Manual de Practicas Potencia

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Índice

PRACTICA #1... 5

DISPARO CON DISPARO CON UJT UJT ... ... 55

PRACTICA #2... 12

DISPARO CON PUT ... 12

PRACTICA # 3... 20 PRACTICA # 3... 20 DISPARO CON SBS... 20 DISPARO CON SBS... 20 PRACTICA #4... 26 PRACTICA #4... 26

DISPARO CON REDES PASIVAS RC DISPARO CON REDES PASIVAS RC ... 26 ... 26

PRACTICA # 5... 34

DISPARO CON TIMER DISPARO CON TIMER... 34... 34

PRACTICA # 6... 42 PRACTICA # 6... 42 DISPARO USANDO P DISPARO USANDO PWM WM ... .. 4242 PRACTICA 7... 48 PRACTICA 7... 48

CONTROL DE SEÑAL TRIFÁSICA... 48

PR PRACAC TICTIC A A 8 8 ... ... 6262 CIRCUITO DE DISPARO CO CIRCUITO DE DISPARO CON TRIAC CON N TRIAC CON MICROCONTMICROCONTROLADROLADOR YOR Y DETECCIÓN DE CRUCE POR CERO... 62

DETECCIÓN DE CRUCE POR CERO... 62

PRACTICA # 9... 63 PRACTICA # 9... 63 RECTIFICACION NO CONTROLADA... 63 RECTIFICACION NO CONTROLADA... 63 PRACTICA # 10... 70 PRACTICA # 10... 70 RECTIFICACION CONTROLADA ... 70 RECTIFICACION CONTROLADA ... 70 PRACTICA # 11... 79 PRACTICA # 11... 79 CON CONVEVERTIDRTIDOOR CD-CD ...R CD-CD ... 79... 79

PRACTICA # 12... 85

INVERSOR MONOFÁSICO PUENTE... 85

PRACTICA # 13... 91

INVERSOR TRIFÁSICO PUENTE ... INVERSOR TRIFÁSICO PUENTE ... 91... 91

PROG PROGRAMRAMA: ...A: ... ... ... 9898 PRACTICA # 14... 101

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Apéndi Apéndice ce A A ... ... 116116 Teoría del SCR ... 116 Teoría del SCR ... 116 Apéndi Apéndice B ...ce B ... 120... 120

Teoría del TRIAC ... Teoría del TRIAC ... 120... 120

Apéndice C ... 123

Características eléctricas del MC34063... 123

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INTRODUCCION

En la actualidad, la imperiosa necesidad de hacer más eficiente el uso de la En la actualidad, la imperiosa necesidad de hacer más eficiente el uso de la energía ha dado lugar a un crecimiento increíble en el conocimiento de la energía ha dado lugar a un crecimiento increíble en el conocimiento de la Electrónica de Poten

Electrónica de Potencia, nuevcia, nuevos dispositivos de control, os dispositivos de control, disposidispositivtivos de potenciaos de potencia más

más eficientes, eficientes, software de software de desarrodesarrollllo y simulo y simulación se usan ación se usan een n eel l diseño diseño dede circuitos de control de energía eléctrica eficientes y robustos. Conocimientos en el circuitos de control de energía eléctrica eficientes y robustos. Conocimientos en el área digital, analógica, control y programación se conjugan en el dominio de la área digital, analógica, control y programación se conjugan en el dominio de la Electrónica de Potencia. Podemos ver que una gran diversidad de equipos Electrónica de Potencia. Podemos ver que una gran diversidad de equipos domésticos e industriales se han desarrollado con base al conocimiento de la domésticos e industriales se han desarrollado con base al conocimiento de la Electrónica de Potencia.

Electrónica de Potencia. Un

Uno de o de los disposilos dispositivtivos de os de potenpotencia cia más usado es emás usado es el SCR (Rectificador Controll SCR (Rectificador Controladoado de Silicio, ver Apéndice A), otros como el TRIAC (Tiristor de Conducción Bilateral, de Silicio, ver Apéndice A), otros como el TRIAC (Tiristor de Conducción Bilateral, ver Apéndice B), IGBT (Transistor Bipolar de Compuerta Aislada), MOSFET ver Apéndice B), IGBT (Transistor Bipolar de Compuerta Aislada), MOSFET (Transistor de Efecto de Campo de Metal Oxido Semiconductor) también son (Transistor de Efecto de Campo de Metal Oxido Semiconductor) también son importantes, se utilizan en forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia importantes, se utilizan en forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia y operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un y operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Para muchas aplicaciones prácticas se puede suponer que son estado conductor. Para muchas aplicaciones prácticas se puede suponer que son interruptores o conmutadores ideales, aunque en realidad para diseños de calidad, interruptores o conmutadores ideales, aunque en realidad para diseños de calidad, exhiben ciertas características y limitaciones que deben ser tomadas en cuenta. exhiben ciertas características y limitaciones que deben ser tomadas en cuenta. Dispositivos de control como UJT (Transistor de Unión Única), PUT (Transistor de Dispositivos de control como UJT (Transistor de Unión Única), PUT (Transistor de Unión Programable), SBS (Switch Bilateral de Silicio) y dispositivos digitales Unión Programable), SBS (Switch Bilateral de Silicio) y dispositivos digitales también serán usados en este manual de prácticas.

también serán usados en este manual de prácticas. En

En las prácticas se ulas prácticas se usasan n graficas simulgraficas simuladas para el mejadas para el mejoor r eentnteendimiento ndimiento de losde los circuitos, se ha usado el ORCAD como herramienta de simulación y diseño circuitos, se ha usado el ORCAD como herramienta de simulación y diseño aunque no es limitante para el uso de otra herramie

aunque no es limitante para el uso de otra herramie ntnta computacionaa computacional.l.

En este manual se expondrán los conceptos básicos para el control y uso de los En este manual se expondrán los conceptos básicos para el control y uso de los

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organización del manual de prácticas corresponde a la misma secuencia de los temas de estudio, del programa de Electrónica de Potencia, clave ECM-0415 de la carrera de Ingeniería Electrónica. En el primer tema se expone la introducción de la electrónica de potencia y dispositivos de disparo, con las prácticas: Disparo con los dispositivos UJT, PUT y SBS. En el segundo tema, Circuitos de disparo, se aborda los circuitos de disparo con redes pasivas, Timer y PWM. En el tercer tema: Los circuitos rectificadores y convertidores AC-CD controlados. En el cuarto tema: Los circuitos convertidores CD-CD o Troceadores. En el quinto tema, los circuitos inversores CD-AC y controladores AC-AC. Por último se muestra la teoría del SCR en el Apéndice A, TRIAC en el Apéndice B y del IC MC34063 en el Apéndice C, como ayuda en el desarrollo de las prácticas.

OBJETIVO GENERAL DEL MANUAL.

Este manual es elaborado con el objetivo de fortalecer los conocimientos del alumno en el campo de la Electrónica de Potencia, facilitar el desarrollo de las prácticas de Electrónica de Potencia, así como llevar un seguimiento del curso de Electrónica de Potencia de la carrera de Ingeniería Electrónica.

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TEMA 1

Introducción a la electrónica de potencia y dispositivos de disparo.

OBJETIVO: Comprender la terminología de los dispositivos electrónicos de disparo y diseñar circuitos de disparo co n dispositivos discretos.

PRACTICA #1

DISPARO CON UJT

OBJETIVO ESPECÍFICO

Comprender el funcionamiento de circuitos de control de e nergía eléctrica con SCR y TRIAC usando activación por medio de UJT (Transistor de Unión Única o también conocido como Transistor Monounión).

INTRODUCCIÓN

El UJT es un dispositivo excelente para el disparo de los SCR. La mayoría de los principios de disparo del UJT se aplican igualmente bien para el TRIAC. En la figura 1.1 se muestra el símbolo del UJT.

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Fig. 1.1 Símbolo del transistor UJT.

Hay varias razones para la compatibilidad entre los UJT y el 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 exceda 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. Este hecho anula la inestabilidad en temperatura de los SCR.

c) Los circuitos de disparo con UJT facilitan el control realimentado.

El método clásico para disparar un SCR con un UJT se muestra en la figura 1.2.

Fig. 1.2 Esquemático de disparo de un SC R por medio de UJT.

Cuando el voltaje de entrada V1 cruza por cero hacia positivo, C1 comienza a 0 R2 100k C1 60n R3 1k C R1 100 SCR1 C122B1 D1 + Vs - UJT1 2N2646 V1 FREQ = 60 VAMPL = 120 E RD 2.2k 100 + VR1 -

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+VCarga-como consecuencia se activa el UJT1 originando un pulso de voltaje en R1, activando el SCR1; De este modo hace que fluya corriente por carga durante el resto del semiciclo positivo. Las formas de onda se muestran en las graficas de la figura 1.3.

Fig. 1.3 Señal de voltaje en zener, R1 y Carga.

El circuito proporciona una sincronización automática entre el pulso de disparo del UJT1 y la polaridad del SCR1. Es decir, cada vez que el UJT1 entregue un pulso, hay garantía de que el SCR1, se encuentra con el voltaje de ánodo a cátodo en la polaridad correcta, para que pase al estado de conducción. La potencia en la carga se controla por medio del potenciómetro R2. Cuando R2 es baja, C1 se carga rápidamente, lo cual produce un disparo temprano del UJT1, y como consecuencia del SCR. Cuando R2 es grande, C1 se carga más lentamente, lo cual produce un disparo retardado y un bajo promedio de corriente de carga .

El UJT también es un buen dispositivo para el disparo del TRIAC, en la figura 1.4 se muestra un circuito de disparo de TRIAC usando un UJT. En este circuito el

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puente de diodos, esta señal se recorta con el diodo zener, el voltaje zener es aplicado como alimentación y sincronización de fase al circuito del UJT, cuando se activa el UJT se genera un pulso de voltaje que pasa através del transformador de impulso hasta la compuerta del TRIAC activándolo en cada fase de la señal de entrada, asegurando el control en el semiperiodo positivo y negativo del voltaje de alimentación, el potenciómetro R3 se usa para controlar el tiempo de activación del TRIAC.

Las señales de este circuito en la carga, compuerta y TRIAC se muestran en la figura 1.5.

Figura 1.4 Circuito de disparo de TRIAC usando un UJT. CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO:

Esta práctica esta correlacionada con el tema: Introducción a la Electrónica de Potencia y Dispositivos de Disparo, cubriendo subtemas 1.1, 1.2 y parte del 1.3.

X4 MAC224A8 X3 2N2646 R3 24k R2 2.2k 0 C1 510n D1 1N5255 1 2 V1 FREQ = 60 VAMPL = 169 VOFF = 0 TX1 BAW101 R1 144 R4 1k

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+VCarga- Osciloscopio con 3 canales diferenciales  Puntas de prueba con atenuación 100:1  Multímetro  Resistencia 2.2kΩ  Potenciómetro 2.2 KΩ  Resistencia R3 1KΩ  Resistencia R4 100Ω  Foco 120 VAC, 100 W  Capacitor 0.68µf

 Diodo Zener D1N4474 o similar.

 UJT 2N4871

 SCR 2N1597 o similar.

 Transformador de aislamiento (1:1)

METODOLOGIA:

NOTA: Tener cuidado con el uso del osciloscopio, pueden hacer corto por tierra. Si el circuito a medir no esta aislado utilice un trasformador aislador conectado al osciloscopio para evitar problemas de corto en el circuito por medio de tierras, ver figura 1.6.

Fig. 1.6. Protección del Osciloscopio. 1.- Construya el circuito esquemático de la figura 1.2.

2.- Con el Osciloscopio mida los voltajes en la carga, capacitor y compuerta, varíe lentamente el potenciómetro R4 en todo su rango y observe el cambio en las señales. Verifique que las mediciones y señales sean las esperadas.

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3.- Grafique los resultados de las mediciones. Use un valor de R4 tal que la señal de carga se corte en los puntos máximos de la señal de alimentación.

4.- Construya el circuito de la figura 1.4, puede usar otros valores de elementos, si así lo desea y recalcular los valores para un buen funcionamiento del circuito.

5.- Con el Osciloscopio mida los voltajes en la carga, capacitor y compuerta, varíe lentamente el potenciómetro R3 en todo su rango y observe el cambio en las señales. Verifique que las mediciones y señales sean las esperadas.

3.-Grafique los resultados de las mediciones. Use un valor de R3, tal que la señal en la carga se corte en los puntos máximos y mínimos de la señal de alimentación. 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.

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BIBLIOGRAFIA:

 Timothy J. Maloney, Electrónica Industrial del Estado sólido, Ed. Prentice

Hall.

 M. Rashid, Electrónica de Potencia, Ed. Thomson.  Manual de Tiristores, Motorola.

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PRACTICA #2

DISPARO CON PUT

OBJETIVO ESPECÍFICO.

Comprender el funcionamiento de circuitos de control de e nergía eléctrica con SCR y TRIAC usando activación por medio de PUT.

INTRODUCCIÓN

El transistor de unión programable PUT, es un pequeño tiristor de cuatro capas PNPN, muy diferente a la estructura del UJT, pero que tiene la misma función y uso del UJT: El disparo de SCR y TRIAC. El símbolo se muestra en la figura 2.1.

Fig. 2.1 Símbolo del PUT.

Un PUT se puede usar como oscilador de relajación, tal y como se muestra en la figura 2.2. El voltaje de compuerta VG es dado por la fuente de alimentación y el divisor de voltaje formado por Rl y R2. El voltaje de punto de pico Vp=VG+0.7 V, el cual puede variar al modificar el valor del divisor resistivo R1 y R2. Si el voltaje del ánodo VA es menor que el voltaje de compuerta VG, el dispositivo conservara en su estado inactivo, pero si el voltaje de ánodo excede al de compuerta en una caída de voltaje de diodo VD, se alcanzará el punto de pico Vp y el dispositivo se activará. La corrie nte de pico Ip y la corriente del punto de valle Iv dependen de la impedancia equivalente en la compuerta y del voltaje de alimentación de CD. En

COMPUERTA ANODO

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R y C controlan la frecuencia (f) junto co n R1 y R2. El periodo de oscilación T esta dado en forma aproximada por:

T= 1/f = RC ln [Vs/(Vs-Vp)] = RC ln [1+(R2/R1)]

Figura 2.2 Circuito oscilador con PUT.

El PUT es también, un dispositivo excelente para el disparo de los SCR y TRIAC. El circuito de la figura 2.3, usa un PUT con un SCR para controlar las dos fases de la señal de entrada.

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Fig. 2.3 Circuito de disparo con SCR usando un PUT.

En este circuito la señal de entrada senoidal es rectificada por el puente de diodos D1, D2, D3, D4, la señal rectificada es recortada por el zener D5 y usada como alimentación y sincronización de cada fase en el circuito oscilador con PUT, R2 y C1 determinan el tiempo de activación del PUT, cuando el voltaje de C1 alcanza el voltaje de pico Vp del PUT, el voltaje de pico es determinado por el divisor de voltaje R3, R4. Cuando se activa el PUT se origina un pulso de voltaje en el cátodo que es transmitido por medio del transformador de impulso hasta la compuerta del SCR, activándolo en cada semiciclo o fase de la señal de entrada. Los diodos D6, D7, D8, D9 direccionan la conducción de corriente en una misma dirección ánodo-cátodo del SCR, para cada semiciclo de la señal de entrada.

Sustituyendo los diodos D6, D7, D8, D9 y el SCR por un TRIAC se obtendría el mismo efecto en la carga, con la misma señal de voltaje.

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Las formas de ondas de este circuito PUT-SCR, se puede observar en la figura 2.4.

Fig. 2.4 Graficas de las señales en la carga, SCR y compuerta.

En el caso de usar un TRIAC en lugar del subcircuito formado por D6, D7, D8, D9 y el SCR, las señales en carga, compuerta y TRIAC se muestran en la figura 2.5.

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Fig. 2.5 Graficas de las señales en la carga, TRIAC y compuerta. CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO:

Esta practica esta correlacionada con el tema: Introducción a la Electrónica de Potencia y Dispositivos de Disparo, cubriendo subtemas 1.1, 1.2 y parte del 1.3.

MATERIAL Y EQUIPO

 Osciloscopio con 3 canales diferenciales  Punta de prueba con atenuación de 100:1

 Foco 120VAC, 100W  Diodo Zener 24V  PUT 2N6027  SCR 1N6403  Resistencia 2.2KΩ  Resistencia 60KΩ  Resistencia 50KΩ

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 Capacitor 0.47µf  Transformador 1:1

 8 Diodos IN4007

METODOLOGIA:

NOTA: Tener cuidado con el uso del osciloscopio, pueden hacer corto por tierra. Si el circuito a medir no esta aislado utilice un trasformador aislador conectado a1 osciloscopio para evitar problemas de corto en el circuito por medio de tierras, ver figura 1.6.

1.- Construya el circuito esquemático de la figura 2.6 y conteste lo que se pide.

Fig. 2.6 Circuito de disparo PUT-SCR.

2.- Con el Osciloscopio mida los voltajes en la carga, capacitor y compuerta, varíe lentamente el potenciómetro R5 en todo su rango y observe el cambio en las señales. Verifique que las mediciones sean correctas y las señales las esperadas.

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3.- Grafique los resultados de las mediciones. Ajuste el valor de R5 tal que el voltaje de la carga se recorte en los puntos máximos y mínimos de la señal de alimentación.

4.- En la figura 2.6, cambie el subcircuito formado por los diodos D21, D22, D23, D24 y el SCR X3 por un TRIAC, puede usar otros valores de elementos si así lo desea y recalcular los valores para un buen funcionamiento del circuito.

5.- Con el Osciloscopio mida los voltajes en la carga, capacitor y compuerta, varíe lentamente el potenciómetro R5 en todo su rango y observe el cambio en las señales. Verifique sus mediciones y revise que las señales sean las esperadas. 3.- Grafique los resultados de las mediciones. Ajuste el valor de R5 tal que el voltaje de la carga se recorte en los puntos máximos y mínimos de la se ñal de alimentación.

SUGERENCIAS DIDACTICAS:

desarrollo.

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 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:

Hall.

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PRACTICA # 3

DISPARO CON SBS

OBJETIVO ESPECÍFICO.

Comprender el funcionamiento de circuitos de control de energía eléctrica con SCR y TRIAC usando activación por medio de SBS (Switch Bilateral de Silicio). INTRODUCCIÓN

El SBS es un circuito integrado que tiene características similares a los tiristores de cuatro capas PNPN, ya que en su activación presenta característica de resistencia negativa. El símbolo se muestra en la figura 3.1.

Compuerta

Anodo1

Anodo2

Fig. 3.1 Símbolo del circuito integrado SBS.

El diagrama del circuito integrado SBS se muestra en la figura 3.2. El SBS tiene tres terminales, conduce en dos direcciones por las terminales Anodo1 y Anodo2, la compuerta sirve para cambiar el voltaje de activación del SBS, colocando un par de diodos zener de menor voltaje entre las terminales de Compuerta-Anodo1 y Compuerta-Anodo2 como se indican en los diodos zener internos del SBS, en este caso el voltaje de activación es igual a la caída de voltaje del transistor mas el voltaje zener del diodo externo. Otra manera es colocando en las mismas terminales resistencias de 20 K, reduciendo el voltaje de activación hasta 4 V

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Un circuito de disparo típico usando un SBS para activar un TRIAC se muestra en la figura 3.3.

Figura 3.2 Circuito del SBS.

En este caso el SBS y TRIAC hacen buena pareja ya que los dos son bidireccionales y pueden controlar las dos fases de la señal de entrada en un circuito muy simple económico y funcional.

Fig. 3.3 Circuito de disparo con TRIAC usando un SBS.

En este circuito el voltaje aplicado al SBS esta desfasado respecto al voltaje de entrada con una constante de tiempo dada por la red C1(R1+R4) que controla el

6.8 V Compuerta Anodo2 20k Anodo1 20k 6.8 V V1 60 Hz 120 V X1 X2 D1 R5 R2 C2 C1 CARGA R1 R4 R3 D2

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D1,D2 y R5 sirven para descargar el capacitor C1 al termino de la fase positiva de la señal de entrada, para que siempre el voltaje del capacitor C1 empiece de casi 0 V en cada semiciclo de la señal de entrada y así no haya corrimiento de fase que afecte a la activación del TRIAC. R2 y C2 es una red de Snubber que sirve para reducir las señales transitorias de línea y así no afecte el funcionamiento del TRIAC por efectos de dv/dt. Las señales en Carga, Compuerta del triac y terminales principales del TRIAC se muestran en la figura 3.4.

Fig. 3.4 Graficas de las señales en la Carga, TRIAC y Compuerta del triac. CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO:

Esta práctica esta correlacionada con el tema: Introducción a la Electrónica de Potencia y Dispositivos de Disparo, cubriendo subtemas 1.1, 1.2 y parte del 1.3. MATERIAL Y EQUIPO

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 Punta de prueba con atenuación 100:1  R3, Foco 120VAC, 100W  X1 TRIAC MAC120  X2 SBS MBS4991  R1 Resistencia 1000 KΩ  R2 Resistencia 10 KΩ  R4 Resistencia 470 Ω  R5 Potenciómetro 5.1KΩ  C1 Capacitor 0.22 µf  C2 Capacitor 0.1 uf  D1,D2 Diodos IN4003 METODOLOGIA:

NOTA: Tener cuidado con el uso del osciloscopio, pueden hacer corto por tierra. Si el circuito a medir no esta aislado utilice un trasformador aislador conectado a1 osciloscopio para evitar problemas de corto en el circuito por medio de tierras, ver figura 1.6.

1.- Construya el circuito esquemático de la figura 3.3, si usa dispositivos de valores diferentes a los indicados, calcule los valores del resto de los elementos para un buen funcionamiento del circuito.

2.- Con el Osciloscopio mida los voltajes en la Carga, TRIAC y compuerta del triac, varíe lentamente el potenciómetro R1 y observe el cambio en las señales. Verifique que las mediciones sean correctas y las señales las esperadas.

3.- Grafique los resultados de las mediciones. Ajuste el valor de R1 tal que el voltaje de la carga se recorte en los puntos máximos y mínimos de la se ñal de alimentación.

 Complementar la información proporcionada por el maestro.

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desarrollo.

previamente al desarrollo de cada práctica.

REPORTE DEL ALUMNO:

Hall.

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TEMA 2

Circuitos de disparo.

OBJETIVO: Diseñar circuitos de disparo usando diferentes técnicas.

PRACTICA #4

DISPARO CON REDES PASIVAS RC

Comprender el funcionamiento de circuitos de control de energía eléctrica con SCR y TRIAC usando redes pasivas RC (Resistiva-Capacitiva).

INTRODUCCIÓN

El método mas simple de control de compuerta es adicionando un capacitor en el extremo inferior de la resistencia del terminal de compuerta, tal como se muestra en la figura 4.1. La ventaja de este circuito es que el ángulo de disparo puede ajustarse a más de 90 grados.

Figura 4.1. Circuito de control de compuerta de un SCR por red pasiva RC. En el circuito cuando la fuente AC es negativa, el voltaje inverso a través del SCR es aplicado al circuito de disparo (R1+R2)C1, cargando el capacitor C1 su placa

V1 60 Hz 120 V C1 R4 R2 R1 SCR

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Cuando la fuente entra en su semiciclo positivo, el voltaje directo a través del SCR tiende a cargar C1 en la polaridad opuesta. Sin embargo, la formación de voltaje en la dirección opuesta es retardada por la constante de tiempo (R1+R2)C1 de la red pasiva RC. Este retardo en la aplicación de un voltaje positivo a la puerta, puede extenderse más allá de 90°.

Cuanto mayor sea la magnitud de la resistencia del potenciómetro, mas tiempo toma C1 en cargar positivamente su placa superior, y mas tarde se activará el SCR.

Esta idea puede ampliarse utilizando cualquiera de los circuitos de disparo de la figura 4.2. En La Figura 4.2a, se ha adicionado una resistencia en la terminal de compuerta, y se requiere por tanto que el capacitor se cargue por encima de 0,6 V para disparar al SCR. Con la resistencia conectada, el voltaje del capacitor debe alcanzar un valor lo suficientemente alto para inyectar la corriente de compuerta necesaria Igt a través de la resistencia y hacia la terminal de compuerta. Dado que C1 ahora se carga a un voltaje más alto, el disparo es aun más retardado.

La figura 4.2b muestra una red RC doble para el control de compuerta. En este esquema, el voltaje retardado de C1 es utilizado para cargar C2, resultando aun más retardo en la formación del voltaje de compuerta. Los capacitores de la figura 4.2 generalmente están en el rango de 0.1 a 1 μF. Para la magnitud dada de los capacitores, el mínimo ángulo de disparo (máxima corriente de carga), se determina por medio de las resistencias R1 y R3 y el mínimo ángulo de disparo, (mínima corriente de carga), se determina sustancialmente por la magnitud de la resistencia variable R2.

Los fabricantes de SCR proporcionan curvas detalladas para ayudar a la selección de resistencias y capacitores para los circuitos de control de compuerta de la figura 4.2. En términos generales, cuando estos circuitos de control se utilizan con

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rango de 1 a 30 ms. Es decir, para el circuito simple RC de la figura 4.2a, el producto (R1+R2)* C1 debe estar en el rango de 1 ms a 30 ms. Para el circuito doble RC de la figura 4.2b, (R1+ R2)*C1 debe estar comprendido en este rango, lo mismo que R3C2.

Fig. 4.2 Circuitos de disparo RC mejorados. a) Adicionando una resistencia en R3 en la compuerta. b) Adicionando una red R3C2 en la compuerta.

Las formas de onda de las señales para el circuito de la figura 4.2b se muestran en la figura 4.3. R4 C2 SCR R2 R1 R3 C1 (a) R1 SCR R3 (b) V1 60 Hz 120 V R4 V1 60 Hz 120 V R2 C1

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Fig. 4.3 Graficas de las señales del circuito de di sparo RC.

El uso de redes pasivas RC para disparo de TRIAC se muestra en la figura 4.4. El circuito 4.4a y 4.4b funcionan de forma muy similar a los circuitos de la figura 4.2 solo que en este caso al TRIAC conduce en dos direcciones cuando este se activa, produciendo en la carga una señal alterna de fase recortada para cada semiciclo, el TRIAC se activa cuando alcanza el valor de cebado o activación de compuerta Igt. Las formas de onda de las señales para este circuito se muestran en la figura 4.5.

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Figura 4.4 a) Circuito simple de control de compuerta para un TRIAC. b) Circuito de control mejorado, el cual proporciona un amplio rango de ajuste del ángulo de disparo.

Fig. 4.5 Graficas de las señales del circuito de disparo RC con TRIAC.

CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO:

Esta practica esta correlacionada con el tema: Circuitos de disparo, cubriendo C1 R2 R3 _TRIAC R3 (a) V1 60 Hz 120 V V1 60 Hz 120 V (b) R2 R4 R4 R1 C1 TRIAC C2 R1

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MATERIAL Y EQUIPO:

 Osciloscopio 3 canales diferenciales  Puntas de prueba con atenuación 100:1

 R4 Foco 100 W 120 VAC

 SCR MCR12D o equivalente

 TRIAC MAC210-6 o equivalente

 R1 Resistencia 22 KΩ

 R2 Potenciómetro 500 KΩ

 R3 Resistencia 50 KΩ

 C1,C2 Capacitores 0.22µf

METODOLOGIA:

1.- Construya el circuito de la figura 4.2b. 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.- Use 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, compuerta y SCR. Grafique las señales medidas. Verifique que sean las se ñales que esperaba ver.

4.- Construya el circuito de la figura 4.4b y repita el paso 2 y 3 anteriores. SUGERENCIAS DIDACTICAS:

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disco, en la siguiente semana de la realización de la práctica.

BIBLIOGRAFIA:

Hall.

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PRACTICA # 5

DISPARO CON TIMER_.

Comprender el funcionamiento de circuitos de control de e nergía eléctrica usando circuitos integrados TIMER.

INTRODUCCIÓN

En esta práctica se mostrara el TIMER 555 como dispositivo de control de disparo para un TRIAC. El TIMER 555 es un circuito integrado muy estable cuya función primordial es la de producir pulsos de temporización con una gran precisión y que, además, puede funcionar como oscilador, con periodos de oscilación de microsegundos hasta horas.

Algunas aplicaciones son como temporizador, oscilador, divisor de frecuencia, modulador de frecuencia, generador de señales triangulares.

El IC TIMER 555 se muestra en la figura 5.1.

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El TIMER 555 Se alimenta de una fuente externa conectada entre sus terminales positiva (8) y tierra (1); el valor de la fuente de alimentación se extiende desde 4.5 V hasta 16.0 V de corriente continua, la misma fuente exterior se conecta a un circuito pasivo RC exterior, que proporciona por medio de la descarga de su capacitor una señal de voltaje que esta en función del tiempo, esta señal de transición es de 1/3 de Vcc y se compara contra el voltaje aplicado externamente sobre la terminal (2) que es la entrada de un comparador.

La terminal (6) se ofrece como la entrada de otro comparador, en la cual se compara a 2/3 de la Vcc contra la amplitud de señal externa que le sirve de disparo. La termina1 (5) se dispone para producir modulación por anchura de pulsos, la descarga del condensador exterior se hace por medio de la terminal (7), se descarga cuando el transistor NPN, se encuentra en saturación, se puede descargar prematuramente el capacitor por medio de la polarización del transistor PNP.

Se dispone de la base del transistor PNP en la terminal (4), si no se desea descargar antes de que se termine el periodo, esta terminal debe conectarse directamente a Vcc, con esto se logra mantener cortado al transistor PNP, de otro modo se puede poner a cero la salida involuntariamente, aun cuando no se desee. La salida esta provista en la terminal (3) del microcircuito y es además la salida de un amplificador de corriente (buffer), este hecho le da mas versatilidad al circuito de tiempo 555, ya que la corriente máxima que se puede obtener cuando la terminal (3) se conecta directamente a tierra es de 200mA.

La salida del comparador "A" y la salida del comparador "B" están conectadas al Reset y Set del FlipFlop tipo SR (FF-SR) respectivamente, la salida del FF-SR actúa como señal de entrada para el amplificador de corriente, mientras que el voltaje de la terminal (6) sea mas pequeño que el voltaje contra el que se compara, la entrada Reset del FF-SR no se activará, por otra parte mientras que el nivel de tensión presente en la terminal 2 sea mas grande que el nivel de tensión contra el que se compara la entrada Set del FF-SR, no se activará.

(37)

El uso del TIMER 555 como circuito oscilador se muestra en la figura 5.2. La señal de salida tiene forma de onda cuadrada de periodo predefinido por el diseñador del circuito. La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y en un nivel bajo un tiempo T2. Los tiempos de duración dependen de los valores de R1 y R2.

Figura 5.2 Oscilador con TIMER 555. Las formas de onda del circuito 5.2 se muestra en la figura 5.3.

T1 = 0.67 (R1 + R2) C T2 = 0.67 * R2* C T = T1 + T2

La frecuencia con que la señal de salida oscila esta dada por la formula:

F = 1 / T

(38)

Una aplicación del oscilador con TIMER 555 se muestra en la figura 5.4. En la fig. 5.4a el circuito de disparo tiene un transformador de impulsos y en la fig. 5.4b el circuito tiene un optoaislador salida triac, ambos dispositivos tienen la misma función de aislar el circuito de control (TIMER 555), del circuito de potencia (TRIAC). El circuito de control (circuito oscilador con TIMER 555) proporciona el tiempo de activación, ajustando el potenciómetro R4 del circuito de la fig. 5.4. El voltaje de alimentación es rectificado por el puente rectificador y recortado por el diodo zener, variando desde 0 V hasta el voltaje zener, este voltaje es 0 V justamente cuando inicia un semiciclo de la señal de alimentación, proporciona ndo una sincronización al circuito oscilador respecto a la señal de alimentación. En la descarga del capacitor C1 se genera una señal pulso en la terminal 3 del IC 555 que se transmite a través del transformador de pulsos o del optoacoplador hasta la compuerta del TRIAC, activándolo y proporcionando una señal alterna de fase recortada en la carga.

(39)

Fig. 5.4. Circuito de disparo con TIMER 555 usando a) Acoplamiento a Transformador o Magnético, b) Optoacoplamiento.

La figura 5.5 muestra las señales alimentación, carga, capacitor C1 y compuerta del circuito de la figura 5.4.

C1 R2 R1 U2 1 2 6 4 R1 C2 U3 1 2 3 4 ac1 - ac2 + R5 C1 Vcompuerta R5 X1 R4 (a) Vcarga R3 TX1 Vcarga D1 V1 60H 179V Vcompuerta R3 V1 60H 179V Vc1 D1 R7 X1 R4 R6 U3 1 2 3 4 ac1 - ac2 + U1 555B 1 2 3 4 5 6 7 8 GND TRIGGER OUTPUT RESET CONTROL THRESHOLD DISCHARGE VCC (b) C2 Vc1 U1 555B 1 2 3 4 5 6 7 8 GND TRIGGER OUTPUT RESET CONTROL THRESHOLD DISCHARGE VCC R2

(40)

Fig. 5.5 Formas de o nda del circuito 5.4a y 5.4b. CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO:

Esta practica esta correlacionada con el tema: Circuitos de disparo, cubriendo subtemas 2.2, 2.3. MATERIAL Y EQUIPO  R1 Foco 100W 120V  R2 Resistencia 1 K  R3 Resistencia 100   R4 Potenciómetro 200 K  R5 Resistencia 3 K  R6 Resistencia 200   R7 Resistencia 300   C1 Capacitor 0.1 uF  C2 Capacitor 0.01 uF  TX1 Transformador de impulsos  U1 IC TIMER 555B

 U2 Optoaislador salida Triac MOC3011

 X1 TRIAC MAC210-6

 U3 IC rectificador puente D1G4B1

 D1 Zener D1N4749

1 Osciloscopio con 3 canales diferenciales.

T i m e 0 s 5 m s 1 0 m s 1 5 m s 2 0 m s 2 5 m s 3 0 m s 3 5 m s 4 0 m s 4 5 m s 5 0 m s V ( R 1 : 1 , R 1 : 2 ) - 2 0 0 V 0V 2 0 0 V S E L > > V c a r g a V ( T X 1 : 3 , T X 1 : 4 ) - 4 . 0 V 0V 4 . 0 V V c o m p u e r t a V ( R 3 : 1 , C 1 : 1 ) 0V 10 V Vc 1 V ( R 1 : 1 , 0 ) - 2 0 0 V 0V 2 0 0 V V1

(41)

 Punta de prueba con atenuación de 100:1

METODOLOGIA:

1.-Construya el circuito 5.4a, para este circuito. 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. Las formulas de los periodos y frecuencias son las siguientes

Carga del capacitor C1, T1= 0.67 (R2+R3+R4)C1 Descarga de C1, T2 = 0.67 R3 C1

Como R3 << R2+R4 entonces T=T1+T2≈T1

Por lo tanto, la frecuencia de oscilación es F = 1/T.

2.- Use 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, capacitor compuerta y TRIAC. Grafique las señales medidas. Verifique que sean las señales que esperaba ver.

4.- Construya el circuito de la figura 5.4b y repita el paso 2 y 3 anteriores. SUGERENCIAS DIDACTICAS:

(42)

previamente al desarrollo de cada práctica.

REPORTE DEL ALUMNO:

Hall.

(43)

PRACTICA # 6

DISPARO USANDO PWM

Comprender el funcionamiento de circuitos de control de energía eléctrica usando Modulación de Ancho de Pulso PWM.

INTRODUCCIÓN

El circuito de la figura 6.1 es un generador PWM, esta integrado por un oscilador y un comparador, el IC U5A funciona como oscilador y el IC U4A como comparador, la salida PWM es por la terminal 1 del U4A, la carga y descarga del capacitor C1 genera una señal diente de sierra que se compara con la señal de V2, el voltaje de V2 puede ser el voltaje de la señal analógica de un sensor. V2 es una fuente para simular la entrada de una señal de sensor. La figura 6.2 muestra la señal PWM, la señal de la fuente V2 simulando la entrada de una señal de sensor y la oscilación diente de sierra que se produce en el capacitor C1.

(44)

Fig. 6.1 Circuito PWM con OPAM.

Fig. 6.2 Formas de onda del circuito PWM.

En la figura 6.3 se muestra un sistema de control de temperatura de lazo cerrado, el ajuste de temperatura se hace por el potenciómetro R5, el diodo D1 sirve como sensor y esta colocado en la carga R1, el sistema de control emplea el circuito PWM de la figura 6.1, el sensor D1 es parte de puente Wheatstone colocado a la entrada del amplificador U2A que amplifica en una relación de 1:1000, la señal del sensor amplificada es comparada con la señal del oscilador y la salida PWM es

VCC R10 C1 0 0 V2 R7 U4A MC33074/MC 3 2 4 1 1 1 + - V + V -OUT R6 U5A MC33074/MC 3 2 4 1 1 1 + - V + V -OUT +PWM-R13 R11 SENSOR

(45)

cero, para activar el triac X1, permitiendo una señal en la carga de intervalos de semiciclos completos, como se muestra en la figura 6.4. Se observa que cuando la señal del sensor esta dentro de los limites de control fijados por los valores de voltaje mínimo y máximo de la señal de oscilación, la cantidad de los semiciclos en la carga es menor que cuando la señal del sensor esta por arriba del valor máximo de la señal de oscilación y casi nula por debajo del valor mínimo de la señal de oscilación, permitiendo en ciclo cerrado la corrección de las desviaciones de la temperatura en la carga.

Fig.6.3 Circuito de control de temperatura en lazo cerrado usando PWM.

U2B MC33074/MC 5 6 4 1 1 7 + - V + V -OUT R14 D2 R9 U2A MC33074/MC 3 2 4 1 1 1 + - V + V -OUT CIRCUIT CROSS ZERO U1 MOC3061 1 2 6 4 R12 R7 U2C MC33074/MC 10 9 4 1 1 8 + - V + V -OUT R10 D1 R2 0 C2 X1 MAC210-6 R8 R4 R6 R11 R5 R1 12 V V1 60H 179V R13 C1 R3

(46)

Fig. 6.4 Formas de onda del circuito de control con PWM de la figura 6.3. CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO:

Esta practica esta correlacionada con el tema: Circuitos de disparo, cubriendo subtemas 2.2.1, 2.3.2, 2.3.3 del programa de estudio de Electrónica de Potencia.

MATERIAL Y EQUIPO  C1 Capacitor 1 uF  C2 Capacitor 0.47 uF  D1 Diodo D1N4001  D2 Diodo D1N4001  R1 FOCO 120 V 100 W  R2 Resistencia 300   R3 Resistencia 0.5k  R4 Resistencia 0.5k  R5 Potenciómetro 10K  R6 Resistencia 4.7k  R7 Resistencia 4.7k  R13 Resistencia 4.7k  R14 Resistencia 4.7k

(47)

 R9 Resistencia 100k  R12 Resistencia 100k  R10 Resistencia 4700k  R11 Resistencia 00k  U1 Optoaislador MOC3061  U2 OPAM MC33074A  X1 TRIAC MAC210-6

 1 Osciloscopio con 3 canales diferenciales.  Punta de prueba con atenuación de 100:1

METODOLOGIA:

1.-Construya el circuito 6.3, para este circuito, 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 R1, capacitor C1, salida PWM de U2B y TRIAC. Grafique las señales medidas. Verifique que sean las señales que esperaba ver.

desarrollo.

(48)

REPORTE DEL ALUMNO:

Hall.

(49)

TEMA 3

PRACTICA 7

CONTROL DE SEÑA L TRIFÁSICA

I. Objetivo General

Un circuito trifásico genera, distribuye y utiliza energía en forma de tres voltajes, iguales en magnitud y simétricos en fase. Las tres partes similares de un sistema trifásico se llaman fases. Como el voltaje en la fase A alcanza su máximo primero, seguido por la fase B y después por la C se dice que la rotación de fases es ABC. Esta es una convención arbitraria; en cualquier generador, la rotación de fases puede invertirse, si se invierte el sentido de rotación.

En la práctica se presenta un rectificador controlado de seis pulsos. En este caso el

pulso es mandado a cada uno de los SCR’s de disparo al punto que va a conducir, el control tiene que activar en pares a los SCR’s para que pueda controlar la intensidad del

foco.

II. Desarrollo

Para llevar acabo el control de la señal trifásica de la red eléctrica, se requirió el conocimiento de diferentes componentes eléctricos y electrónicos, asi, como un pleno conocimiento del comportamiento de señales eléctricas y principios básicos de ingeniería electrónica.

Diseño de etapa para detectar intersección entre fases

Para poder tener un control sobre el disparo de los dispositivos SCR’s, es necesario

poder monitorear la secuencia entre fases, dicho monitoreo permitirá determinar que par de

dispositivos (SCR’s) es preciso disparar, por lo tanto, se diseño un circuito capas de

proporcionar valores q ue indiquen cada cruce entre fases. El diseño del circuito consta de tres optoaisladores (4N25), los cuales se conectaron directamente a la línea bifásica de 220

(50)

los tres optoaisladores se encuentran conectados en cascada, teniendo una diferencia de potencial de 220 Vrms conectados a dos líneas desfasadas 120°.

Figura 3. 1 Ci rcuito Para detectar cruce de intersección entre fases.

El funcionamiento del circuito se basa en la rectificación generada por los Led a la entrada de los optoaisladores, debido a que la alimentación del led es alterna el dispositivo solo permitirá el flujo de corriente en una dirección, rectificando así la señal en medio ciclo. Para poder aislar la parte de polarización negativa al led del optoaislador, se requirió colocar en serie un diodo (1N4007) rectificador capas de soportar valores altos en polarización inversa, ya que el led del optoaislador no soporta valores muy altos en

polarización inversa. El valor de 6 KΩ de la resistencia limitadora se determino con la

siguiente ecuación:

_{}      

_ 

  _  _

(51)

Donde:

 R _D, Es el valor de la resistencia que limita la corriente del led contenido a la entrada

del optoaislador.

 V_D, Corresponde al valor de polarización del diodo rectificador.

 V_led, Es el valor de voltaje necesario para el encendido del led contenido en

optoaislador.

 I_max, Corresponde al valor de corriente que se desea circule por el led del

optoaislador.

Un factor importante a considerar es la potencia necesaria que debe tener la resistencia esto ya que se encuentra con una gran cantidad de voltaje, el cual se calculo de la siguiente manera:

_  _  _        

Puesto que se desea saber el momento de intersección entre dos líneas, al momento en el que el led del optoaislador es encendido o apagado, significa que ha ocurrido un cruce entre las dos líneas a las que se encuentra conectado, siendo esta la manera como se puede saber cuando se cruzan las fases, por lo tanto, se polarizo el optotransistor de la parte receptora contenido en el optoaislador, para que se ubique en modo de corte o saturación dependiendo del estado del led, de esta manera se obtienen valores digitales por parte del optotransistor, al igual que se encuentra aislada la señal del circuito de CA.

(52)

Figura 3. 2 salidas de optoaisladores por polarización de señal.

Para lograr ubicar el optotransistor en modo de saturación y corte se caracterizo el led del optoaislador con un gran valor de corriente (35mA), de esta manera la cantidad de luz incidente en el optotransistor será muy grande provocando una gran corriente de base, de la misma manera se caracterizo el optotransistor con una resistencia en colector de un

valor alto (10KΩ), con el fin de permitir un flujo muy peq ueño de cor riente.

Respuesta de circuito detector de cruce de fases

Como se menciono en la sección anterior, el funcionamiento se basa en la rectificación del led, logrando la saturación del optotransistor ubicado a la salida del optoaislador, por lo tanto se entiende, que cada flaco ya sea de subida o de bajada de la señal de salida del optotransistor se puede considerar una intersección entre las fases a las que se encuentra conectado el optoaislador. En la Figura 3.3 se observa las formas de onda

(53)

de salida de las terminales AB y BC, con respecto a la red eléctrica trifásica, no fue posible visualizar las tres señales a dado que los osciloscopios solo poseen dos canales.

Figura 3. 3 Formas de onda para salida AB y BC.

Como se ilustra en la figura anterior el tiempo entre un cruce de las líneas AB y BC corresponde a tiempo equivalente a 120 grados, esto dado que es desfasamiento natural de las líneas, este valor de tiempo se puede comprobar de la siguiente manera.

_{}     

 

Como se co mento anteriormente los flancos de las señales indican intersección entre fases, por lo tanto cada que ocurre un cambio de estado en cualesquiera de las tres señales indica que deben encenderse otro par de SCR’s y apagarse los que estaban encendidos, de

esta manera el tiempo entre dos flancos debe ser igual al tiempo de la señal de disparo, es decir 1/3 parte de medio ciclo de 8.33ms. En la Figura 3.4 se muestra el tiempo medido entre dos flancos mas próximos, donde la señal de color azul corresponde a la salida AB y la señal amarilla a BC.

(54)

Figura 3. 4 Medición de tiempo entre flancos próximos.

Diseño de etapa de control

Para desarrollar la etapa de control se recurrió a la utilización de un microcontrolador, el cual se programo para realizar el control adecuado, para llevar a cabo este control por medio del microco ntrolador, se conectaron las salidas de monitoreo de la red trifásica, esto para detectar la intersección entre fases y poder determinar la activación

de los SCR’s. De las tres señales de lectura se creo un tren de pulsos cada que existe un

cambio en el valor de las terminales, esto para utilizarlo como interrupción en la terminal B0 del PIC, dicha interrupción ocasionara que le pic este leyendo siempre los cambios de las intersecciones de las fases. En la siguiente tabla 3.1 se muestra la salida determinada para utilizarse como interrupción.

Tabla 3. 1 S alidas con respecto a Valore s lógicos de AB, BC y CA.

Salidas de optoaisladores Valor de salida AB BC CA 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0

(55)

Para obtener los valores requeridos como salidas con respecto a los valores de los optoaisladores se diseño la siguiente lógica, la cual se muestra en la Figura 3.5.

Figura 3. 5 circuito lógico para obtener valor de interrupciones.

Como se ilustra en el circuito de la Figura 3.5, solo se requieren 4 compuertas NAND y 2 compuertas NOT, por lo que a l momento de implementarlo solo se utilizo 1

integrado 74LS00N y un 74LS04N.

Respuesta de circuito generador de interrupciones

La señal obtenida para utilizarse como interrupción genera tres flancos dentro un medio ciclo de cada señal de salida de los optoaisladores, esto ya que la señal solo indica los tres flancos que se traslapan en las salidas, en la siguiente Figura 3.6 se ilustra dicha señal utilizada para interrumpir la rutina del microcontrolador.

(56)

Figura 3. 6 S eñal de interrupción generada con salida de optoaisl adores.

Creación de programa de control

Como se menciono anteriormente el control se logra mediante un microcontrolador (PIC18F458), del cual se utilizaron cinco entradas para leer las señales de los optoaisladores, la interrupción y el valor de los botones, solo se colocan dos botones los cuales permitirán el desplazamiento del pulso a lo largo del tiempo de una interrupción a otra, al igual que se utilizaron 6 salidas para la activación de los SCR`s correspondientes. A continuación se muestra el código para la lógica de control del microcontrolador.

#include <18F458.h> //Pic a utilizar.

#fuses XT,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP //Ordenes para el programador. #use delay (clock=4000000) //Frecuencia de oscilacion=4Mhz.

#use fast_io(B) //Uso del Puerto B #use fast_io(D) //Uso del Puerto D

#byte porta=5 //las siguientes 6 lineas son para #byte portb=6 //indicar las direcciones de los puertos #byte portc=7 //para el microcontrolador.

#byte portd=8 #byte porte=9

int B0 =0; //declaracion de variables globales. int x = 6;

int t = 0; int d = 0;

(57)

if (input(PIN_B4)==0 && input(PIN_ B5)==1) //lee entradas de botones {

t = 1; //s e cumple si se desea desplazar el pulso. }

if (input(PIN_B4)==1 && input(PIN_ B5)==0) //lee entradas de botones {

t = 2; //se cumple si se desea retroceder el pulso }

if(input(PIN_B1)==0 && input(PIN_B2)==1 && input(PIN_B3)==1) //las siguientes 6 condiciones se {x = 0;} //utilizan para identificar que

//lineas se an cruzado. if(input(PIN_B1)==0 && input(PIN_B2)==0 && input(PIN_B3)==1) {x = 1;}

if(input(PIN_B1)==1 && input(PIN_B2)==0 && input(PIN_B3)==1) {x = 2;}

if(input(PIN_B1)==1 && input (PIN_ B2)==1 && input(PIN_B3)==0) {x = 4;}

switch (x) //activa el caso correspondiente al valor leeido por el puerto {

case 0: //caso para encender T5 y T6

delay_us(20); //genera tiempo de retardo por precaución

delay_us(d*500); //genera tiempo de retardo de acuerdo al valor de la variable d. OUTPUT_d(0x30); //envia valor para la activación de T6 y T5.

delay_us(80); //tiempo que dura el pulso en alto para la activacion de los SCR's OUTPUT_d(0x00); //envia ceros para desactivar SCR's

break; //indica que s e rompe la rutina dle caso.

case 1: //igual que en caso anterior solo cambia el valor delay_us(20); //de salida que activa los SCR's

delay_us(d*500);

OUTPUT_d(0x21); //envia valor para la activacion de T6 y T1. delay_us(80); OUTPUT_d(0x00); break; case 2: delay_us(20); delay_us(d*500);

(58)

break; case 3:

delay_us(20); delay_us(d*500);

OUTPUT_d(0x06); //envia valor para la activacion de T2 y T3. delay_us(80); OUTPUT_d(0x00); break; case 4: delay_us(20); delay_us(d*500);

OUTPUT_d(0x0C); //envia valor para la activacion de T4 y T3. delay_us(80); OUTPUT_d(0x00); break; case 5: delay_us(20); delay_us(d*500);

OUTPUT_d(0x18); //envia valor para la activacion de T4 y T5. delay_us(80);

OUTPUT_d(0x00); break;

default:

OUTPUT_D(0x00); //cond icion de default envia ceros por precaucion break;

}

if (B0==0) //condicion para cambiar el flanco de la interrupcion. {

ext_int_edge(L_TO_H); //indica que la interrupcion sera de bajo a alto.

B0 = 1; //cambia valor de variable para siguiente interrupcion. }

else {

ext_int_edge(H_TO_L); //indica que la interrupcion sera de alto a bajo.

B0 = 0; //cambia valor de variable para siguiente interrupcion. }

}

void main() //inicio funcion principal {

int j; //se declara varible.

set_tris_b(0xFF); //Ajusta Todo el Puerto B co mo salida. set_tris_d(0x00); //Ajusta Todo el Puerto D como salida. output_d(0x00); //Envia ceros por puerto D.

port_ b_pullups (TRUE);

(59)

enable_interrupts (GLOBAL); //habilita uso de interruciones disponibles del pic. d=0;

while(1) //sentencia para retina infinita. {

OUTPUT_D(0x00); //envia ceros para desactivar SCR's delay_ms(50); //retardo para asegurar apagado de SCR's for (j=0; j<=10; j++) //contador

{

if (t==1 && d<=40 && j==50) //cond icion para aceptar boton de aumento {

d=d+1; //au menta en 1 lavariable d t=0; //pone a cero variable t. }

if (t==2 && d>=2 && j==50) //cond icion para aceptar boton de decremento {

d=d-1; //decrementa en 1 la variab le d t=0; //pon e a cero variable t.

} } } }

En la siguiente Figura 3.7 se muestra el circuito del microcontrolador con las entradas y salidas correspondientes, como se ilustra las salidas utilizadas para la activación de los SCR`s es el puerto D y el puerto B para leer las entradas tanto de los botones como de la interrupción y el monitoreo de la intersección de fases.

(60)

Figura 3. 7 Circuito final de etapa de control.

Respuesta de circuito de etapa de control

En la figura 3.8 se muestra las imágenes obtenidas del circuito de control, dichas salidas corresponden a las formas de ondas capturadas de los pines D0 a D6, los cuales

proporcionan las salidas de activació n de los SCR’s.

Figura 3. 8 Formas de onda de pin D0 y D1.

(61)

Para poder activar los SCR’s, con el microcontrolador fue preciso colocar

optoaisladores con el fin de proteger el pic, siendo estos optoaisladores con salida a optotriac, en la Figura 3.9 se ilustra el circuito correspondiente diseñado, como se observa el optotransistor interrumpe la terminal de compuerta, a dicha terminal se le coloco una resistencia para limitar la corriente de compuerta de SCR, al igual que permitir un flujo de corriente que no dañe el optotriac.

Figura 3. 9 Circuito de etapa de potencia.

Respuesta de circuito de etapa de potencia.

Como carga para la etapa de potencia se conectaron dos lámparas incandescentes de 100 watts, en la Figura 3.10 se muestran las formas de onda obtenidas de las terminales de la carga, dicha señal se midió a su máxima potencia, es decir el encendido de los SCR`s se crea inmediatamente después de detectar el cruce entre fases.

(62)

Figura 3. 10 Formas de onda de la carga a máxima potencia.

Dado que es posible controlar el tiempo de desplazamiento del pulso de encendido de los SCR`s, se obtiene un control de l potencia de la carga, en la Figura 3.11 se muestra la forma de onda capturada en la carga para un tiempo de desplazamiento de 1ms después de detectar el cruce entre fases.

(63)

PR

ACT

ICA 8

CIRCUITO

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.

(64)

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

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

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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

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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);

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} } }

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

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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

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OBJETIVO: Evaluar las características de los rectificadores y aplicarlos al control de maquinas de CD.

PRACTICA # 9

REC TIFICACION NO CONTROL A DA

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.

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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

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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