MANUAL DE APRENDIZAJE
Técnico de Nivel Operativo
MÓDULO FORMATIVO:
Control Electrónico de Maquinas
Industriales
OCUPACIÓN:
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y
PROCESOS INDUSTRIALES
DOCUMENTO APROBADO POR EL GERENTE TÉCNICO DEL SENATI N° de Página……188……
Firma ……….. Nombre: Jorge Saavedra Gamón Fecha: ………04.09.14…….
MATERIAL DIDÁCTICO ESCRITO
FAMILIA OCUPACIONAL
ELECTROTECNIA
OCUPACIÓN
CONTROLISTA
DE
MÁQUINAS
Y PROCESOS INDUSTRIALES
NIVEL
TÉCNICO
OPERATIVO
Con la finalidad de facilitar el aprendizaje en el desarrollo de la formación y capacitación en la ocupación de CONTROLISTA DE MÁQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES a nivel nacional y dejando la posibilidad de un mejoramiento y actualización permanente, se autoriza la APLICACIÓN Y DIFUSIÓN de material didáctico escrito referido a CONTROL
ELECTRÓNICO DE MÁQUINAS INDUSTRIALES.
Los Directores Zonales y Jefes de Unidades Operativas son los responsables de su difusión y aplicación oportuna.
Registro de derecho de autor:
INDICE
1. Presentación... 3
2. Tarea 1... 4 – 28 Montaje de circuitos rectificadores trifásicos no controlados. 3. Tarea 2... 29 – 58
Montaje de circuitos de disparo de SCR y TRIAC.
4. Tarea 3... 59 – 76 Montaje de circuitos rectificadores trifásicos controlados.
5. Tarea 4... 77 – 94 Montaje y comprobación de circuitos inversores con SCR.
6. Tarea 5... 95 – 107 Montaje y comprobación de circuitos troceadores.
7. Tarea 6... 108 – 118 Montaje y comprobación de circuitos cicloconvertidor.
8. Tarea 7... 119 – 140 Montaje de circuitos de mando electrónico de motores.
9. Tarea 8... 141 – 155 Montaje de circuitos para el control de velocidad de
motores DC y AC.
10. Tarea 9...156 – 183 Instalación y mantenimiento de sistemas de generación
eólico.
11. Hojas de Trabajo... ... 184 – 187
PRESENTACION
El presente Manual de Aprendizaje de la especialidad de Controlista de Máquinas y Procesos Industriales, del Programa de Aprendizaje Dual, corresponde al curso 04.04.03 Control Electrónico de Máquinas Industriales y tiene como objetivo analizar, montar, detectar fallas y reparar los circuitos electrónicos de potencia, utilizando instrumentos de medición electrónicos.
El Modulo Formativo Control Electrónico de Máquinas Industriales esta
compuesto por las siguientes tareas:
- Montaje de circuitos rectificadores trifásicos no controlados. - Montaje de circuitos de disparo de SCR y TRIAC.
- Montaje de circuitos rectificadores trifásicos controlados. - Montaje y comprobación de circuitos inversores con SCR. - Montaje y comprobación de circuitos troceadores.
- Montaje y comprobación de circuitos cicloconvertidor. - Montaje de circuitos de mando electrónico de motores.
- Montaje de circuitos para el control de velocidad de motores DC y AC - Instalación y mantenimiento de sistemas de generación eólico.
Elaborado en la Zonal: Lambayeque Cajamarca Norte
Año: 2004
RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA L1 L2 L3 EL EL Isrms Idiodo EF EF PIV IDC EDC
RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA
L1 L2 L3 EL EL EDC D1 D3 D5 D4 D6 D2 IDC EF
Nº ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS/MATERIALES
1
2 3
4
5
IDENTIFIQUE LOS TERMINALES DE DIODOS RECTIFICADORES.
PROBAR TRANSFORMADOR TRIFASICO. MONTE CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA.
MONTE CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA.
VERIFIQUE FUNCIONAMIENTO DE CADA CIRCUITO ELECTRONICO DE POTENCIA
TRANSFORMADOR TRIFASICO. DIODOS RECTIFICADORES.
MULTIMETRO DIGITAL, PROTOBOARD, OSCILOSCOPIO.
CONDUCTORES VARIOS CALIBRE 18 Y 22 AWG Y ENCHUFE.
PINZAS, ALICATE DE CORTE. RESISTENCIAS Y CINTA AISLANTE.
PZA CANT DENOMINACIÓN–NORMA/ DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES
MONTAJE DE CIRCUITOS RECTIFICADORES
TRIFASICOS NO CONTROLADOS HT REF: HT-01 Tiempo:4 Horas HOJA: 1 / 1 CONTROLISTA DE MAQUINAS Y
OPERACIÓN
PROBAR ESTADO DE DIODOS RECTIFICADORES DE POTENCIA
DESCRIPCIÓN
Para montar un circuito rectificador se debe tener los componentes del circuito en buen estado y con los terminales identificados.
Identificar los terminales de los DIODOS RECTIFICADORES DE POTENCIA y verificar si está en buen estado, mediante medición con multímetro y haciendo funcionar en un circuito electrónico simple.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Identifique terminales del DIODO RECTIFICADOR DE POTENCIA en el manual de componentes electrónicos, en la sección Industrial Rectifiers
2º PASO: Tome el multímetro digital y seleccione el selector en la escala del símbolo del DIODO ..
+
-DIODO
MULTIMETRO
3º PASO: Halle entre los dos terminales una resistencia baja; el terminal conectado a la punta de prueba positiva es el ánodo y el negativo corresponde al cátodo.
4º PASO: Arme el circuito mostrado y alimente con la fuente de prueba 100 Vdc-3A.
OBSERVACIONES
Los voltajes que se usan son 220 V. 60 Hz. Peligrosos para la integridad de las personas si se toma contacto con el cuerpo, se debe trabajar sin tensión y luego de verificado por el instructor, alimentar el circuito y medir, luego desconectar inmediatamente.
DIODO
A
PROBAR
FUENTE DE PRUEBA
100 VDC - 3A
5º PASO: Mida con el multimetro en la escala de voltaje DC 20 VDC, Con la
º PASO: Mida con el multimetro en la escala de voltaje DC 200 VDC, Con
º PASO: Arme el circuito mostrado y alimente con la fuente de prueba 100
º PASO: Repita el paso 6 entre los puntos A y B, y los puntos B y C, los
los indicados el diodo esta en buen estado.
punta de prueba positiva en A y con la punta de prueba negativa en B, La lectura del Multimetro debe ser aproximadamente 1 V. 6
la punta de prueba positiva en B y con la punta de prueba negativa en C, La lectura del Multimetro debe ser aproximadamente 50 V. 7 Vdc-3A.
DIODO
A
PROBAR
FUENTE DE PRUEBA
100 VDC - 3A
8resultados deben ser 90 v. y 0 v. respectivamente y registrar los datos, para hacer un cuadro. Si los resultados son aproximados a
OPERACIÓN
PROBAR TRANSFORMADOR TRIFASICO
DESCRIPCIÓN
El transformador es la parte del circuito rectificador que permite elevar o reducir la tensión que debe alimentar al rectificador para obtener la corriente continua. El transformador Trifásico se puede considerar como tres transformadores monofásicos.
Para verificar el estado del transformador, se debe probar la continuidad y el aislamiento de cada uno de los bobinados.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Identifique los bornes de los bobinados, tres pares para los primarios y tres pares para los secundarios.
2º PASO: Medir la continuidad de cada bobinado con el multímetro en la escala de ohmimetro, midiendo una baja resistencia:
A.- Conecte la punta de prueba del multimetro uno en el terminal 1U1 y el otro en el terminal 1U2;
B.- El multímetro debe mostrar una baja resistencia. C.- Registrar en el cuadro el valor leído.
BOBINA TERMINALES MEDICION 1U 1U1 - 1U2 1V 1V1 - 1V2 1W 1W1 - 1W2 2U 2U1 - 2U2 2V 2V1 - 2V2 2W 2W2 - 2W2
3º PASO: Verifique que no haya continuidad entre dos bobinas cualquiera, mida con el multimetro en la escala ohmimetrica y obtendrá muy alta resistencia:
A.- Conecte la punta de prueba en el terminal 1U1 y el otro en 1V1.
B.- El multimetro debe mostrar muy alta resistencia.
C.- Repita los pasos A y B, usando el terminal 1U1 con 1W1, luego con 2U1, 2V1 y 2W1
D.- Repita los pasos A y B, usando el terminal 1V1 con 1W1, luego con 2U1, 2V1 y 2W1
E.- Repita A y B para 1W1 con 2U1, 2V1 y 2W1. F.- Repita A y B para 2V1 con 2V1 y 2W1
G.- Repita A y B para 2V1 con 2W1
4º PASO: Anote los terminales que en el paso anterior no cumplieron con tener muy alta resistencia.
5º PASO: Si el cuadro de continuidad cumple con presentar baja resistencia y si hay muy alta resistencia entre los terminales de dos bobinas distintas, para todos los terminales de las bobinas, el transformador esta en buen estado.
OPERACIÓN
MONTAR CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO NO CONTROLADO
DESCRIPCIÓN
Los circuitos Rectificadores Trifásicos No Controlados utilizan como elemento rectificador al diodo y utilizan la corriente alterna trifásica.
Los rectificadores trifásicos pueden ser de media onda y onda completa tipo puente.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Arme el circuito RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA, mostrado.
L1
L2
L3
EL
EL
Isrms
Idiodo
EF
EF
PIV
IDC
EDC
2º PASO: Verifique las conexiones y alimente con 220 V. - 60Hz trifásico.
3º PASO: Conecte el osciloscopio y observe en un canal, la tensión de fase del secundario EF y en el otro canal, la tensión en la carga EDC.
4º PASO: Dibuje la forma de onda y mida el voltaje máximo y mínimo de la señal.
5º PASO: Mida con voltímetro DC la tensión en la carga EDC, calcule el valor teórico, y compare el valor calculado con el valor medido.
6º PASO: Arme el circuito RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA, mostrado. L1 L2 L3 EL EL EDC D1 D3 D5 D4 D6 D2 IDC EF
7º PASO: Repita los pasos 2,3, 4 y 5.
OBSERVACION
Los voltajes que se usan son 220 V. 60 Hz. Peligrosos para la integridad de las personas si se toma contacto con el cuerpo, se debe trabajar sin tensión y luego de verificado por el instructor, alimentar el circuito y medir, luego desconectar inmediatamente.
Se deben aplicar las precauciones para el uso de las corrientes alternas.
OPERACIÓN
VERIFICAR FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO ELECTRONICO DE POTENCIA
DESCRIPCIÓN
Los componentes electrónicos, como todo componente por el que circula corriente eléctrica, disipa color y los componentes electrónicos de potencia, por consumir mayor potencia, están sometidas a una mayor disipación de color. Se debe verificar que la temperatura no sea alta, mantenga entre 30°C y 40°C, y cuando utiliza disipadores, estos deben estar adecuadamente conectados y en contacto directo con el componente.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Verifique que los componentes no estén demasiado calientes; si están calientes apague el circuito y verifique conexiones y cálculos.
2º PASO: Compruebe que los niveles de tensión en los terminales de los componentes electrónicos de potencia, sean aproximados a los valores calculados.
3º PASO: Utilice un osciloscopio para observar las formas de onda en los puntos adecuados para cada circuito.
4º PASO: Registre las mediciones realizadas y dibuje las formas de onda observadas.
CIRCUITOS RECTIFICADORES
GENERALIDADES
En el campo de la electrotecnia se utilizan dos tipos de corrientes, la corriente alterna con la que funcionan la mayoría de los equipos de fuerza y la corriente continua que se utiliza para las etapas de control y equipos electrónicos, y para equipos de fuerza en menor cantidad.
El circuito que convierte la corriente alterna monofásica o trifásica en corriente continua es el circuito rectificador. Por lo tanto: RECTIFICAR ES CONVERTIR UNA CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA.
Un circuito rectificador se compone básicamente de un transformador y del circuito rectificador propiamente dicho. El transformador no siempre es necesario, en algunos casos se rectifica directamente la tensión alterna sin necesidad de reducir o elevar la tensión alterna.
Los símbolos de las tensiones y corrientes, que se usan en este manual son: Uv : Tensión alterna antes de rectificar.
Iv : Corriente de línea antes de rectificar. Ud: Tensión continua o rectificada.
Id : Corriente continua o rectificada.
TIPOS
Los Circuitos Rectificadores pueden ser de diferentes tipos de acuerdo a la clasificación que se utiliza, presentamos tres clasificaciones que son: según la corriente alterna que se utiliza, según la conducción en el transformador y según el inicio de la conducción en el componente rectificador.
POR EL TIPO DE CORRIENTE ALTERNA
Los circuitos rectificadores se pueden agrupar en dos:
RECTIFICADORES MONOFÁSICOS.- cuando la corriente continua se obtiene de rectificar la corriente alterna monofásica
RECTIFICADORES TRIFÁSICOS.- cuando la corriente continua se obtiene a partir de la corriente alterna trifásica.
En el cuadro se muestra los circuitos rectificadores que pertenecen a cada uno de lo grupos y sus códigos según la Norma DIN 41761.
Circuitos Rectificadores MONOFASICOS Rectificador Monofásico de Media Onda M 1 Rectificador Monofásico de Onda Completa M 2 Toma central Rectificador Monofásico de Onda Completa B 2 Tipo puente TRIFASICO Rectificador Trifásico de Media Onda M 3 Rectificador Trifásico de Onda Completa B 6 Tipo Puente
POR EL TIPO DE CONDUCCIÓN EN EL TRANSFORMADOR
Esta clasificación de los circuitos rectificadores, corresponde a la norma DIN 41761, y agrupa los circuitos en dos:
RECTIFICADORES UNIDIRECCIONALES.-cuando en los bobinados del transformador conduce en un solo sentido y no invierte cuando se presenta semiciclo negativo, solo bloquea; pertenecen a este grupo los rectificadores M1, M2, y M3
RECTIFICADORES BIDIRECCIONALES.- cuando en los bobinados del transformador conducen en los dos sentidos e invierte cuando se presenta semiciclo negativo, a los que pertenecen los rectificadores B2 y B6.
POR EL INICIO DE LA CONDUCCIÓN EN EL COMPONENTE RECTIFICADOR
Se clasifican según la conducción sea natural o controlada, también se divide en dos grupos:
RECTIFICADORES NO CONTROLADOS.- cuyo comportamiento de rectificación depende la conducción natural de los diodos.
RECTIFICADORES CONTROLADOS.- cuyo comportamiento de rectificación depende del control de inicio de conducción de los tiristores.
RECTIFICADORES NO CONTROLADOS
Los circuitos rectificadores No Controlados, utilizan para rectificar, los diodos rectificadores y su conducción se inicia cuando el diodo se polariza directamente, y deja de conducir cuando el diodo se polariza inversamente, a esta conducción se conoce como conducción natural del diodo.
La conducción natural del diodo depende directamente de la tensión que ingresa al rectificado y no existe forma externa de controlar la conducción de los diodos, por ello, a estos rectificadores se les llaman RECTIFICADORES NO CONTROLADOS.
TIPOS
Los principales circuitos rectificadores trifásicos no controlados son:
RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA.- es un rectificador que solo conduce parte del semiciclo positivo de cada fase o línea.
RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA.- es un rectificador que conduce parte del semiciclo positivo y parte del semiciclo negativo de cada fase o línea.
CARACTERISTICAS
Siempre que los rectificadores monofásicos, no sean suficiente para aplicaciones de alto consumo de potencia, sea por la tensión o por la corriente o por ambos, se utiliza rectificadores trifásicos y las potencias de los componentes que intervienen, son altas para práctica normal de la electrónica, utilizándose por lo tanto componentes de la electrónica de potencia.
Se observa, en la Tabla de valores característicos de los rectificadores, que el rectificador monofásico tipo puente posee unos valores característicos mejores que los restantes rectificadores monofásicos. Este circuito se utiliza frecuentemente para la obtención de potencias de continua pequeñas y medias, pues proporciona una tensión continua ideal de valor elevado. Además las tensiones inversas a las que quedan sometidos los diodos en este rectificador son relativamente reducidas.
Para obtener grandes potencias de corriente continua se utiliza el rectificador trifásico tipo puente, pues presenta valores característicos favorables, análogos al rectificador monofásico tipo puente, como se puede observar en tabla.
En la tabla se muestra los valores característicos de los circuitos rectificadores, según la norma DIN 41761, estos valores característicos facilitan el cálculo de las tensiones y corrientes de los cinco principales circuitos rectificadores, tres monofásicos M1, M2 y M3 y dos trifásicos B2 y B6, de tal forma que conociendo una tensión o corriente se
puede calcular los otros valores de tensión y corriente, utilizando el valor característico como relación entre ellos.
VALORES CARACTERISTICOS DE LOS CIRCUITOS RECTIFICADORES
Denominación Símbolo ( DIN 41761) Udi Uvo I v I d U im U di SL I Udi I d I p I d Rectificador monofásico de media onda M 1 0,45 1,57 3,14 3,49 1 Rectificador monofásico de Onda completa M 2 0,45 0,785 3,14 1,23 0,5 Rectificador Trifásico de media onda M 3 0,675 1,7 2,09 1,23 0,333 Rectificador monofásico tipo puente B 2 0,9 1 1,57 1,23 0,5 Rectificador
trifásico tipo puente
B 6 1,35 0,82 1,05 1,06 0,333
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Cada circuito rectificador tiene su propia forma de funcionamiento, y un elemento fundamental del rectificador, aun cuando existen rectificadores sin este elemento, es el transformador de entrada, que permite lo siguiente:
a.- Aislar eléctricamente la salida de corriente continua de la entrada de la red alterna.
b.- Acomodar el valor de la tensión de salida, al valor exigido, gracias a una adecuada relación de transformación, elevando o reduciendo la tensión de entrada.
Los rectificadores que no necesitan transformador por no requerir elevar o reducir la tensión de entrada, para cumplir el punto a, utilizan transformador de relación de espiras 1 a 1.
A continuación se detalla la estructura y el funcionamiento de los rectificadores más importantes.
RECTIFICADOR TRIFÁSICO NO CONTROLADO DE MEDIA ONDA
El rectificador trifásico de media onda - M3, funciona en redes trifásicas, cada una de las tres ramas rectificadoras contribuye con un tercio a la corriente; el montaje puede ser polianódico, los tres ánodos unidos, o policatódico, los tres cátodos unidos, la única diferencia entre ambas configuraciones es la tensión de salida, dan una polaridad contraria entre ellas.
Como existe un solo camino, los diodos de cada fase están conectados al mismo punto, y como la carga esta conectada al neutro de transformador, va a conducir el diodo conectado a la fase que instantáneamente, posee el mayor potencial o nivel de tensión.
CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA
ELEF L1 L2 L3 D1 D2 D3 EF Idiodo PIV EDC Isrms EL
La conducción del diodo D1, que esta conectado a la fase V1 ocurre en ωt = π /6, el momento exacto cuando V1 se hace mas positiva que V2 y V3, en ese momento, (π /6), se produce el bloqueo del diodo D3 y se inicia la conducción del diodo D1.
2 V V1 V1 V3 2 D3 0 D1 D2 D3
ϖτ
Durante la conducción del diodo D1, los diodos D2 y D3 están polarizados inversamente, pues sus respectivas fases tienen una tensión menor que la fase V1. Cuando ω t = 5 π /6, la tensión V2 iguala a la tensión V1, el diodo D1 pasa al estado de bloqueo, mientras que D2 pasa al estado de conducción, el diodo D2 conduce desde ω t = 5 π /6 hasta ω t = 9 π /6 = 3 π /2
Cuando ω t = 9π /6, la tensión V3 iguala a la tensión V2; y el diodo D2 ingresa al estado de bloqueo y el diodo D3 inicia la conducción, el diodo D3 conduce desde ω t = 9π /6 hasta ω t = 13 π /6. Y luego se repite el ciclo de conducción.
La tensión en la carga es solo positiva y de un nivel relativamente cercano a la tensión pico, como se muestra en el grafico.
2 V V1 0 V1 V3 2
ϖτ
La tensión EDC, es la tensión continua en la carga y se puede calcular con la formula: EDC = π 2 6 3V
La corriente por cada diodo es tercera parte de la corriente total IDC, así para el D1
I D1 = 3
IDC
La corriente en el secundario del transformador se calcula con la formula: Is RMS = 0.59 x I DC
El Voltaje Pico Inverso o VIP, es un parámetro importante en el diseño de los rectificadores, si esta mal calculado el diodo se deteriora y quema,
FORMA DE ONDA DEL VOLTAJE INVERSO EN EL DIODO
ϖτ
RECTIFICADOR TRIFÁSICO NO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA
El rectificador trifásico de onda completa tipo puente – B6, funciona en redes trifásicas, genera componentes ondulatorios de seis pulsos en la tensión de salida por cada ciclo de conducción, y además como los diferentes pulsos de tensión están traslapados se obtiene una tensión rectificada cuyo valor oscila muy poco, el secundario del transformador puede estar conectado en triangulo o en estrella.
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON EL SECUNDARIO EN TRIANGULO
El rectificador trifásico no controlado de onda completa tipo puente con el secundario del transformador en triangulo, tiene los terminales del secundario del transformador conectados en triángulo.
El primario se conectará de acuerdo a la configuración de la red eléctrica que provee el concesionario eléctrico, en nuestro país se utiliza mayoritariamente la red eléctrica trifásica de tres hilos, sin neutro.
CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA EN TRIANGULO
EDC EL Esrms Idiodo EL D1 D4D6D2 IDC D3D5 EF L1 L2 L3 EF
Los diodos están numerados en orden de secuencia de conducción, cada uno de ellos conduce durante 120°, La secuencia de conmutación de los diodos es en forma natural, controlados por la tensión de alimentación.
3
2
3
3
3
4
3
5
3
6
3
En cada instante conducen dos diodos, uno por que su ánodo es el que tiene el mayor nivel de tensión en ese instante y el otro por que su cátodo es el que tiene el menor nivel tensión o tensión más negativa en ese instante.
En el gráfico se debe tener en cuenta que V32 significa que V3 es positivo y V2 es negativo, V12 significa que V1 es positivo y V2 es negativo, etc. Tal forma que de 0 a
π /3 (V32) conduce D5 y D6, de π /3 a 2π /3 (V12) conduce D1 y D6, de 2π /3 a 3π /3 ó π (V13) conduce D1 y D2, de 3π /3 a 4π /3 (V23) conduce D3 y D2, de 4π /3 a 5π /3
(V21) conduce D3 y D4, de 5π /3 a 6π /3 ó 2π (V31) conduce D5 y D4, luego se repite el ciclo.
La tensión en la carga es solo positiva y de un nivel cercano a la tensión pico, más cerca que el proporcionado por el rectificador de media onda, como se mostró en el grafico.
La tensión EDC, es la tensión continua en la carga y se puede calcular con la formula:
EDC =
π
2 3V
La corriente por cada par de diodos es la tercera parte de la corriente total IDC, así para el D1
I D1 = 3
IDC
La corriente en el secundario del transformador se calcula con la formula: Is RMS = 0.817 x I DC
El Voltaje Pico Inverso o VIP, es un parámetro importante en el diseño de los rectificadores, si esta mal calculado el diodo se deteriora y quema,
PIV = V 2
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON EL SECUNDARIO EN ESTRELLA
El rectificador trifásico no controlado de onda completa tipo puente con el secundario del transformador en estrella, tiene una tensión de salida DC, mayor que el rectificador con el secundario del transformador en triángulo.
CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO NO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA EN ESTRELLA
EL D1 D3 D5 D4 D6D2 IDC EDC EL EF L1 L2 L3
Al igual que el rectificador con el secundario en triángulo, en el grafico del rectificador en estrella mostrado, los diodos están numerados en orden de secuencia de conducción, cada uno de ellos conduce durante 120°, La secuencia de conmutación de los diodos es en forma natural, controlados por la tensión de alimentación.
6
7
6
5
6
9
6
13
6
11
6
3
6
En cada instante conducen dos diodos, uno por que su ánodo es el que tiene el mayor nivel de tensión en ese instante y el otro por que su cátodo es el que tiene el menor nivel tensión o tensión más negativa en ese instante.
En el gráfico se debe tener en cuenta que V12 significa que V1 es positivo y V2 es negativo, etc. Tal forma que de 0 a π /6 (V32) conduce D5 y D6, de π /6 a 3π /6 (V12) conduce D1 y D6, de 3π /6 a 5π /6 (V13) conduce D1 y D2, de 5π /6 a 7π /6 (V23) conduce D3 y D2, de 7π /6 a 9π /6 (V21) conduce D3 y D4, de 9π /6 a 11π /6 (V31) conduce D5 y D4, de 11π /6 a 12π /6 ó 2 π (V32) conduce D5 y D6, luego se repite.
La tensión en la carga es solo positiva y de un nivel cercano a la tensión pico, más cerca que el proporcionado por el rectificador de media onda, debiendo tener en cuenta que el nivel de la tensión pico es mayor en el rectificador con secundario en estrella. La tensión EDC, es la tensión continua en la carga y se puede calcular con la formula:
EDC =
π
6 3V
Si la tensión alterna Vac = V
Tensión Pico del rectificador con secundario del transformador en triangulo Vp = V 2 Tensión Pico del rectificador con secundario del transformador en estrella Vp = V 6
CARACTERISTICAS DE LOS DIODOS RECTIFICADORES
Para garantizar la seguridad de servicio de los circuitos rectificadores al diseñar se debe tener en cuenta dos condiciones muy importantes:
1.- VPI o Voltaje Pico Inverso, es la máxima tensión inversa periódica, que recibirá el diodo cuando se polariza inversamente, están indicadas en las hojas de características para cada diodo rectificador, debe ser mayor que la máxima tensión inversa ideal prevista.
2.- Id o Corriente Directa, es su máxima intensidad de corriente directa en la rama Id que circulará por el diodo.
En la práctica se eligen los diodos rectificadores de modo que su funcionamiento correcto este asegurado para sobretensiones de la red del 10% como mínimo.
APLICACIONES
En la Industria Productiva como las refinerías de metales, alimentación de motores de corriente continua, galvanoplastia, etc. las magnitudes de corriente continua necesarias son altos, donde se requieren corrientes entre 50 a 10,000 Amperios con tensiones entre 5 a 400 voltios, para satisfacer estas necesidades es necesario utilizar rectificadores trifásicos, porque el nivel de la señal pulsante es de un nivel casi constante y muy cerca del nivel de tensión pico.
En la industria de las Telecomunicaciones, como las centrales telefónicas públicas y centrales de telefonía celular, televisión cable, etc. se requieren tensiones de 24 a 100 voltios DC y corrientes de 10 a 1,000 amperios, se tienen que utilizar rectificadores trifásicos, en la Telefonía Privada para las centrales y equipos de mayor consumo también se utilizan rectificadores trifásicos y los pequeños usan rectificadores monofásicos.
En la industria de la Radiodifusión Comercial, como transmisores de radio y transmisores de televisión, que requieren tensiones de 500 a 10,000 voltios, con corrientes de 5 a 100 amperios, se tienen que utilizar rectificadores trifásicos.
GENERACION DE ONDAS TRIFASICAS
Una red de alimentación con sólo dos conductores resulta insuficiente para la mayoría de las aplicaciones industriales, por el consumo de energía que precisa un gran numero de instalaciones y aparatos; por ello, para la obtención y distribución de la energía eléctrica se debe utilizar el sistema de corrientes alternas trifásicas, llamado también simplemente sistema trifásico, y se dispone de dos tensiones diferentes, 220 V y 380 V. y en los motores que funcionan con corrientes trifásicas, estas crean un campo magnético giratorio, que provoca el movimiento de rotación.
Un generador trifásico simplificado esta formado por un campo magnético giratorio que atraviesa tres devanados, desplazados 120° uno de otro. Por tanto en los tres bobinados se inducirá tensiones del mismo valor, si los tres bobinados tienen igual número de espiras; como el campo magnético del rotor atraviesa las bobinas con su valor máximo a intervalos de 120°, por la construcción física, desplazado 120º los bobinados, como indicamos antes, se obtiene tres tensiones que presentan una diferencia de fase de 120° entre cada dos de ellas.
El giro del rotor es el trabajo que se convierte en energía eléctrica, por el proceso antes descrito, y de esta forma se que genera las ondas trifásicas sinusoidales.
Podríamos suponer que para llevar las tensiones inducidas en los tres devanados al consumidor serian necesarios seis conductores. Sin embargo si unimos los conductores U2, V2, W2, podemos ahorrar dos conductores y las tensiones están concatenadas.
MODELO SIMPLIFICADO DE UN GENERADOR TRIFASICO
N U1 U2 V1 V2 W2 W S
120º
120º
120º
Este circuito se denomina conexión en estrella debido a la forma de su esquema de conexión el punto central de la estrella será el punto neutro, al que puede conectarse el conductor neutro o simplemente el neutro. Los demás terminales, o sea, los demás
terminales de la estrella se conectaran a otros tantos conductores activos, también llamados fases. En algunos casos la línea de neutro no se lleva en las líneas de transmisión, por que cuando la carga es simétrica no circulará corriente por el neutro.
SISTEMA TRIFASICO
Un Sistema Trifásico esta compuesto de tres tensiones alternas sinusoidales desfasadas entre si 120° unas de otras y concatenadas.
Si se siguiera la red de alimentación en dirección al generador pasaríamos por el transformador trifásico hasta llegar al generador de la central eléctrica, que tiene el mismo principio de funcionamiento indicado anteriormente.
Una conexión de corriente trifásica se compone de tres fases y un neutro conectado al punto central o neutro de la instalación generadora y simultáneamente a tierra, entre todos estos conductores disponemos de seis tensiones, que en nuestro caso se tendrá valores 220 V y 380 V. Los subíndices de los símbolos de las tensiones indican los puntos de conexión; por ejemplo U23 indica tensión entre conductor de línea L2 y L3.
La norma DIN 40108 contiene información sobre los diferentes conductores y puntos de un sistema trifásico. La tabla se muestra un extracto de dicha norma. El orden o numeración de las líneas indica la sucesión de las fases.
CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS TRIFASICOS
Parte Terminales o Conductores Activos (fases) Punto neutro, conductor neutro Tierra de referencia Conductor de protección Puesto a tierra Neutro Puesto a tierra Preferente: L1 L2 L3 También están permitidos, cuando no pueda haber confusiones 1 2 3 PEN Red También están permitidos: R S T Circuitos de consumo en general: U V W N E PE
Los equipos que trabajan con sistemas trifásicos, pueden utilizar dos tipos de conexiones, conexión en triangulo o conexión en estrella, tal como se utilizo en los
rectificadores, la diferencia entre ambas conexiones esta en que la carga conectada en triangulo consume el triple de potencia que la conectada en estrella.
Los transformadores trifásicos tienen las mismas funciones que los monofásicos, o sea elevar o bajar una tensión, trabajan con tres fases y podemos considerar a un transformador trifásico como la asociación de tres transformadores monofásicos.
Los transformadores trifásicos poseen 3 columnas, donde cada columna sirve de núcleo para una fase, como si cada columna fuese un transformador monofásico, luego, en cada columna habrá dos bobinas, una primaria y una secundaria, por lo tanto, un transformador trifásico tiene como mínimo 6 bobinas: 3 primarias y tres secundarias, las cuales se pueden conectar en estrella o en triángulo.
DESFASAJE DE ONDAS
En el sistema trifásico, queda de manifiesto que entre las tres tensiones existe una diferencia de fase de 120°. El desplazamiento de 120° en el espacio, debido a la disposición de la bobinas en el generador, se ha transformado en un desfase de 120° en el tiempo.
Se puede trazar la curva de las tres tensiones distintas que se obtienen en las salidas de los bobinados en una sola grafica común, en la se observa que entre las tres tensiones existe una diferencia de fase de 120°.
DESFASAJE DE LAS TENSIONES DE UN SISTEMA TRIFASICO
U U V W U U U 90° 0° 180° 120° 120° 270° 360°
La figura puede verse las tensiones de un sistema trifásico con sus correspondientes sentidos y valores. También puede trazarse un diagrama vectorial de las tensiones.
TENSIONES EN UN GENERADOR TRIFASICO
U
U
U
U
U
U
V
V
N
N
W
W
U
U
U
N
U
U
U
U
U
U
220
220
220
380
380
380
VN VN UN UN VW VW UV UV WU WN WN WN V = = = = = V V V VV
W
EJERCICIOS SOBRE SISTEMAS TRIFASICOS
1. Trazar la grafica de las tensiones de una red trifásica en función del tiempo. Dibujar
el esquema del generador conectado en estrella. Indicar las tensiones tal como prescriben las normas y caracterizar los terminales.
2. dibujar el diagrama vectorial de las tensiones para un generador conectado en
triangulo.
En el siguiente grafico se muestra las tensiones en un generador conectado en triangulo y su correspondiente diagrama vectorial.
DIAGRAMA VECTORIAL Y TENSIONES EN UN GENERADOR EN TRIANGULO
U U V W U U N U U U U U U U UV UV = = = VW VW VW UV WU WU WU V W
3. Dibujar el diagrama vectorial de las tensiones para un generador conectado en
estrella.
SIMBOLOGIA
Los símbolos de las tensiones se caracterizan en general con dos subíndices, cuyo orden representa el sentido de referencia de la tensión correspondiente, puede suprimirse uno de los subíndices cuando las tensiones están orientadas mediante vectores de referencia o cuando no pueda haber lugar a confusiones; en la tabla siguiente se indican ejemplos del uso de los símbolos.
CARACTERISTICAS DE LAS TENSIONES EN UN SISTEMA TRIFASICO
Tipo de tensión Sistema de corrientes
Símbolos de las tensiones Sistema Trifásico 1 31 , , 23 , 12 U U U
Tensión entre fase y fase o tensión de línea Generadores, Motores y transformadores trifásicos UUV,UVW,UWU Sistema trifásico en estrella 2 , , 2 , 1N,U N UWN U
Tensiones entre fase y neutro o tensión de fase Generadores, motores y transformadores Trifásicos. UUN,UVN,UWN
Tensiones entre fase y tierra Sistema trifásico 3 3 , 2 , 1EU EU E U
Los símbolos de las corrientes también se escribirán con uno o dos subíndices que coincidan con los símbolos de las fases, cuando se emplean dos subíndices estos indicarán el sentido de referencia de la corriente, en las extensiones pueden utilizarse también IR, IS, IT o también IRS, IST e ITR.
DIAGRAMAS DE BLOQUES
El diagrama de bloques mostrado representa la generación de las ondas trifásica que tiene un rotor que es movido mecánicamente y produce un campo magnético giratorio el cual induce una diferencia de potencial o tensión en los bobinados, ubicados
físicamente con un desplazamiento de 120º, generando ondas sinusoidales desfasadas en 120ª en el tiempo.
DIAGRAMAS DE BLOQUES DE LA GENERACION DE ONDAS TRIFASICAS
TERMINALES CON ONDAS TRIFASICAS DESFASADAS 120° BOBINADOS DESPLAZADOS FISICAMENTE 120° ROTOR QUE GENERA CAMPO MAGNETICO GENERADOR DE MOVIMIENTO MECANICO
ESQUEMAS DE FORMAS DE ONDA
PRECAUCIONES EN EL USO DE LA CORRIENTE ELECTRICA TRIFASICA
Las precauciones que se debe tener en el uso de la corriente eléctrica trifásica son las precauciones generales del uso de la corriente eléctrica, No se debe tener contacto físico directo, por que circula corriente por el cuerpo y es fatal para la integridad física de las personas, produciendo quemaduras y la muerte en la mayoría de los casos. Para evitar accidentes, se debe revisar bien las conexiones y los contactos de los circuitos, aislando adecuadamente los empalmes y las borneras expuestas, y en general todo punto de energía eléctrica que pueda ser tocado por el aprendiz o participante.
No olvidar que en los circuitos de electrónica de potencia, partes del circuito de las experiencias pueden tener tensiones de 220 voltios AC, por lo que se recomienda, separar las etapas de mando de las etapas de fuerza, con la finalidad de trabajar con el máximo cuidado en la etapa de fuerza y procurando desconectar después de las mediciones y pruebas.
Se debe utilizar sistemas de puesta a tierra para evitar que los cables sueltos que tuvieran energía, puedan ser tocados accidentalmente con la carcasa de un equipo y quedar energizado y al ser tocado pueda cerrar circuito a tierra a través de una persona.
Debemos evitar que los circuitos de prueba y experimentos estén energizados, consumiendo energía eléctrica, cuando no se esta realizando mediciones o comprobaciones de su funcionamiento, tratando de usar racionalmente los recursos eléctricos y al mismo tiempo evitar poner en peligro a nuestros compañeros e incluso a nosotros mismos.
CIRCUITO DE DISPARO DE SCR
Ω
Nº ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS/MATERIALES 1
2 3 4 5
IDENTIFIQUE TERMINALES Y PRUEBE TIRISTORES ( SCR Y TRIAC).
IDENTIFIQUE TERMINALES Y PRUEBE UJT. ARME CIRCUITO DE DISPARO PARA SCR. ARME CIRCUITO DE DISPARO PARA TRIAC. VERIFIQUE EL FUNCIONAMIENTO DE CADA CIRCUITO ELECTRONICO DE POTENCIA
FUENTE DE ALIMENTACIÓN DC. COMPONENTES SCR, TRIAC, UJT. MULTIMETRO DIGITAL, PROTOBOARD CONDUCTORES VARIOS CALIBRE 18 Y 22 AWG Y ENCHUFE.
PINZAS, ALICATE DE CORTE. RESISTENCIAS Y CINTA AISLANTE.
PZA CANT DENOMINACIÓN–NORMA/ DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES
MONTAJE DE CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR
Y TRIAC HT REF: HT-02
Tiempo:4 Horas HOJA: 1 / 1 CONTROLISTA DE MAQUINAS Y
OPERACIÓN
PROBAR ESTADO DE TIRISTORES
DESCRIPCIÓN
El SCR es un componente de potencia que conduce en un solo sentido, tiene una tensión de encendido y si no supera dicha tensión no conduce, después de superado aunque la tensión disminuya, continua conduciendo.
El voltaje de encendido se puede disminuir poniendo un voltaje entre Gate y Cátodo de tal manera que a un menor voltaje conduzca, cuando mayor es la tensión Gate-Catodo, el componente conducirá a una menor tensión.
El TRIAC es un componente de potencia que conduce en los dos sentidos, tiene una tensión de encendido y si no supera dicha tensión no conduce, después de superado aunque la tensión disminuya, continúa conduciendo.
El voltaje de encendido se puede disminuir poniendo un voltaje entre Gate y el terminal A1 de tal manera que a un menor voltaje conduzca, cuando mayor es la tensión Gate-A1, el componente conducirá a una menor tensión.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Arme el circuito de prueba de SCR, mostrado.
2º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito.
3º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la lámpara se encienda y se mantiene encendida.
4º PASO: Presione el pulsador S2 y verifique que la lámpara se apaga.
5º PASO: Invierta los terminales del SCR y realice la prueba con el mismo circuito.
Ω
6º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito.
7º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la lámpara no se enciende, aunque permanezca pulsado S1.
8º PASO: Confirme el cumplimiento de los pasos anteriores para concluir que el SCR esta en buen estado.
OBSERVACION
Dependiendo de la tensión de encendido del SCR, se debe aumentar la tensión de la fuente de 9 V. a una tensión mayor.
9º PASO: Arme el circuito de prueba de TRIAC, mostrado.
Ω
10º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito.
11º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la lámpara se encienda y se mantiene encendida.
12º PASO: Presione el pulsador S2 y verifique que la lámpara se apaga.
13º PASO: Invierta los terminales del TRIAC en el circuito anterior y realice la misma prueba.
14º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la lámpara se encienda y se mantiene encendida.
15º PASO: Presione el pulsador S2 y verifique que la lámpara se apaga.
16º PASO: Confirme el cumplimiento de los pasos anteriores para concluir que el TRIAC esta en buen estado.
OBSERVACION
Dependiendo de la tensión de encendido del TRIAC, se debe aumentar la tensión de la fuente de 9 V. a una tensión mayor.
OPERACIÓN
PROBAR ESTADO DEL UJT
DESCRIPCIÓN
El UJT es un componente electrónico que disminuye su resistencia entre sus bases, cuando el voltaje de su emisor supera un nivel de tensión determinado. Esta característica se utiliza para realizar circuitos osciladores de relajación y con ello probaremos el estado del UJT.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Arme el circuito de prueba de UJT, mostrado.
Ω
Ω Ω
Ω
2º PASO: Verifique conexiones y alimente el circuito con tensión de 12 V.
3º PASO: Observe con un osciloscopio las señales de oscilación en los terminales del condensador, en la Base 1 y en la Base 2.
4º PASO: Grafique las formas de Onda, mida y registre los voltajes pico y el periodo de la onda.
OPERACIÓN
ARMAR CIRCUITO DE DISPARO PARA SCR
DESCRIPCIÓN
El SCR permite rectificar una señal alterna con un inicio de conducción distinto a la conducción natural del diodo, pudiéndose controlar el ángulo de inicio e la conducción.
Dependiendo del ángulo de inicio de la conducción, varía el nivel de la tensión de salida.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Arme el circuito mostrado
2º PASO: Verifique conexiones y alimente el circuito con tensión de 220 Voltios AC., y luego cierre el switch.
3º PASO: Observe con un osciloscopio las señales de oscilación en los terminales del condensador y en el gate del SCR.
4º PASO: Grafique las formas de Onda, determine y registre los voltajes pico y el periodo de la onda.
5º PASO: Varíe el potenciómetro del circuito y verifique que varía la iluminación del foco, desde un nivel de apagado hasta un nivel de iluminación máxima.
OPERACIÓN
ARMAR CIRCUITO DE DISPARO PARA TRIAC
DESCRIPCIÓN
El TRIAC conduce en ambos sentidos y permite controlar el nivel de tensión eficaz, utilizando para ello el tiempo de conducción del triac.
Si el disparo se realiza al inicio del semi ciclo, mayor será el nivel de tensión, por que mayor será el tiempo de conducción y si el disparo es a medio ciclo o más, el nivel de tensión será menor porque el tiempo de conducción será menor.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Arme el circuito mostrado
2º PASO: Verifique conexiones y alimente el circuito con tensión de 220 Voltios AC., y luego cierre el switch.
3º PASO: Observe con un osciloscopio las señales de oscilación en los terminales del condensador y en el gate del TRIAC.
4º PASO: Grafique las formas de Onda, determine y registre los voltajes pico y el periodo de la onda.
5º PASO: Varíe el potenciómetro del circuito y verifique que varia la iluminación del foco, desde un nivel de apagado hasta un nivel de iluminación máxima.
CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR Y TRIAC
GENERALIDADES
Los tiristores son componentes de la electrónica de potencia, que tiene una conducción natural como los diodos, para lo cual se debe superar la tensión de encendido o conducción, pero esta tensión de encendido puede variarse disminuyendo en su valor, si se alimenta con una tensión adecuada a su terminal llamado gate.
Generalmente al gate se alimenta con un pulso de disparo, de corta duración, en el instante que se desea que se inicie la conducción; los pulsos de disparo, tienen que poseer ciertas características para que cumplan su función, la amplitud debe ser del orden en las decenas de mA y la duración mayor que 10 ms, ambas magnitudes son bastantes pequeñas con relación a la corriente l a controlar y al periodo de la red de 60Hz.
Los pulsos de disparo tiene que estar sincronizados con la tensión de suministro y debe poder desplazarse entre 0 y π, este desplazamiento debe ser controlado por medio de una tensión, variando un potenciómetro.
TIRISTORES
El termino tiristor viene del griego y significa puerta, y se comporta como una puerta que se abre y permite el paso a través de ella y debemos considerarlo como un tipo de interruptor.
El Tiristor es un dispositivo semiconductor que utiliza realimentación interna para producir un tipo de conmutación, y la principal aplicación de estos dispositivos es el control de grandes corrientes de carga para motores, calentadores, sistemas de iluminación, etc.
TIPOS
Los tiristores son diodos de cuatro capas, algunos de ellos con una compuerta de control y podemos considerar cuatro tipos de tiristores.
TIRISTOR DIODO O DIODO DE CUATRO CAPAS.- similar al diodo rectificador común, solo que tiene cuatro capas y su tensión de encendido o inicio de conducción no es 0.7voltios, si no una tensión mayor que es característica del componente.
DIAC.- es un componente de cuatro capas, con un comportamiento similar al diodo de cuatro capas, pero bidireccional, y se puede reemplazar por dos diodos de cuatro capas en antiparalelo, o espalda-espalda.
SCR.- el SCR o Rectificador Controlado de Silicio, es un componente de similar al diodo de cuatro capas con una determinada tensión de encendido o inicio de conducción y con un terminal de control llamado gate o puerta.
TRIAC.- es un componente de cuatro capas, con un comportamiento similar al SCR, pero bidireccional, y se puede reemplazar por dos SCR en antiparalelo, o espalda-espalda.
En general a los cuatro se les conoce como tiristores, pero algunos autores diferencian el término, utilizando término Tiristor solo para identificar al SCR y otros autores para identificar al SCR y al Triac.
RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO - SCR
Un SCR es un dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura PNPN con tres uniones PN, tiene tres terminales: ánodo, cátodo y compuerta o gate. Los SCR se fabrican por difusión y crecimiento epitaxial.
Cuando la tensión del ánodo se hace positiva con respecto al cátodo, las uniones J1 y J3 tiene polarización directa. La unión J2 tiene polarización inversa, y solo fluirá una pequeña corriente de fuga del ánodo al cátodo, el SCR esta en condición de bloqueo directo o en estado desactivado.
P N P N A G K G A J1 J2 J3 K
Si la tensión del ánodo-cátodo se incrementa a un valor lo suficientemente grande, la unión J2 polarizada inversamente entra en ruptura y el SCR entra en conducción, a esto se conoce como ruptura por avalancha y la tensión correspondiente se llama tensión de ruptura directa, también conocida como tensión de encendido.
Al aplicar un pulso positivo al gate, con respecto al cátodo, se incrementan los pares electrón-hueco y dado que las uniones J1 y J3 ya tiene polarización directa, habrá un movimiento libre de portadores a través de las tres uniones, que provocara una gran corriente directa del ánodo al cátodo, quedando el dispositivo en conducción.
La caída de tensión se deberá a la caída ohmica de las cuatro capas y será pequeña, de 1 voltio; en el estado de conducción, la corriente del ánodo solo esta limitada por la
resistencia externa, la corriente del ánodo debe ser mayor que un valor conocido como corriente de enganche IL, a fin de mantener la conducción, la corriente de enganche IL, es la corriente del ánodo mínima requerida para mantener el SCR en estado de conducción inmediatamente después que ha sido activado y se ha retirado el pulso de la compuerta o gate.
Una vez que el SCR, esta conduciendo se comporta como un diodo en conducción y ya no hay control sobre el dispositivo; si se reduce la corriente directa del ánodo por debajo de un nivel conocido como corriente de mantenimiento IH, el SCR dejara de conducir y pasará al estado de bloqueo. La corriente de mantenimiento (IH) es del orden de los miliamperios y es menor que la corriente de enganche (IL).
Cuando la tensión del ánodo es negativa con respecto al cátodo, la unión J2 tiene polarización directa, pero las uniones J1 y J3 tienen polarización inversa. El SCR estará en estado de bloqueo inverso con una corriente de fuga inversa.
CURVA CARACTERISTICA DEL SCR
Zona de bloqueo en sentido directo Zona de bloqueo en sentido inverso I c I I I D D E U U U TRIAC
El TRIAC o TRIODE ALTERNATING CURRENT, es un componente de la electrónica de potencia similar al SCR pero de conducción bidireccional, que apareció basado en el éxito del SCR, que indujo a los investigadores a desarrollar un SCR más apto, para conducción controlada en circuitos de corriente alterna, esto es una conducción bidireccional, su disparo es similar al del SCR, pero difiere de este en que puede conducir en ambas direcciones en respuestas a un pulso positivo o negativo.
Los términos ánodo y cátodo no son aplicables al TRIAC y los terminales son designados por números, el terminal A1 es el punto de referencia para las mediciones de voltaje y de corriente, y con respecto a este terminal se miden el terminal de compuerta y el terminal A2.
En el siguiente grafico se muestra el símbolo y la estructura de un Triac y su comportamiento interno es similar al SCR, pero conduciendo en ambos sentidos.
CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC
Zona de paso 2 Zona de paso 1 I c I c I I 12 12 12 12 E0 E0 U U U U
-CIRCUITOS DE DISPAROLos circuitos de disparo pueden servir tanto para disparar al SCR o al Triac, aun cuando en algunos casos se debe hacer algunas pequeñas modificaciones.
El disparo real de un tiristor esta influenciado por la temperatura de la juntura, que si es elevada facilita el disparo debido al enriquecimiento de portadores en las uniones por los pares generados térmicamente.
DISPARO POR TENSION EXCESIVA
Cuando la tensión ánodo-cátodo se acerca al valor de ruptura en sentido directo, una reacción en cadena a nivel de portadores pasa al SCR a estado de conducción, la tensión ánodo-cátodo cae al valor de 1 a 2 voltios, al desaparecer la zona de carga especial de la unión de control y el circuito exterior permitirá el aumento de corriente por el SCR, considerándose que el componente ha entrado en conducción, cuando la corriente ha superado el valor de la intensidad de enclavamiento (IL)
Esta forma de disparo es raramente empleada para pasar intencionalmente a conducción, sin embargo se da en forma fortuita provocada por sobretensiones anormales en los equipos.
DISPARO POR PULSO EN LA COMPUERTA
El procedimiento norma para disparar un SCR consiste en la aplicación en la compuerta, de un impulso positivo de corriente, mediante la conexión de un generador de pulsos entre los terminales de puerta y cátodo; siempre que el SCR este polarizado directamente y mantiene un tensión positiva ánodo –cátodo.
El pulso produce una corriente local cerca de la compuerta al catado y si la intensidad de corriente es suficiente, se iniciará la conducción y se mantendrá independiente del impulso de compuerta y se extenderá el área de conducción a toda la pastilla, en forma automática en décimas de microsegundo, asumiendo que el circuito exterior permite la conducción con una corriente mayor a la corriente de mantenimiento.
CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR
En un SCR, con carga resistiva, se define el ángulo de disparo ( ) como el ángulo o tiempo durante el cual el SCR no conduce, medido a partir del paso de la onda sinusoidal por cero, y con voltaje ánodo-cátodo mayor que cero.
∝
t b
ELEl ángulo de conducción ( ø ), es el ángulo o tiempo durante el cual el SCR se encuentra conduciendo.
El tiempo de bloqueo natural (tb) es el tiempo durante el cual el SCR no conduce y se ha bloqueado en forma natural porque su voltaje ánodo-cátodo es menor que cero o negativo y por lo tanto la corriente de ánodo es menor que la corriente de mantenimiento (Ih).
Para disparar al SCR es necesario aplicar una tensión VGT entre compuerta y cátodo que debe ser mayor que 0.6 a 0.8 V. que es el voltaje de la juntura PN existente entre compuerta y cátodo para SCR con corriente de ánodo desde 0.8 Amp. hasta 35 Amp. Los fabricantes especifican un valor de VGTmax que no debe ser superado por el circuito de disparo bajo riesgo de deteriorar al SCR.
De igual modo se especifica una corriente de compuerta IG Tmin que varía desde 0.2 mA hasta 40 mA para SCR con corriente de ánodo desde 0.8 Amp. hasta 35 Amp.
DISPARO POR DIVISOR DE TENSION
Es el circuito de disparo de un SCR más simple, se emplea cuando la alimentación es continua, y donde es suficiente un pulso positivo aplicado a la compuerta o gate por R2 al cerrar el interruptor S1.
VGT
150
1800
24 V
RL
R2
R1
El siguiente circuito, se utiliza el SCR ECG5496, cuyas características son: 10 A/ 600 Voltios, VG Tmax = 2Voltios y IG Tmin = 15 mA
Para calcular el valor de R1 y R2, debemos recordar que el SCR requiere para dispararse que: 0.8 V VGT ≤ ≤ 2 V VGT = 2 2 1 R xR R Vcc + 2 1 1 − = VGT Vcc R R
a) VGT = 0.8 V y Vcc = 24 V 1 29 8 . 0 24 2 1 = − = R R R1 = 29 R2 b) VGT = 2 V. y Vcc = 24 V 1 11 2 24 2 1 = − = R R R1 = 11 R2 11 R2 ≤ R1 ≤ 29 R2
Por lo tanto se debe escoger una resistencia R1 que sea entre 11 y 29 veces R2.
DISPARO POR CONTROL DE FASE
En el disparo por control de fase, la tensión de alimentación de ánodo se aplica a la compuerta mediante una resistencia limitadora de corriente y un potenciómetro para tomar parte de la corriente y disparar el SCR.
V
V
V
R1 AK a c AK P1 RLEl ángulo de disparo está determinado por la posición del potenciómetro P1 quien controla la magnitud de la corriente (IG).
Si el valor de P1 es pequeño, la corriente de compuerta será suficiente para disparar al SCR, el ángulo de disparo será pequeño y habrá un gran voltaje en la resistencia de carga RL.
Si el valor P1 es grande, la corriente de compuerta será pequeña y podría no ser suficiente para disparar al SCR, permaneciendo bloqueado el SCR.
DISPARO POR CONSTANTE RC SIMPLE
En el disparo por constante RC simple, la tensión de alimentación de ánodo se aplica a la compuerta mediante una resistencia limitadora de corriente y un potenciómetro para cargar un condensador y el voltaje de carga al condensador dispara al SCR.
El ángulo de disparo está determinado por la constante de tiempo RC: T = ( R1 + P1 ) x C
EL SCR entrará en conducción cuando en la compuerta alcance el valor mínimo de IGT o VGT que para el caso del SCR ECG5496 es:
IGTmin = 15 mA 0.8 ≤ VGT 2V ≤
V
R1 C a c =220V LAMPARA 220V 0.1uF 10W 50K 30K P1 RLEn el instante t = 0, el voltaje ánodo-cátodo es positivo, y también el voltaje en el condensador; el condensador se va cargando, el tiempo de carga esta determinado por la posición del potenciómetro P1.
Cuando el voltaje del condensador alcanza un valor igual al voltaje de compuerta que origina la corriente IGT mínima que necesita el SCR para entrar en conducción, el voltaje ánodo-cátodo cae hasta el valor de aproximadamente 1ó 2 voltios; circula entonces una gran corriente de ánodo limitada únicamente por la carga RL.
Con la formula que se muestra se puede calcular el ángulo de disparo t = R.C.Ln ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −Uc V V
t es el valor del Ángulo ∝ en función de la frecuencia angular de la onda de corriente alterna de 60 Hz, y para el SCR será 8.3 milisegundos el valor máximo de t, que corresponde a un ángulo igual a 180 grados. ∝
Si variamos el valor de R en dicha ecuación, el ángulo ∝ variará en razón directa, obteniendo valores de 1, ∝ ∝ 2 y ∝ 3 cómo indica el gráfico.
La consideración que se debe tener para este circuito es que la constante RC = (R1 + P1) x C
Para el caso de una alimentación de 60 Hz debe estar en el rango de T es : 1 ms ≤ RC 30 ms , Lo cual garantizará un disparo seguro. ≤
ANGULO DE DISPARO DEL CIRCUITO RC SIMPLE
0 0 1
π
2
π
π
T1 T2 T3V
V
a cEL
I
GT GT 0 2π
EL
0 3π
EL
Con este circuito el ángulo de disparo se extiende a más de 90 grado.
DISPARO POR DOBLE RED RC
El principio de funcionamiento es similar al circuito RC Simple, el voltaje de carga del condensador C1 es utilizado para cargar al condensador C2.
La consideración para obtener un disparo seguro en el rango de 60 Hz, es que el valor de constante de tiempo T deberá estar dada por:
T1 aproximado a T2 y para a garantizar un un buen disparo el rango de t: 1 m seg ≤ T ≤ 30 mseg.
V
R1
R2
C2
C1
a c =220V
220V
0.22uF
0.22uF
100K
10K
33K
P1
RL
DIAC UTILIZADO PARA CIRCUITOS DE DISPARO
El Diac es un elemento bidireccional, donde la polaridad de su tensión de alimentación es indiferente, el diac se mantiene bloqueado y por lo tanto no circula corriente a través de el, hasta que no se supere el voltaje de ruptura VBO.
Cuando este voltaje VBO es alcanzado, se incrementa la corriente, por el Diac y la caída de tensión entre sus extremos cae aproximadamente 10 voltios.
Tomando como ejemplo el DIAC ECG6408, el fabricante nos proporciona las siguientes características:
VBO (+) = 32 4 V. VBO ( - ) = 32 ± ± 4 V. IBOmax (+) = 1mA. IBOmax ( - ) = 1 mA.
CIRCUITO DE DISPARO DE SCR CON DIAC
En el circuito de disparo de SCR, cuando el voltaje en el condensador alcanza el voltaje VBO del DIAC, este entrara en franca conducción, aplicando un pulso de corriente a la compuerta del SCR y lo activará.
El circuito mostrado presenta un circuito de disparo de SCR con Diac
V
R1 ECG6408 C a c 220V 0.1uF ECG5496 30K 50K P1 RLAl variar el potenciómetro P1 y variar la constante de tiempo (R1 + P1) C, se tendrá diferentes ángulos de disparo tales como ∝ 1, ∝ 2 y ∝ 3.
La condición de disparo, para una alimentación de 60 Hz. es que la constante de tiempo T deberá estar dentro de los siguientes límites:
1 ms ≤ ( R1 + P1 ). C ≤ 30 ms.
UJT PARA CIRCUITO DE DISPARO
El UJT O TRANSISTOR DE UNIUNION, esta constituido por una barra de silicio (material N) a cuyos extremos se definen las bases B! y B2, en el terminal de emisor existe un material P, conformando una juntura PN, se presenta su símbolo y su estructura interna. B2 B1 E B2
N
P B1 ECIRCUITO DE DISPARO CON UJT
El transistor UJT es un dispositivo que permanece bloqueado entre base 1 y base 2 hasta que el voltaje de emisor Ve supere la tensión del voltaje de punto de pico Vp, cuando ello ocurre el UJT se enciende.
En el circuito de disparo de un SCR usando el UJT, se observa que durante el semiciclo positivo, la tensión de alimentación alterna Vac es limitada al valor de la tensión zener para el transistor UJT, y el condensador C inicia su carga a través de la resistencia R, dicha tensión sube exponencialmente hasta que alcanza el valor de la tensión de emisor VE, que es cuando inicia su conducción el transistor UJT.
Al conducir el transistor UJT, el condensador se descarga a través del emisor base 1 y el primario del transformador de pulsos; dicha descarga es fuerte y violenta originando un pulso en el primario de dicho transformador, el cual por acoplamiento magnético genera un pulso en el secundario y con ello el pulso para la compuerta del SCR, activándolo y empezando a conducir por el resto del semiciclo positivo, es decir hasta π .
El UJT continua produciendo pulsos; pero, solo el primero tiene trascendencia para lograr el disparo de SCR, de π hasta 2 π , el diodo zener está polarizado inversamente, y su voltaje ánodo-cátodo es igual a 0.7 voltios, cortando el funcionamiento del UJT.
La frecuencia de los pulsos de salida esta dada por la siguiente ecuación: T = R.C Ln ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − n 1 1 donde f = 1 / T
CIRCUITO DE DISPARO CON UJT PARA SCR
+ E B1
EL
RL
SCR
E
220V
220V
V ac
ECO5496B2
R2
R
470
100K
15K
Rz
Dz
Vz
0.1
VE
C
Para el transistor UJT ECG6401, según el fabricante n min = 0.56 y n max = 0.75. Para la elección adecuada de los valores de R y C es necesario considerar que:
0 ≤ T ≤ 8.3 ms, para una tensión de alimentación cuya frecuencia de 60 Hz.
CIRCUITO DE DISPARO DE TRIAC CON DIAC
Un circuito típico del uso de Triac con disparo de DIAC es el DIMMER o control de intensidad de luz, que se muestra a continuación.
CIRCUITO DE DISPARO CON DIAC PARA TRIAC
V
R1=4K7
D1
T1
ECG6408
C1
C2
a c
220V
0.1uF
ECG549630K
500K
P1
RL
EL
FORMAS DE ONDA DEL CIRCUITO CON DIAC PARA TRIAC
EL
Vac
0
El circuito de disparo al trabajar con el diac que es un componente de conducción bidireccional, puede trabajar con la corriente alterna para realizar los disparos en ambos semiciclos y propiciar la conducción del Triac, que también conduce en los dos sentidos y por lo tanto en ambos semiciclos.
La resistencia RL es reemplazada por una lámpara incandescente y el TRIAC permite el control de ambos semiciclos de la tensión alterna que se complementa con el DIAC por ser ambos bidireccional.
DISPARO CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL
El amplificador operacional reemplazó a los componentes semiconductores discretos para el disparo de los tiristores, su facilidad de diseño, reducido tamaño y bajo costo contribuyeron a la gran difusión de este circuito integrado en el campo de la electrónica industrial.
El presente circuito de mando requiere los siguientes elementos:
TRANSFORMADOR DE SINCRONISMO.- Conformado por un transformador reductor, típicamente de 220 voltios a 6.3 voltios o 7.5 voltios, su finalidad es lograr el sincronismo entre la fase del circuito de disparo y el circuito de fuerza.
220V
π 2 π 0 π 2 π 0CONVERTIDOR DE ONDA SENOIDAL A ONDA CUADRADA.- Se logra mediante un amplificador operacional en la configuración de amplificador inversor en lazo abierto, cuya ganancia es muy elevada y nos permite obtener la onda cuadrada sin perder la frecuencia de 60 hertz. π π 0 0
Vcc
Vcc
π 2 2π-V1
741
V0
-+
+
INTEGRADOR.- Con este circuito se logra convertir la onda cuadrada de 60 hertz a una onda triangular de igual frecuencia de acuerdo a la ecuación.
Vo = Vi t dt C R t o ( ). . 1 1
