónica IV

figura 4


3


ZL D4

R11

Generador de Pulsos SCR

R13

figura 5

ZL D4

R11

5

1 Generador de Pulsos

2

SCR

R12 6

4

DZ2 R13

figura 6

ZL R1

Th4 TRIAC

R8

C3

figura 7

Electrónica IV


1


APAGADO DE TIRISTORES OBJETIVO Observación de ondas de tensión y corriente en circuitos a tiristores alimentados con corriente continua, para dos tipos de circuito auxiliar de apagado. Determinación del tiempo de apagado t off .

INSTRUMENTOS : Osciloscopio 2 canales Fuente de tensión 12 V 5 A Resistencia variable 100 Ω

DESCRIPCIÓN El circuito ha ensayar posee dos tiristores con los que se implementarán dos tipos de apagado, ambos con alimentación de corriente continua. En el primer caso, trabajara como un biestable de dos tiristores, cada uno con carga resistiva de 50 ohm y acoplamiento capacitivo entre ambos para inducir el apagado. Los pulsos de disparo provienen de un oscilador astable de transistores en la misma plaqueta de ensayo, en el que se puede variar los semiperiodos en forma individual. La corriente en el tiristor principal es sensada con una resistencia de bajo valor. Se utiliza una resistencia ajustable en paralelo con resistencia de carga para disminuir la constante de tiempo, y así llegar al valor de tiempo mínimo, en que se aplica contratensión, pudiéndose estimar en forma aproximada, toff. El segundo circuito utiliza al tiristor auxiliar de apagado con una configuración de red oscilante LC. Esta disposición, sin elementos disipativos, mejora el r endimiento, pero involucra un tiempo adicional que es el periodo de oscilación.

DESARROLLO Circuito nº 1 a) Visualizar formas de onda de tensión y corriente en Th1 y de tensión en C. b) Medir tiempo de apagado toff en un tiristor, colocando una resistencia de 100 Ω en paralelo con la carga. c) Indicar en las ondas obtenidas de qué parámetro del circuito depende cada porción de la misma.

8

2

R2

R1

100 ohm

C

4

3

12 volt Th2

Th1

Rsh

1

Electrónica IV

6

Generador astable

7 9


2


Circuito nº 2

a) Visualizar formas de onda de tensión en Th1, Th2, R1, C, D y corriente en Th1 b) Dibujar y explicar la forma de onda de tensión en D. c) Analizar cuales son los parámetros que limitan la máxima frecuencia de funcionamiento normal.

2

R1

D

4

C

3

12 volt Th2

325 μΗ

1.5 uf

Th1

Generador astable

L

Rsh

1

Electrónica IV

6

7 9


1


RECTIFICACIÓN POLIFÁSICA CONTROLADA OBJETIVO: Verificación de formas de onda de tensión y corriente en un rectificador trifásico a tiristores en configuración media onda y puente. Con carga resistiva e inductiva.

INSTRUMENTOS : Osciloscopio 2 canales (con inversión de uno), puntas atenuadas x10 Multímetros de verdadero valor eficaz y valor medio Carga resistiva (50 ohm) e inductiva.

DESCRIPCIÓN DEL CIRCUITO El circuito posibilita implementar rectificación trifásica de media onda y onda completa, con diodos o tiristores, figura 2. El control, para caso de disparo de tiristores, esta sincronizado con la tensión de línea trifásica, generando encendido con ángulos mínimos (potencia nula) y 2 2 máximos (Pcc máx.=1.37 Eef /R en media onda, Pcc máx.= 5.47 Eef /R en onda completa). La carga puede ser resistiva pura o resistiva-inductiva donde se comprueba la devolución, en este caso, de energía a red. Para seguridad en los ensayos, la alimentación del rectificador se toma de un banco de transformadores reductores. El control esta basado en tres circuitos integrados (TCA 785) cuyo diagrama en bloque se observa en la figura 1. Este circuito toma una señal de sincronismo atenuada por el terminal 5, º para cada integrado. Habrá 120 de defasaje respecto a los otros, puesto que se toma del sistema trifásico. Internamente, y dependiendo de un capacitor y resistor externo, se genera una rampa que inicia en los cruce cero de cada fase, la cual es comparada con una referencia fijada por el potenciómetro P1, figura 4, generando así un pulso en las salidas 14 o 15 según el semiciclo. Estos pulsos pueden extenderse en su duración con el agregado de un capacitor en la entrada 12. Las señales compuestas de salida, de los tres integrados, son tomadas por compuertas or implementadas con los diodos D 9-20, figura 3, de manera de que los tiristores puedan ser disparados y redisparados (caso de ángulo mayor 90º ). En rectificación puente, deben conducir simultáneamente dos tiristores, de ahí la necesidad de confirmar el encendido. Con las compuertas nand C14-16-18 se implementan osciladores y llaves de paso que permiten activar con un tren de pulsos el primario de transformadores aisladores. El secundario de estos, acoplados a cada compuerta de tiristor del puente, genera la tensión adecuada para el disparo. Diodos emisores de luz en el emisor de los transistores Tr1-6 indican cual rectificador va a encender. Inicialmente el circuito biestable C 12 , mantiene la salida 1 en “0” polarizando Tr 7 y cargando + C5 al valor de tensión de V , esto lleva la referencia al valor máximo hacia los integrados TCA785, de manera que no se producen disparos. Al cambiar el estado del C 12, pulsando B1, Tr7 se corta dejando que el capacitor C5 evolucione hasta el valor de tensión fijado por P 1. De esta manera se activan los disparos hasta el ángulo deseado en forma gradual.

Electrónica IV


2


Extensión de pulso (pin 14-15)

C12 12

Detector de cruce cero 5 Vsincronismo

V

+

Registro de sincronismo

16

+

-

14 4

Sensor de descarga

15

-

Logica

+

3

Comparador

I

2

GND

7

Transistor de descarga 8

Vreferencia

9 R9

C10

10

11

Vcontrol

6 Inhibición

13 Extension pulso (pin 2-4)

Figura 1

DESARROLLO 1) Circuito rectificador trifásico de media onda Con carga resistiva, graficar tensión, corriente en la carga y ondas de tensión en ánodo cátodo del tiristor 1, para tres ángulos de disparo distintos. Elegir un valor de ángulo de encendido y medir ICC, Ief, Vcc. Calcular analíticamente Icc e Ief para dicho ángulo. 2) Circuito rectificador trifásico de media onda Con carga RL (resistiva –inductiva), idem 3) Circuito rectificador trifásico onda completa Con carga resistiva , idem 4) Circuito rectificador trifásico onda completa Con carla RL( resistiva-inductiva), idem

Electrónica IV


3

Electrónica de Potencia . o r t u e N

+

5 1 R

6 1 R

-

8 1 R

7 1 R

8 C

5 L

9 C

5 D

5 R

6 D

6 R

5 h T 5 1

4 1 1 1 R

6 h T 3 1 2 1 R

2 1

4 1 R

3 1 R

6 C

3 L

7 C

3 D

3 R

4 D

3 h T 9

0 1

7

4 L

8

0 1 R 8 R

9 R

4 C

5 C

1 D

1 R

2 D

1 h T 4

4 R

4 h T

7 R

1 L

6 L

2 R

2 L

2 h T

5

2

1 F

2 F

c C

a C

R e s a F

3 F

3

4 F

c R

a R

b C

S e s a F

2 2

2 2

2 2

1

6

1 1

b R

.

T e s a F

o r t u e N

Figura 2 Electrónica IV


5


Figura 3

Electrónica IV


6

Electrónica de Potencia .

C

1 P 2 P

2 2

3 P

Vcc

Vcc

A 5 D

9 R

8 R E

7 r T

5 D

Vcc

5 C

7 R

6 R

8 r T

Vcc

2 L

5 R

4 M P

3 R D 2

4 C

1

Q

4

Vcc

Q

R

6

S K L C D

A 2 I C

3

5 3 C

4 R

7 3 D 1 B

1 L

2 R

Vcc 3 M P

3 C

3 o V

GND

2

1 i n I C V 1

2 C

2 M P 2 D

4 D

1 D

3 D

1 R

1 M P

1 C

1 L L

1 2 0 2

Electrónica IV

.

9 1 8 1


7


Figura 4

Electrónica IV


1


CONTROL DE TEMPERATURA

OBJETIVO Comprobación del funcionamiento de un horno de baja aislación térmica, controlado por el circuito integrado LM324, con detección de cruce cero de tensión. El modo de control puede ser del tipo proporcional o si-no.

INSTRUMENTOS: Osciloscopio Cronómetro o reloj

DESARROLLO 1) Comenzar el ensayo a partir de la temperatura ambiente, midiendo con intervalos de tiempo entre 5 y 20 segundos la temperatura, hasta que se estabilice en el horno, con la llave de modo de control abierta o sea si-no. La temperatura final se debe ajustar con el potenciómetro de manera que no sobrepase los 80º centígrados. 2) Producir un escalón negativo de pérdida de calor, abriendo la tapa del horno por 15 segundos luego cerrarla, seguir midiendo temperatura vs tiempo, hasta una nueva estabilización.

3) Apagar el horno, dejar enfriar el horno hasta temperatura ambiente y repetir el ensayo en modo proporcional, cerrando la llave. 4) Graficar temperatura medida en ambos modos en función del tiempo.

5) Observar y graficar el pulso que produce la ventana de habilitación en cruce cero de la onda de alterna. 6) Medir el período de la onda diente de sierra.

Electrónica IV


2


T L O V 0 2 2

n ó e N L R

c A 0 a 0 i r T 4 T B 2 1

8 K 1 0 2 R 2

7 0 1 2 R 2

1 2 0 4 I 3 C C O M

7 d e D L 7 1 3 T 3 C B 6 2 1 K R 2

5 0 1 7 R 4

6 3 D V 3

4 K 1 R 1

4 1 3 2 I 3 C M L

8 4 4 1 D 4 N 1

5 D

7

1 A

5 k R 1

-

+

2

3

4

l a n i F e a d r u e t t s a r u e j 5 A p m e T

-

+

6 4 K R 1 6 k R 1

2 2 R K 2

2 1 D V 5 3 K 7 R 2

E A D R U L T A O R R T E N P M O C E T

1 1

2 A

1 K P 0 1 7 7 K R 4

T

8 7 R K

r K o t 0 s i 1 m C r e T T N

l 4 a n o i c r o p o r P

o N i S 8

F u 2 C 1 . 0

3 A

3 f u C 1

2 2 I 1 L C 8 7

-

5 1 o f / a 0 r T 2 2

0 1

8 4 1 4 N 1

1 7 1 M R 2 2 0 4 0 D 4 N 1

+

9

2 K 1 0 R 1

3 D

F u 1 0 C 0 1

3 K 1 0 R 1

1 K R 1

r o d a c i f i t 1 c I e C R e t n e u P

4 1 9 K R 0 1

0 K 1 7 R 2

4 A

+

-

2 1

3 1

2 K P 0 1

Electrónica IV


3


DESCIPCION DEL CIRCUITO Se utilizo el LM 324 circuito integrado con cuatro amplificadores operacionales, y un acoplador óptico MOC 3021 para aislar el control de la red de 220 volt. Control de cruce cero de tensión : formado por D2, R2, R3, R4, R5 y A1 detecta cuando la tensión salió del cruce por cero (ajustable el entorno con la resistencias R 3 y R4) poniendo a masa la base del transistor T1, e inhibiendo el disparo. Por lo tanto se genera una ventana de posible disparo del triac cuando la tensión de línea es prácticamente nula. De no producirse encendido, el circuito detiene dicha acción durante 10 ms, donde se habilita otra vez. Amplificador diferencial , implementado con A2, compara las tensiones provenientes de un puente de sensado, formado por tres resistencias fijas, una de ajuste P1 ( valor de referencia de temperatura final) y un termistor NTC que esta dentro del horno, que indica con su valor de resistencia cuál es su temperatura. Generador diente de sierra , conformado por A3 y A4, suministra una tensión tipo rampa, de período mucho mayor al de la tensión de red y es aplicada al puente sobre la resistencia R 8, convirtiendo al control como proporcional. Es decir la energía entregada a la resistencia calefactora será proporcional a la diferencia entre la temperatura actual del horno y la fijada como final. Abriendo la llave, se interrumpe el diente de sierra, transformando al control en modo si-no Circuito de disparo , La resistencia R 14 y los diodos D 4-5 forman una compuerta AND, donde se debe cumplir la condición simultánea de cruce cero y necesidad de calefacción del horno para que se dispare el triac. Cuando se enciende el fototriac del acoplador óptico MOC 3021, circula una corriente desde la red de 220 hacia la compuerta del triac, encendiéndolo. La lámpara de neón en paralelo con la carga indica cuando esta recibiendo energía la resistencia calefactora

PRECAUCIÓN TRABAJO PRÁCTICO SOBRE LINEA DE 220 VOLT

Electrónica IV


1


CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR CC OBJETIVO Comprobación de la respuesta y formas de ondas de un motor de corriente continua alimentado con onda senoidal rectificada a través de tiristores, usando un control proporcional.

INSTRUMENTOS : Osciloscopio 2 canales Frecuencímetro ( para medición de rpm del motor)

DESCRIPCIÓN El motor de corriente continua es alimentado a través de un tr ansformador aislador (220/220) y dos tipos de puente rectificador. Uno de cuatro diodos D1-4 y tiristor Th3(llave de control), otro con dos diodos D 1-2 y dos tiristores Th1-2 (híbrido). Cambiando de un rectificador a otro con una llave selectora. El campo del motor, en derivación, se excita directamente desde la línea aislada pasando por el rectificador puente a diodos. Acoplado al motor controlado existe otro motor de CC que esta trabajando como generador G, este cumple la función junto a una lámpara de 200w, como carga. Intermedio del eje de acoplamiento hay un disco ranurado que con sensores ópticos que actúan como tacómetro, enviando una señal de tensión proporcional al valor de velocidad TAC El circuito de control se basa en ajustar una referencia de velocidad, con P 4, y tomar la diferencia con la velocidad real del motor, que se envía desde el tacómetro. Esta señal es amplificada A2 y comparada con una diente de sierra que se genera en el colector de Tr 7 por carga y descarga de C 3, en cada semiciclo, habilitando al oscilador astable con el comparador A4. Luego un transformador de pulsos dipara el tiristor. Con una variación en la carga, el control producirá un aumento o disminución del ángulo de disparo de los tiristores, compensando con la tensión aplicada de armadura, las variaciones de cupla, de manera de mantener una velocidad constante. En caso de desconexión del diodo D 6 de circulación de corriente reactiva, en paralelo al motor, sé comprueba la inestabilidad del sistema causado al no apagarse el tiristor de potencia.

DESARROLLO 1.Observar y graficar formas de onda en emisor de Tr 1, emisor de UJT,, colector de Tr 7, respecto a masa. 2.Ajustar el potenciómetro P 1 para que la onda diente de sierra tenga período 10 ms y P 2 para lograr tensión nula al final del ciclo. 3.Alimentación con puente de diodos y tiristor : Graficar onda de tensión y corriente de armadura para baja y alta velocidad, con y sin diodo de amortiguación . Explicar funcionamiento del circuito de potencia. 4. Alimentación con puente híbrido de diodos y tiristores: Idem anterior 5.Regulación: Conectar el frecuencímetro en la salida tipo bnc del generador taquimétrico, ajustar la velocidad a 500 rpm en vacío, luego encender la carga ( lámpara) conectada la generador de cc, medir velocidad. Repetir el ensayo para 1000 y 1500 rpm. Idem para lazo de realimentación abierto o con circuito de disparo de UJT Graficar curvas de regulación rpm vs carga.

Electrónica IV


2

Electrónica de Potencia .

C C V C A T

1 R

2 R 1 Z

1 r T

O R T E M O C A T

1 D L

3 R

2 3 R 1 3 R

9 r T 9 2 R

0 3 R

8 2 R

2 P

3 C 8 r T

G

1 P

7 2 R 6 2 R

5 2 R 7 r T

3 2 R

4 A

M

4 2 R

3 A

2 2 R

1 2 R

0 2 R 9 1 R

6 r T 6 D 2 1 R

5 r T 4 1 R

1 1 R

0 G

1 C 1 G

2 G

3 D

2 h T

8 1 R

0 1 R

C 3 C G V

3 1 R 4 r T

3 h T

8 R

4 D

1 A

6 R

4 3 R

8 D

2 D

7 1 R

6 1 R

3 r T

1 D

2 A

2 C

9 R 1 h T

3 P

7 R

2 r T

5 1 R

C A T

3 3 R

4 P

7 D

F

4 R

1 G

5 R

2 G

6 R

3 G

0 G

.

Control de motor de corriente contínua

Electrónica IV


Trabajos Practicos Electronic A IV y II

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