TRABAJOS PRACTICOS
Trabajos Prácticos:
ELECTRÓNICA IV
(Segundo cuatrimestre)
ELECTRÓNICA II
1) Encendido de Tiristores
2) Apagado de Tiristores
3) Rectificación Trifásica Controlada
4) Control de Temperatura
5) Control de Velocidad de Motor de Corriente Continua
Nivel de conocimiento exigido
En Electrónica IV: Funcionamiento de los Circuitos de Potencia y
Circuitos de Control
En Electrónica II: Funcionamiento de los Circuitos de Potencia y
Diagramas en bloques de los Circuitos de Control
Consideraciones para la realización de informes de Trabajos Prácticos:
Presentación
( hojas A4, ver carátula impresa)
Introducción
(comentario sobre el tema del trabajo práctico)
Objetivo
( idea de comportamiento del circuito implementado)
Circuitos
( dibujar los circuitos utilizados)
Ensayos
( pasos de todos los procedimientos realizados)
Mediciones y formas de onda
ELECTRONICA DE POTENCIA
ASIGNATURA:
TRABAJO PRACTICO
FECHA DE EJECUCION NOTA
FECHA DE INFORME GRUPO DOCENTE LEGAJO ALUMNO 1 2 3 4
ENCENDIDO DE TIRISTORES
OBJETIVO:Análisis de funcionamiento de circuitos de disparo de tiristores y triacs. Comparación entre los distintos métodos considerando ángulos mínimo y máximo de encendido, estabilidad frente al ruido eléctrico, aislación del control, características de compuerta, etc.
INSTRUMENTOS :
Osciloscopio 2 canales
ELEMENTOS DEL CIRCUITO
• Tiristor
• Triacs
• Cargas: Lámpara de 15w en paralelo con resistencia de 33 Kohm( o exterior)
• Detector de vivo de línea ( con polarización correcta se enciende el neón)
• Selector de circuitos con llave rotariva (por lo que no es necesario efectuar ninguna conexión exterior) :
1. Disparo por corriente continua 2. Disparo por línea
3. Disparo por UJT
4. Disparo por transformador de pulso 5. Disparo por acoplamienteos ópticos
• Potenciometros de ajuste:
P1 varía constante de tiempo de UJT
P2 ajusta constante de tiempo de red RC del triac P3 ajusta corriente de disparo por línea
P4 desfasa respecto de tensión de lína el pulso de Opto y Trafo P5 determina ancho de pulso
• Llaves selectoras: S1 encendido de dispositivo a ensayar (tiristor o triac)
S2 conmuta la carga lámpara y R15 con tiristor, R15 con tiristor o lampara con triac.
S3 conmuta resistencia de sensado de corriente en el tiristor
S4 selecciona la compuerta del tiristor 1, 2 o bien ninguna
S5 selecciona fototriac o fototransistor
DESARROLLO
1) Disparo por corriente continua ( fig.1)
Observar formas de onda de tensión en el tiristor y corriente en la carga. Medir los ángulos de disparo mínimo y máximo al variar P6.
2) Disparo por línea ( fig.2)
Verificar la inestabilidad en el ángulo de encendido. Determinar el máximo ángulo de disparo.
3) Disparo por transistor unijuntura ( fig.3)
4) Disparo por transformador de pulsos ( fig.4)
Medir con el ORC el ángulo de disparo y ancho de pulso máximo y mínimo que produce el defasador y monoestable respectivamente. Aplicarlo sobre la compuerta del tiristor y ver corriente en la carga para varios ángulos de encendido.
5) Disparo por acoplamientos ópticos (fig. 5 y 6)
Fototriac, S5 en 1. Observar con S4 en “0” la forma del pulso. Luego aplicarlos al tiristor. Fototransistor, S5 en 2 . Idem
6) Disparo de triac por doble red RC ( fig. 7 )
Observar formas de onda y ángulos de disparo máximo y mínimo.
SCR ZL D4 SCR R34 P6 R33 ZL figura 1 figura 2 T1 R5 P1 R4 C1 R6 DZ1 SCR ZL SCR R32 ZL Generador de Pulsos figura 3 figura 4
SCR ZL D4 R11 R13 Generador de Pulsos figura 5 SCR ZL D4 R11 R13 Generador de Pulsos 1 2 6 5 4 R12 DZ2 figura 6 TRIAC ZL Th4 C3 R8 R1 figura 7
S1 F D1 R2 LED S2 L2 R7 P2 R8 C2 C3 Th4 Th3 R9 Th1 Th2 D2 D3 S4 S3 R10 G K D4 R11 P3 G2 T1 R5 P1 R4 C1 R6 DZ1 K3 G3 IC 3 B 6 5 4 IC 4 B D9 R12 R13 R14 DZ2 G5 K5 S5 R3 Tr1 D7 D5 D8 D6 C4 R16 DZ3 C5 T2 D10 R19 C6 R17 R18 TRI G 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DI S 7 VCC 8 GND 1 IC 1 C7 C8 R20 P4 TRI G 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DI S 7 VCC 8 GND 1 IC 2 C10 C11 R24 P5 R21 R R22 D11 C9 IC 3 A IC 4 A R26 R27 R25 T3 R30 D12 C12 R29 R28 Tr2 R31 D13 R32 Vin 1 GND 2 Vo 3 IC 5 C14 R33 P6 R34 G1 K1 C13 L1 R1 Vcc Vcc Vcc
Electrónica IV Facultad de Ciencias Exactas e Ingeniería - UNR
220 Vca
APAGADO DE TIRISTORES
OBJETIVOObservación de ondas de tensión y corriente en circuitos a tiristores alimentados con corriente continua, para dos tipos de circuito auxiliar de apagado. Determinación del tiempo de apagado toff . INSTRUMENTOS : Osciloscopio 2 canales Fuente de tensión 12 V 5 A Resistencia variable 100 Ω DESCRIPCIÓN
El circuito ha ensayar posee dos tiristores con los que se implementarán dos tipos de apagado, ambos con alimentación de corriente continua.
En el primer caso, trabajara como un biestable de dos tiristores, cada uno con carga resistiva de 50 ohm y acoplamiento capacitivo entre ambos para inducir el apagado. Los pulsos de disparo provienen de un oscilador astable de transistores en la misma plaqueta de ensayo, en el que se puede variar los semiperiodos en forma individual. La corriente en el tiristor principal es sensada con una resistencia de bajo valor. Se utiliza una resistencia ajustable en paralelo con resistencia de carga para disminuir la constante de tiempo, y así llegar al valor de tiempo mínimo, en que se aplica contratensión, pudiéndose estimar en forma aproximada, toff.
El segundo circuito utiliza al tiristor auxiliar de apagado con una configuración de red oscilante LC. Esta disposición, sin elementos disipativos, mejora el rendimiento, pero involucra un tiempo adicional que es el periodo de oscilación.
DESARROLLO
Circuito nº 1
a) Visualizar formas de onda de tensión y corriente en Th1 y de tensión en C.
b) Medir tiempo de apagado toff en un tiristor, colocando una resistencia de 100 Ω en paralelo con la carga.
c) Indicar en las ondas obtenidas de qué parámetro del circuito depende cada porción de la misma. Th1 R1 Th2 R2 Rsh Generador astable 4 1 2 6 7 9 8 3 12 volt 100 ohm C
Circuito nº 2
a) Visualizar formas de onda de tensión en Th1, Th2, R1, C, D y corriente en Th1 b) Dibujar y explicar la forma de onda de tensión en D.
c) Analizar cuales son los parámetros que limitan la máxima frecuencia de funcionamiento normal. Th1 R1 Th2 Rsh Generador astable
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12 volt C D L 325 μΗ 1.5 ufRECTIFICACIÓN POLIFÁSICA CONTROLADA
OBJETIVO:
Verificación de formas de onda de tensión y corriente en un rectificador trifásico a tiristores en configuración media onda y puente. Con carga resistiva e inductiva.
INSTRUMENTOS :
Osciloscopio 2 canales (con inversión de uno), puntas atenuadas x10 Multímetros de verdadero valor eficaz y valor medio
Carga resistiva (50 ohm) e inductiva.
DESCRIPCIÓN DEL CIRCUITO
El circuito posibilita implementar rectificación trifásica de media onda y onda completa, con
diodos o tiristores, figura 2. El control, para caso de disparo de tiristores, esta sincronizado con la tensión de línea trifásica, generando encendido con ángulos mínimos (potencia nula) y
máximos (Pcc máx.=1.37 Eef2/R en media onda, Pcc máx.= 5.47 Eef2/R en onda completa). La
carga puede ser resistiva pura o resistiva-inductiva donde se comprueba la devolución, en este caso, de energía a red. Para seguridad en los ensayos, la alimentación del rectificador se toma de un banco de transformadores reductores.
El control esta basado en tres circuitos integrados (TCA 785) cuyo diagrama en bloque se observa en la figura 1. Este circuito toma una señal de sincronismo atenuada por el terminal 5,
para cada integrado. Habrá 120º de defasaje respecto a los otros, puesto que se toma del sistema
trifásico. Internamente, y dependiendo de un capacitor y resistor externo, se genera una rampa que inicia en los cruce cero de cada fase, la cual es comparada con una referencia fijada por el
potenciómetro P1, figura 4, generando así un pulso en las salidas 14 o 15 según el semiciclo.
Estos pulsos pueden extenderse en su duración con el agregado de un capacitor en la entrada 12.
Las señales compuestas de salida, de los tres integrados, son tomadas por compuertas or
implementadas con los diodos D9-20, figura 3, de manera de que los tiristores puedan ser
disparados y redisparados (caso de ángulo mayor 90º ). En rectificación puente, deben conducir simultáneamente dos tiristores, de ahí la necesidad de confirmar el encendido. Con las
compuertas nand C14-16-18 se implementan osciladores y llaves de paso que permiten activar
con un tren de pulsos el primario de transformadores aisladores. El secundario de estos, acoplados a cada compuerta de tiristor del puente, genera la tensión adecuada para el disparo.
Diodos emisores de luz en el emisor de los transistores Tr1-6 indican cual rectificador va a
encender.
Inicialmente el circuito biestable C12 , mantiene la salida 1 en “0” polarizando Tr7 y cargando
C5 al valor de tensión de V+, esto lleva la referencia al valor máximo hacia los integrados
TCA785, de manera que no se producen disparos. Al cambiar el estado del C12, pulsando B1,
Tr7 se corta dejando que el capacitor C5 evolucione hasta el valor de tensión fijado por P1. De esta manera se activan los disparos hasta el ángulo deseado en forma gradual.
Registro de sincronismo Logica + -+ -Transistor de descarga Comparador Sensor de descarga Detector de cruce cero I 14 4 15 2 3 7 6 13 12 C12 Extensión de pulso (pin 14-15) 5 16 GND C10 V control 11 10 8 Vreferencia
R9 Inhibición Extension pulso
(pin 2-4) V+ Vsincronismo 9 Figura 1 DESARROLLO
1) Circuito rectificador trifásico de media onda
Con carga resistiva, graficar tensión, corriente en la carga y ondas de tensión en ánodo cátodo del tiristor 1, para tres ángulos de disparo distintos. Elegir un valor de ángulo de encendido y medir ICC, Ief, Vcc. Calcular analíticamente Icc e Ief para dicho ángulo.
2) Circuito rectificador trifásico de media onda
Con carga RL (resistiva –inductiva), idem
3) Circuito rectificador trifásico onda completa
Con carga resistiva , idem
4) Circuito rectificador trifásico onda completa
Con carla RL( resistiva-inductiva), idem
D1 D2 Th1 Th2 C4 R7 R8 C5 R10 R9 D3 D4 Th3 Th4 C6 R11 R12 C7 R14 R13 D5 D6 Th5 Th6 C8 R15 R16 C9 R18 R17 2 3 4 5 7 8 9 10 12 13 14 15 R1 R2 R3 R4 R5 R6 L1 L2 L3 L4 L5 L6 Ca Ra Cb Rb Cc Rc F1 F2 F3 F4 + Neut ro -1 22 6 22 11 22 .
5 11 6 16 13 15 14 9 10 1 12 CI 3 C7 C8 R11 C6 V+ D8 D7 R10 D9 D10 D12 D11 R12 R14 1 PM7 PM6 PM8 PM9 8 9 10 CI 4C 12 13 11 CI 4D R13 5 6 4 CI 4B 1 2 3 CI 4A C11 L3 Tr1 R15 V+ R17 R16 D25 L4 Tr2 V+ R18 Tr2 D26 D31 D32 R19 R21 R20 R22 C12 C17 5 4 3 2 PM10 PM11 PM12 PM13 PM14 PM15 PM16 PM18 PM19 PM17 PM20 T C A780 5 11 6 16 13 15 14 9 10 1 12 CI 5 C14 C15 R42 C13 V+ D22 D21 R23 D13 D14 D15 D16 R25 R37 6 PM7 PM6 PM23 PM24 8 9 10 CI 6C 12 13 11 CI 6D R25 5 6 4 CI 6B 1 2 3 CI 6A C16 L5 Tr3 R27 V+ R29 R28 D27 L6 Tr4 V+ R30 Tr2 D28 D31 D32 R19 R21 R20 R22 C18 C19 10 9 8 7 PM10 PM26 PM27 PM29 PM30 PM31 PM32 PM34 PM35 PM33 PM36 T C A780 5 11 6 16 13 15 14 9 10 1 12 CI 7 C21 C22 R36 C20 V+ D24 D23 R35 D17 D18 D19 D20 R38 R39 11 PM7 PM6 PM39 PM40 8 9 10 CI 8C 12 13 11 CI 8D R40 5 6 4 CI 8B 1 2 3 CI 8A C23 L7 Tr5 R41 V+ R43 R42 D29 L8 Tr6 V+ R44 Tr2 D30 D31 D32 R19 R21 R20 R22 C24 C25 15 14 13 12 PM10 PM41 PM42 PM43 PM44 PM45 PM46 PM48 PM49 PM47 PM50 T C A780 LL2 C9 Tr9 V+ PM51 E D PM5 . .
LL1 R1 C1 D1 D3 D2 D4 20-21 18-19 PM 1 C2 PM 2 Vin 1 GND 2 Vo 3 CI1 C3 PM 3 R2 L1 B1 D37 R4 C3 D 5 Q 1 CLK 3 Q 2 R 4 S 6 CI2A C4 R3 Vcc Vcc Tr8 R5 L2 R6 Vcc Tr7 R7 D5 Vcc C5 R8 R9 D5 P1 P2 P3 Vcc A Vcc PM 4 D 22 E C . .
CONTROL DE TEMPERATURA
OBJETIVO
Comprobación del funcionamiento de un horno de baja aislación térmica, controlado por el circuito integrado LM324, con detección de cruce cero de tensión. El modo de control puede ser del tipo proporcional o si-no.
INSTRUMENTOS:
Osciloscopio Cronómetro o reloj
DESARROLLO
1) Comenzar el ensayo a partir de la temperatura ambiente, midiendo con intervalos de tiempo entre 5 y 20 segundos la temperatura, hasta que se estabilice en el horno, con la llave de modo de control abierta o sea si-no. La temperatura final se debe ajustar con el potenciómetro de manera que no sobrepase los 80º centígrados.
2) Producir un escalón negativo de pérdida de calor, abriendo la tapa del horno por 15 segundos luego cerrarla, seguir midiendo temperatura vs tiempo, hasta una nueva estabilización.
3) Apagar el horno, dejar enfriar el horno hasta temperatura ambiente y repetir el ensayo en modo proporcional, cerrando la llave.
4) Graficar temperatura medida en ambos modos en función del tiempo.
5) Observar y graficar el pulso que produce la ventana de habilitación en cruce cero de la onda de alterna.
6) Medir el período de la onda diente de sierra.
D 2 5 V 1 A1 +
-R2 2K 2 2 3 1 R3 27 K R 4 1 K R5 1k A2 + -5 6 7 R7 4K 7 R8 4K 7 P1 10K R6 1k T Te rm is to r NT C 1 0 K 4 11 R1 1K D4 1N 40 02 CI 2 78L1 2 Tr a fo 22 0 / 1 5 CI 1 P uent e R ec ti fi c ador A4 + -A3 + -P2 10 K R1 0 27 K R9 10 K 12 13 14 R1 1 2M7 R1 2 10 K R1 3 10 K D 3 1 N 4148 C3 1u f 9 10 8 D4 1N 41 48 D5 D6 3V 3 T1 BC 3 3 7 R1 4 1K R1 5 47 0 D7 Le d CI 4 MO C 3 0 2 1 R1 6 2K 2 R1 7 22 0 RL 220 V O LT Tr ia c BT A 12-400 R1 8 22 0K N eón C1 10 0uF C2 0 . 1 uF P ropor c ion al Si - N o Aj us te d e T em per at ur a F inal CI 3 LM 324 CO NT RO L D E T E M P E RAT UR ADESCIPCION DEL CIRCUITO
Se utilizo el LM 324 circuito integrado con cuatro amplificadores operacionales, y un acoplador óptico MOC 3021 para aislar el control de la red de 220 volt.
Control de cruce cero de tensión: formado por D2, R2, R3, R4, R5 y A1 detecta cuando la
tensión salió del cruce por cero (ajustable el entorno con la resistencias R3 y R4) poniendo a
masa la base del transistor T1, e inhibiendo el disparo. Por lo tanto se genera una ventana de
posible disparo del triac cuando la tensión de línea es prácticamente nula. De no producirse encendido, el circuito detiene dicha acción durante 10 ms, donde se habilita otra vez.
Amplificador diferencial, implementado con A2, compara las tensiones provenientes de un puente de sensado, formado por tres resistencias fijas, una de ajuste P1 ( valor de referencia de temperatura final) y un termistor NTC que esta dentro del horno, que indica con su valor de resistencia cuál es su temperatura.
Generador diente de sierra, conformado por A3 y A4, suministra una tensión tipo rampa, de
período mucho mayor al de la tensión de red y es aplicada al puente sobre la resistencia R8,
convirtiendo al control como proporcional. Es decir la energía entregada a la resistencia calefactora será proporcional a la diferencia entre la temperatura actual del horno y la fijada como final. Abriendo la llave, se interrumpe el diente de sierra, transformando al control en modo si-no
Circuito de disparo, La resistencia R14 y los diodos D4-5 forman una compuerta AND, donde se debe cumplir la condición simultánea de cruce cero y necesidad de calefacción del horno para que se dispare el triac. Cuando se enciende el fototriac del acoplador óptico MOC 3021, circula una corriente desde la red de 220 hacia la compuerta del triac, encendiéndolo. La lámpara de neón en paralelo con la carga indica cuando esta recibiendo energía la resistencia calefactora
PRECAUCIÓN TRABAJO PRÁCTICO SOBRE LINEA DE 220 VOLT
CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR CC
OBJETIVOComprobación de la respuesta y formas de ondas de un motor de corriente continua alimentado con onda senoidal rectificada a través de tiristores, usando un control proporcional.
INSTRUMENTOS :
Osciloscopio 2 canales
Frecuencímetro ( para medición de rpm del motor)
DESCRIPCIÓN
El motor de corriente continua es alimentado a través de un transformador aislador (220/220) y dos tipos de puente rectificador. Uno de cuatro diodos D1-4 y tiristor Th3(llave de control), otro con dos diodos D1-2 y dos tiristores Th1-2 (híbrido). Cambiando de un rectificador a otro con una llave selectora. El campo del motor, en derivación, se excita directamente desde la línea aislada pasando por el rectificador puente a diodos.
Acoplado al motor controlado existe otro motor de CC que esta trabajando como generador G, este cumple la función junto a una lámpara de 200w, como carga.
Intermedio del eje de acoplamiento hay un disco ranurado que con sensores ópticos que actúan como tacómetro, enviando una señal de tensión proporcional al valor de velocidad TAC
El circuito de control se basa en ajustar una referencia de velocidad, con P4, y tomar la
diferencia con la velocidad real del motor, que se envía desde el tacómetro. Esta señal es
amplificada A2 y comparada con una diente de sierra que se genera en el colector de Tr7 por
carga y descarga de C3, en cada semiciclo, habilitando al oscilador astable con el comparador
A4. Luego un transformador de pulsos dipara el tiristor.
Con una variación en la carga, el control producirá un aumento o disminución del ángulo de disparo de los tiristores, compensando con la tensión aplicada de armadura, las variaciones de cupla, de manera de mantener una velocidad constante.
En caso de desconexión del diodo D6 de circulación de corriente reactiva, en paralelo al motor,
sé comprueba la inestabilidad del sistema causado al no apagarse el tiristor de potencia.
DESARROLLO
1. Observar y graficar formas de onda en emisor de Tr1, emisor de UJT,, colector de Tr7, respecto a masa.
2. Ajustar el potenciómetro P1 para que la onda diente de sierra tenga período 10 ms y P2 para lograr tensión nula al final del ciclo.
3. Alimentación con puente de diodos y tiristor:
Graficar onda de tensión y corriente de armadura para baja y alta velocidad, con y sin diodo
de amortiguación . Explicar funcionamiento del circuito de potencia.
4. Alimentación con puente híbrido de diodos y tiristores:
Idem anterior
5. Regulación:
Conectar el frecuencímetro en la salida tipo bnc del generador taquimétrico, ajustar la velocidad a 500 rpm en vacío, luego encender la carga ( lámpara) conectada la generador de cc, medir velocidad. Repetir el ensayo para 1000 y 1500 rpm.
Idem para lazo de realimentación abierto o con circuito de disparo de UJT Graficar curvas de regulación rpm vs carga.
Electrónica IV Facultad de Ciencias Exactas e Ingeniería - UNR D1 D2 Th1 Th2 Th3 D3 D4 G1 G2 G3 D6 VC C R1 R2 R3 Tr1 Z1 LD 1 TACOMETRO D7 D8 R6 R5 R4 G1 G2 G3 G0 R7 Tr2 Tr3 R6 R8 R9 Tr4 R1 3 R1 0 R1 2 Tr5 R1 4 R1 1 C2 C1 Tr6 R2 0 R2 1 Tr9 R3 2 R3 1 Tr8 R2 8 R2 9 P2 R3 0 C3 Tr7 R2 7 R2 5 P1 A4 R2 3 A3 R2 6 R2 4 R2 2 R1 9 A2 R1 8 R1 7 P3 A1 R1 6 R1 5 R3 3 R3 4 P4 TAC G0 TAC VC C F M G .
