CIRCUITO DE DDE D IISPARO CON TRSPARO CON TR IIAA C CC C ON MICROON MICROCONTROLACONTROLA DOR YDOR Y DET
DET ECCIÓECCIÓN DN D E CE C RUCE POR RUCE POR CERCER OO
Observaciones Observaciones
Para esta práctica se tiene como objetivo controlar el disparo de un triac por Para esta práctica se tiene como objetivo controlar el disparo de un triac por medio de un microcontrolador y que este sea capaz detectar el cruce por cero medio de un microcontrolador y que este sea capaz detectar el cruce por cero para comenzar un contador para mantener en ciertos intervalos de tiempo para comenzar un contador para mantener en ciertos intervalos de tiempo encendido el triac y poder observar cómo cambia la luminosidad del foco.
encendido el triac y poder observar cómo cambia la luminosidad del foco.
Descripción del circuito Descripción del circuito
Para ell
Para ello se dio se dividió en tres etapas para poder avidió en tres etapas para poder analizarlas de nalizarlas de una una mejormejor manera:
manera:
Primera eta
Primera etapa: Dpa: Deteccióetección de cruce por ceron de cruce por cero
En l
En la figura 1 se mua figura 1 se muestra un circuito elestra un circuito electrónico que ectrónico que tietiene ne la fla finalidad lainalidad la detectar el cruce por cero para ello se emplea un transformador de que reduzca el detectar el cruce por cero para ello se emplea un transformador de que reduzca el vvoltaje de línea en nuoltaje de línea en nuesestro tro caso se caso se ututiliilizzó un transformador de 120v ó un transformador de 120v a 18 a 18 vvolts.olts.
Figura 1
Figura 1 Circuito de Circuito de deteccidetección de ón de cruce por cerocruce por cero
Una vez que el voltaje es reducido la señal se procesa para obtener una Una vez que el voltaje es reducido la señal se procesa para obtener una rectificación de onda completa como se muestra en la figura 2 esta medición está rectificación de onda completa como se muestra en la figura 2 esta medición está siendo obtenida del nodo 4 de la figura 1.
Figura 2
Figura 2 Rectificación de onda completa Rectificación de onda completa
Teniendo la señal rectificada colocamos un capacitor para tener un nivel de cd que Teniendo la señal rectificada colocamos un capacitor para tener un nivel de cd que alimentara al transistor que conmutara para obtener los pulsos deseados como se alimentara al transistor que conmutara para obtener los pulsos deseados como se observ
observa ea en la figura 3n la figura 3
Figura 3Circuito de conmutación
Figura 3Circuito de conmutación
Este circuito compara el voltaje de entrada con un nivel bajo por lo que al Este circuito compara el voltaje de entrada con un nivel bajo por lo que al detectar ese cruce por cero este circuito conmuta al transistor para poder activar detectar ese cruce por cero este circuito conmuta al transistor para poder activar un optoacoplador que será la entrada al microcontrolador para comenzar la un optoacoplador que será la entrada al microcontrolador para comenzar la secuencia de conteo, estos pulsos los podemos observar en la figura 4
Figura 4 Señal de cruce por cero
Figura 4 Señal de cruce por cero Algo que
Algo que se pse p uede obseruede observar es var es qque el acopue el acoplamiento de lamiento de esta esta primera eprimera etapatapa se hace por medio de un optoacoplador para mantener aislado las cargas de alto se hace por medio de un optoacoplador para mantener aislado las cargas de alto voltaje con las de microntrolador y para obtener un nivel de 5 volts estables para voltaje con las de microntrolador y para obtener un nivel de 5 volts estables para un
una ba buuena detección del cruce por cero.ena detección del cruce por cero.
En la siguiente figura 5 se puede observar como al ser rectificada la onda senoidal En la siguiente figura 5 se puede observar como al ser rectificada la onda senoidal efectivamente el circuito si cumple la función especificada y como a los 8.33ms efectivamente el circuito si cumple la función especificada y como a los 8.33ms este transistor conmuta para lograr esa detección.
este transistor conmuta para lograr esa detección.
Fig
Figura 5 Señal de 8.33ura 5 Señal de 8.33msms
Segunda etapa: Control de tiempo con microcontrolador: Segunda etapa: Control de tiempo con microcontrolador:
En la figura 6 se muestra el esquema de cómo se obtiene la señal del cruce En la figura 6 se muestra el esquema de cómo se obtiene la señal del cruce
Figura 6 Cruce por cero con PIC
A continuación se presenta el programa que se llevo a cabo para la ejecución del PIC:
#include <18f458.h> #fuses xt,nowdt
#use delay (clock=4000000) #use fast_io(A) #use fast_io(C) #use fast_io(D) #byte porta = 5 #byte portc = 7 #byte portd = 8 void main() { int q,x; set_tris_b(0xFF); set_tris_c(0xFF); while(1) { q=input_b(); x=q*32; if(input_c()==1) { output_d(0); delay_us(0+x); output_d(1); delay_us(30); output_d(0); delay_us(8300-x);
} } }
Tercera etapa: Etapa de potencia
En esta etapa se encarga de dar la potencia a la carga con el control del micro para ello se utilizo un optoacoplador para evitar daños directos con el microcontrolador, las señales se observa en la Figura 7 que son medidas en la carga .
Figura 7 Etapa Final
Se observa con el triac comienza su disparo como a la mitad de onda 4 a 5 ms en ambos sentidos tanto en el positivo y el negativo.
Material y equipo requerido
o PIC 18F458
o Dip switch 8
o 2 Resistencias de 220KΩ o 1 Capacitor de 1500µF o 1 Clavija o 1 Transformador de 120V a 18V o 1 Transistor BC549 o 1 Optoacoplador 4N25 o 1 MOC3020 o 1 Triac 2N6071 o 1 Foco o 1 Fuente de poder o 1 Osciloscopio o Puntas atenuadas de 10X o Protoboard o Programador de P IC’s o Software C CC
OBJETIVO: Evaluar las características de los rectificadores y aplicarlos al control de maquinas de CD.
PRACTICA # 9
REC TIFICACION NO CONTROL A DA
OBJETIVO ESPECÍFICO
Comprender y reforzar el conocimiento de la rectificación no controlada, mediante la realización de prácticas de laboratorio de circuitos monofásicos y trifásicos rectificadores.
El diagrama de la figura 7.1 es un circuito rectificador puente monofásico con filtro paso bajos RC, la característica del rectificador puente es de convertir la señal alterna de la fuente de alimentación en una señal positiva pulsante, como se observa en la figura 7.2, esta señal tiene un valor de corriente directa y una cantidad infinita de armónicas como se observa en la figura 7.3. Como en esta clase de circuitos solo interesa la componente de voltaje de CD, podemos usar un filtro paso bajos RC para atenuar o eliminar algunos armónicos de la señal rectificada, la respuesta a la frecuencia del filtro RC usado se muestra en la figura 7.4. La señal rectificada después del filtro muestra en la figura 7.5. Se observa que la forma de la señal ha cambiado, esto se debe a que algunos armónicos se atenuaron y otros casi se eliminaron, como se observa en la figura 7.6. Si se usa un filtro paso bajo con una respuesta de frecuencia de caída mas pronunciada entes del primer armónico se puede obtener una señal con una componente ondulatoria mas reducida en la carga.
Figura 7.1 Circuito rectificador puente monofásico con filtro RC.
Figura 7.2 Señal rectificada sin usar el filtro RC.
Figura 7.3 Transformada de Fourier de la señal rectificada de la fig. 7.2. D3 C1 D4 V1 60Hz 170V R2 D2 CARGA D1
Fig. 7.4 Respuesta a la frecuencia del filtro RC.
Fig. 7.5 Señal rectificada en la carga usando el filtro RC.
Fig. 7.6 Transformada de Fourier de la señal rectificada de la figura 7.5.
El diagrama de la figura 7.7 es un circuito rectificador puentea trifásico con un filtro paso bajos RC, comparativamente este circuito es mas eficiente en la rectificación que el circuito rectificador puente monofásico, además que el filtrado es mas fácil ya que los armónicos de la señal rectificada son de frecuencias mas altas que aquellas del
el filtro RC y aplicada a la carga, ver figura 7.10. Los armónicos de ambas señales se pueden observar en las figuras 7.9 y 7.11, comparando los armónicos de estas graficas se puede notar la cantidad a la que fueron atenuados o casi eliminados por el filtro, mejorando el filtro se puede obtener una señal casi libre de armónicos, en la carga.
Fig. 7.7 Circuito rectificador trifásico puente.
Fig. 7.8 Señal rectificada en la carga sin usar el filtro RC.
D1 D5 R2 V3 60H 1 70V PH ASE = 2 40 FUENTE TRIF C1 D6 V2 60H 170V PH ASE = 120 0 D3 V1 60H 170V PH ASE = 0 FILTRO PUENTE RECT TRIF
D4
R1 1
D2
Fig. 7.9 Transformada de Fourier de la señal de la figura 7.8, mostrando el componente de CD y los armónicos de mas valor.
Fig. 7.10 Señal rectificada del circuito rectificador trifásico usando el filtro RC.
Fig. 7.11 Componente de CD y armónicos de la senal de la figura 7.9. CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO:
Esta practica esta correlacionada con el tema: Rectificación no controlada y controlada, cubriendo subtemas 3.1.1, 3.2.1 del programa de estudio de Electrónica de Potencia.
C2 Capacitor electrolítico 250 uF
D1,D2,D3,D4,D5, D6 Diodos D1N4004
R1 Resistencia 1
R2 FOCO 120 V 100 W
Fuente trifásica 120-240 V
Osciloscopio con 3 canales diferenciales Punta de prueba con atenuación de 100:1
METODOLOGIA:
1.-Construya el circuito 7.1. En el caso de no tener los elementos de la lista de materiales con los valores indicados, recalcule los valores de los dispositivos a usar para un buen funcionamiento del circuito.
2.- Conecte el osciloscopio diferencial o un osciloscopio de canales con entrada común usando aislamiento con transformador para evitar cortos circuitos, vea la figura 1.6. 3.- Mida los voltajes en la carga sin usar el filtro y grafique la señal, después mida la señal en la carga usando el filtro y grafique la señal. Verifique que sean las señales que esperaba ver.
4.- Construya el circuito de la figura 7.7 y repita el paso 2 y 3 anteriores. SUGERENCIAS DIDACTICAS:
Complementar la información proporcionada por el maestro. Trabajar en grupos de 3 personas máximo y mínimo de 2.
Estudiar y comprender la práctica y temas relacionados previamente a su
desarrollo.
Hacer los cálculos requeridos de los elementos a utilizar en la práctica, previos
al desarrollo de la misma.
Simular los circuitos usando ORCAD, CircuitMaker u otro software previamente
Entregar al maestro el reporte de cálculos de los elementos de los circuitos a
desarrollar en el laboratorio, antes de cada práctica.
Entregar al maestro el reporte escrito de la práctica realizada y el archivo en
disco, en la siguiente semana de la realización de la práctica. BIBLIOGRAFIA:
Timothy J. Maloney, Electrónica Industrial del Estado sólido, Ed. Prentice Hall. M. Rashid, Electrónica de Potencia, Ed. Thomson.
Manual de Tiristores, Motorola.
RECTIFICACION C ONTROLADA
OBJETIVO ESPECÍFICO
Comprender y reforzar el conocimiento de la rectificación controlada, mediante la realización de prácticas de laboratorio de circuitos monofásicos y trifásicos convertidores.
INTRODUCCIÓN
En el circuito de la figura 8.1 es un semiconvertidor monofásico, este circuito puede entregar en la carga un voltaje de CD a partir de un voltaje de alimentación de entrada alterno. El voltaje de CD en la carga es controlado por el potenciómetro R4 del circuito de control de puerta usado para activar los SCRs X2 y X3, el circuito de control es por medio de PUT y usa una fuente de corriente constante diseñada con un JFET-N para cargar de forma lineal el capacitor C1. Los SCR se activan usando aislamiento de transformador TX3 y TX4, el motor es del tipo de bobinado de campo y esta permanentemente alimentado por la salida del puente rectificador U3, el diodo D4 y R8 se usa para evitar picos de voltaje cuando se desconecta el bobinado de campo estando energizado, el rotor del motor esta instalado como carga en el circuito. Este control puede variar la velocidad del motor de CD al variar el potenciómetro de R4. Las señales en la carga, zener, capacitor C1, compuertas de SCR y alimentación se muestran en la figura 8.2.
Fig. 8.1 Semiconvertidor monofásico puente.
Fig. 8.2 Señales del circuito semiconvertidor monofásico puente.
En la figura 8.3 se muestra un convertidor trifásico completo, al igual que los convertidores monofásicos, estos convierten el voltaje de alimentación un un voltaje de salida de CD variable en la carga, el voltaje de salida de CD es variable porque se
D1 0 R5 V1 60Hz 170V 0 R4 U3 1 2 3 4 ac1 - ac2 + C1 G2 R8 TX4 K1 PUT CARGA D3 U2 TX3 G2 G1 K2 C A M P O J1 D4 K2 X3 R3 A - + MG1 MOTOR 1 2 L1
intervalos de π/3.
Figura 8.3 Circuito de potencia de un convertidor trifásico completo.
En wt = π/6 + ∞, el SCR T6 ya conduce y el SCR el T1 se activa. Durante el intervalo (π/6 + ∞) wt ≥ (π/2 + ∞) conducen los tiristores T1 y T6 y a través de la carga aparece
el voltaje de línea a línea Vab= (Van - Vbn).
En wt = π/2 + ∞, el tiristor T2 se dispara y el tiristor T6 de inmediato se desactiva., los tiristores T1 y T2 conducen y el voltaje de línea a línea Vac aparece en la carga.
Los voltajes de línea a línea correspondientes son: Vab = √3 Vm Sen (wt + π/6 )
Vbc = √3 Vm Sen (wt – π/2 ) Vca = √3 Vm Sen (wt + 5π/6 )
El Voltaje promedio se determina a partir de Vcd = ((3√3 Vm ) / π) Cos α
El máximo Voltaje es cuando α es igual a cero Vdcmax = (3√3 Vm ) / π El Voltaje rms es: Vrms = 159.25v T1 T4 T5 V1 V2 T3 T6 T2 V3
Fig. 8.4 Voltajes de fase
Fig. 8.5 Voltaje de salida para un ángulo de disparo de cero grados.
CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO:
Esta practica esta correlacionada con el tema: Rectificación no controlada y controlada, cubriendo subtemas 3.1.1, 3.2.2 del programa de estudio de Electrónica de Potencia.
Semiconvertidor monofásico puente: D1 Diodo D1N4749 D2 Diodo D1N4004 D3 Diodo D1N4004 D4 Diodo D1N4004 J1 JFET-N J2N5457 R1 Foco 120V 100W R2 Resistencia 2.2k R3 Resistencia 10k R4 Resistencia 7k R5 Resistencia 5k R8 Resistencia 10 C1 Capacitor 0.1uF U2 PUT 2N6027 U3 Puente Rectificador D1G4B1 X2 SCR 2N6403 X3 SCR 2N6403
MG1,L1 ROTOR y CAMPO de MOTOR CD
Osciloscopio con 3 canales diferenciales Punta de prueba con atenuación de 100:1
Convertidor trifásico puente:
3 Optotransistores 4N25 6 Optotriac MOC3011 6 SCR 2N6507 1 Microcontrolador PIC16F84 3 Diodos D1N4009 2 Capacitores 39 pF. 1 Cristal de 4 MHz. 9 Resistencias 20 KΩ. 2 Focos 120V, 60W. 1 PC Compilador PIC C
Programador de PIC (PIC-Prog USB). Fuente de voltaje de 10V.
Osciloscopio con 3 canales diferenciales Punta de prueba con atenuación de 100:1
1.-Construya el circuito 8.1. En el caso de no tener los elementos de la lista de materiales con los valores indicados, recalcule los valores de los dispositivos a usar para un buen funcionamiento del circuito.
2.- Conecte el osciloscopio diferencial o un osciloscopio de canales con entrada común usando aislamiento con transformador para evitar cortos circuitos, vea la figura 1.6. 3.- Varié el potenciómetro R4 y observe el cambio de velocidad del motor. Mida los voltajes en la carga, capacitor C1 y compuerta del SCR, grafique las señales. Verifique que sean las señales que esperaba ver.
4.- Construya el circuito de la figura 8.6. Use como carga un motor de CD con
especificaciones adecuadas a los niveles de voltaje a usar.
Figura 8.6. Diagrama esquemático para el convertidor trifásico completo.
5.- Una vez construido el circuito se procede a elaborar el programa de control del PIC cuyo código se mostrará posteriormente.
#include <16F84A.h> #fuses HS,NOPROTECT,NOWDT #use delay(clock=20000000) main() { while (1) { if (input(PIN_A0)) { //Etapa de activacion de T5-T6 output_low(PIN_B4); output_high(PIN_B5); //Activación T5 output_high(PIN_B0); // Activación T6
delay_us(260);//1.333 ms //1.333 ms tiempo de activación de los SCR //Etapa de activacion de T6-T1
output_low(PIN_B5); // Desactivación T5
output_high(PIN_B0); // Activación T6
output_high(PIN_B1); //Activación T1
delay_us(260); //1.333 ms tiempo de activación de los SCR
//Etapa de activacion de T1-T2
output_low(PIN_B0); //Desactivación T6
output_high(PIN_B1); //Activación T1
output_high(PIN_B2); //Activación T2
delay_us(260); //1.33ms tiempo de activación de los SCR
delay_us(260); //1.333ms tiempo de activación de los SCR //Etapa de activacion de T3-T4 output_low(PIN_B2); //Desactivación T2 output_high(PIN_B3); //Activación T3 output_high(PIN_B4); //Activación T4 delay_us(260);//1.33ms //Etapa de activacion de T4-T5 output_low(PIN_B3); //Desactivación T3 output_high(PIN_B4); //Activación T4 output_high(PIN_B5); //Activación T5
delay_us(260); //1.333 ms tiempo de activación de los SCR
} }
}
6.- Una vez elaborado el programa de control, grabarlo en el microcontrolador para que sea implementado en el circuito.
7.- Conecte el microcontrolador al circuito cuidando que las terminales de alimentación estén conectadas correctamente.
8.- Encienda el circuito y a continuación observe los voltajes de salida en el osciloscopio, grafique la señal en la carga.
SUGERENCIAS DIDACTICAS:
Complementar la información proporcionada por el maestro. Trabajar en grupos de 3 personas máximo y mínimo de 2.
Estudiar y comprender la práctica y temas relacionados previamente a su
desarrollo.
Hacer los cálculos requeridos de los elementos a utilizar en la práctica, previos
al desarrollo de la misma.
Simular los circuitos usando ORCAD, CircuitMaker u otro software previamente
al desarrollo de cada práctica. REPORTE DEL ALUMNO:
Entregar al maestro el reporte de cálculos de los elementos de los circuitos a
desarrollar en el laboratorio, antes de cada práctica.
Entregar al maestro el reporte escrito de la práctica realizada y el archivo en
disco, en la siguiente semana de la realización de la práctica. BIBLIOGRAFIA:
Timothy J. Maloney, Electrónica Industrial del Estado sólido, Ed. Prentice Hall. M. Rashid, Electrónica de Potencia, Ed. Thomson.
Manual de Tiristores, Motorola.
José María Angulo, Susana Romero Yesa, Ignacio Angulo; Microcontroladores
PIC, Ed. McGRAW-HILL.
TROCEADORES
OBJETIVO: Analizar los circuitos troceadores y diseñar una fuente conmutada.
PRACTICA # 11
CONV ERTIDOR CD -CD
OBJETIVO ESPECÍFICO
Comprender el funcionamiento de fuentes de conmutación reguladas con el fin de diseñar y construir una fuente CD-CD regulada.
INTRODUCCIÓN
Los troceadores o pulsadores de CD se pueden utilizar como reguladores de conmutación para convertir un voltaje de CD, generalmente no regulado, a un voltaje de salida de CD regulado. Básicamente un troceador esta formado de una fuente de CD no regulada, uno o varios dispositivos de conmutación que funcionan como interruptores que cierran y abren con una rapidez controlada para mantener un voltaje regulado en la salida o carga, por lo general los pulsadores usan bobinas para lograr su finalidad. La regulación se consigue por lo regular por medio de modulación de ancho de pulso a una frecuencia fija. Los reguladores de conmutación están disponibles de forma comercial como circuitos integrados. Los troceadores o pulsadores de CD se clasifican de acuerdo a la polaridad del voltaje de salida y la dirección de corriente de salida como clase A, B, C, D, E. Los pulsadores de CD, también, por el tipo de voltaje de salida se clasifican en reductor, elevador, reductor - elevador e inversor o Cúk. En la figura 9.1 se muestra un pulsador de CD.
Como se ve en la figura 9.1a el pulsador reductor siempre tendrá un voltaje de salida Vo menor al voltaje de entrada Vs, como el switch SW abre y cierra a una frecuencia fija y dado que una fracción del tiempo de oscilación estará cerrado entonces en la
Fig. 9.
Fig. 9.1. 1. Pulsadores de CD. Pulsadores de CD. a) Redua) Reducctor. tor. b) Elevador.b) Elevador. En l
En la figura a figura 9.1b el pu9.1b el pulsador elevador el vlsador elevador el voltaje de salida Vo es igual oltaje de salida Vo es igual al val vooltltaaje Vs deje Vs de entrada mas el voltaje en la bobina L. El voltaje de la bobina L es Ldi/dt, la variación de entrada mas el voltaje en la bobina L. El voltaje de la bobina L es Ldi/dt, la variación de corriente en la bobina di/dt es provocado por el abrir y cerrar del switch SW, el diodo D corriente en la bobina di/dt es provocado por el abrir y cerrar del switch SW, el diodo D