CONTROL DE CORRIENTE ALTERNA CON TIRI5.TOR

6.1. INTRODUCCION

El controlo regulación de potencia entregado a una carga a través de un tiristor o S.C.R.se consigue realizando un gobierno del mismo por el ángulo de conducción o, 10 que esigual, retardando el instante de disparo mediante un circuito Re, por medio de unoscilador de relajación (por UJT o por PUT), o por otros medios.

Como tal dispositivo regulador puede utilizarse en

• Control de temperatura.• Encendido de motores.• Control de velocidad de motores.• Y, en general, en todas aquellas aplicaciones que requieran un control de potencia.

6.2. DESCRIPCION BASICA

• Control de media onda con S.C.R.

Según la Figura 6.1, observamos una carga dispuesta en serie entre la alimentación y elS.C.R., más un circuito de control que gobernará el disparo. Una vez producido éste, seorigina una corriente pulsatoria que al mismo tiempo estará regulada por los tiempos deconducción del S.c.R., decididos o gobernados por el circuito de control.

t/"'\

K Figura 6.1. Control de media onda con S.C.R. -,

En el instante de producirse el impulso- de control, se provoca el cebado del S.c.R.,cayendo su tensión vAK prácticamente a OY, Y permitiendo el paso de corriente li. que, alatravesar la carga R¡., determina la tensión vR

L'

• Control de doble onda con S.C.R.

Como ya sabemos, el S.c.R. es un elemento unidireccional, razón por la que el circuitogenérico de la Figura 6.1 no puede ser aplicado para el control de doble onda mediante unS.c.R. En estos casos se recurre a la disposición mostrada en la Figura 620, en la que eltiristor se conecta en la diagonal de continua de un puente rectificador, dando comoresultado un control efectivo sobre la carga en ambos semiciclos de la tensión de alimenta-ción. '

(a) (b)

Figura 6.2. Control de D.O. con S.c.R. (a) Para cargas de c.c. (b) Para cargas de e.a,

~------~----~-----------------.D]

La disposición mostrada en la Figura 6.2a es conveniente en aquellas aplicaciones enlas que la carga debe alimentarse con una tensión de única polaridad, siendo su equivalen-te para cargas de doble polaridad la mostrada en la Figura 6.2b y quedando, en este caso,la carga conectada en serie entre la tensión alterna de alimentación y el puente rectíñ-cador,

Tanto en el control.de 0.0. como en el de M.O., la función del circuito de control es lade producir el impulso de cebado del S.C.R., existiendo múltiples formas de realizar estecometido, siendo la más sencilla Ia de control por variación del ángulo de conducción, quees el objetivo de esta práctica.

Esta variación del ángulo de conducción (o variación del tiempoque tarda en produ-cirse el disparo de cebado) puede lograrse mediante una red desfasadora RC, o bienmediante un oscilador de relajación sincronizado con la frecuencia de la tensión dealimentación. En este último caso, el oscilador utilizado para la producción delimpulso deccbado puede estar basado en cualquiera. de los elementos vist:os an~criorx:ncnt:c~ capaces

de implementar este circuito, limitando el estudio de esta práctica a los realizados contransistores UJT y PUT, debido a su simplicidad y óptimo rendimiento.

6.3. FUNCIONAMIENTO

El principio general del control por ángulo de conducción consiste en retardar sistemática-mente el instante del disparo.

Veamos este control de la e.a, y para ello lo dividiremos en: control de media onda yde doble onda .

• Control de media onda con S.C.R.

En principio, el retardo de control podria conseguirse al alcanzar la puerta un determina-do nivel de tensión. La forma inmediata de realizarlo consiste en obtener el nivel requeridoa partir de la alimentación y por medio de un divisor de tensión, tal como se muestra en elcircuito de la Figura 6.3.

RL iL •.A R¡

t 1;.Vi

JK

RL = 47012, 5 WR¡ = z x 2 ll, 1/2 W -,R2 = 1 kll. 1/2 WR3 = 1 kll. 1/2 WP=lOldlD = IN4007T¡, = BTI06Vi = 24 v, 50 Hz

Figura 63. Control del S.C.R. por ángulo de conducción, mediante divisorde tensión resistivo.

La tensión en el punto B (VB)' determinada por el divisor de tensión formado porR¡ + P y R3' produce el cebado del S.C.R. transcurrido un tiempo determinado. Lavariación del potenciómetro P nos permite un margen de control exclusivamente entre 0°y 90°, ya que cualquier valor de tensión (punto 2 de la Gráfica 6.1) c~mprendido entre 90°y 180° se habrá alcanzado anteriormente (punto 1 de la misma gráfica), por lo que elS.C.R. estaría previamente cebado.. Este inconveniente queda resuelto cambiando RJ por un condensador C. El retardo

sistemático se consigue por la célula RC introduciendo una constante de tiempo; mostran-do la Figura 6.4 el circuito así obtenido.

En este circuito, e se carga a través de la resistencia R¡ y el potenciómetro P,retardando el momento en el que se alcanza la tensión de cebado.

En el semiciclo positivo y sin conducir el s.c.a, el valor de la corriente de carga es

[2J

Gráfica 6.1. Tensión en el punto Bdel circuito de la Figura 63.

con un desfase de

xtp = are tg e

R¡ + P

respecto a VAK o tensión de alimentación.La tensión en extremos de condensador es

RL = 470 n, 5 WRi = 1 kn, li1 WR2.= 1 ko'_1/2 Wre= 470 kQ .el = 100 nF, 100 VD, = IN4OO7

Ti, = BT!06l'¡ = 24 V/50 Hz

y estará retrasada cp + 90° respecto a la de alimentación, por 10 que a partir de su inicio(y dadas las características del S.C.R.) se puede establecer el instante del disparo, con unángulo ex comprendido entre O" < ex < 180°.

La forma de onda de la señal de salida en la carga es, entonces, sólo una fracción delsemiciclo positivo, controlando así el valor medio de la corriente de carga iL y, por tanto,su potencia

Con más detalle podemos observar en la Gráfica 6.2 las formas de onda de alimenta-ción (Vi)' tensión en la carga (l'R)' tensión ánodo-cátodo (VAK)' tensión de control (vG) ycorriente en la carga (iL)' con sus-respectivas relaciones de fase. -,

•. A

!o~----------------~-----------------K

Figura 6.4. Control del M.O. con S.C.R. por RC

v·.

l'.4K

I . , t

Gráfica 6.2. Formas de onda del circuito de la Figura 6.4.

El diodo D impide la descarga del condensador durante el semiciclo negativo. evitandola aplicación de una tensión negativa a la puerta del S.CR.

Al actuar sobre P, variamos el ángulo de disparo a. y con ello la potencia mediaentregada a la carga, siendo el ángulo f3 (ángulo de conducción) el correspondiente a

p = 1800- a.

admitiendo que el descebado del S.CR. se produce alpaso por cero de la tensión deentrada. ..

.,• Control de doble onda con·S.C.R.

Para estudiar los circuitos de control de doble onda con S.C.R.. nos apoyaremos en elesquema de principio del circuito de la Figura 6.20, siendo aplicables al de la Figura 6.2b,sin más que cambiar la carga de sitio.

En el circuito de la ~a 6.5, se muestra un esquema tipico de control de D.O. porRe, en el que la tensión pulsatoria dada por el puente de diodos es la tensión a controlarpor el S.C.R. Esa misma tensión pulsatoria nos va a servir para provocar el disparo ocebado.

tVi

¡e

D, = D2 = D3 = D4 = lN4007R¿ = 4700, 5 WR, = 1 k 2 o, 1/2 WR2 = 1 kQ, 1/2 WP = 470 ille = 100 nF, 100 VT" = BT106v¡ = 24 V, 50 Hz

Figura 65. Control de D.O. por RC

(4]

En este circuito, el condensador se carga a través de Rz Y P hasta que la tensión deemisor del UJT alcanza su nivel de disparo. En ese momento, el UJT bascula y elcondensador e se descarga sobre la resistencia RB" mandando el impulso necesario a lapuerta del S.c.R. para provocar su cebado.

Las variaciones del potenciómetro controlan el basculamiento del UIT que a su vez serefleja en el control del cebado del S.C.R. y, por consiguiente, en la potencia entregada a lacarga. .",;. Pudiera pensarse en principio que con este circuito si en un determinado semiciclo no -.--;-

se llegara a producir el cebado del S.C.R., la tensión almacenada en el condensador fuera .,suficiente como para variar el punto de disparo en el siguiente semiciclo. Esto no es cierto,ya que la frecuencia del oscilador de relajación está sincronizada con la tensión dealimentación del circuito, produciéndose, en el peor de los casos, el basculamiento del UJT "al paso por cero de la tensión de alimentación y descargando con ello al condensador.motivo por el cual al inicio del siguiente semiciclo siempre se partirá de las mísmaf·.~->}condiciones iniciales.

Si atendemos al proceso de control tratado anteriormente, y teniendo en cuenta que lacorriente en la carga es una tensión pulsatoria de doble onda, obtenemos un controlefectivo sobre los dos semiciclos. La Gráfica 6.3 muestra las formas de -onda de lastensiones desarrolladas en este circuito.

V"'~I(rec~~da)

I I I I I 1 1IvRL I I I I I I I I

I I I f I I I I, I I

iL I I II

1II1,I

Gráfica 6.3. Formas de onda del circuito de la Figura 6.5.

Modificando convenientemente el circuito de la Figura 6.5, de manera que se sustituyala célula Re por un oscilador de relajación por UJT, se obtiene el circuito mostrado en laFigura 6.6 y cuyo comportamiento es bastante similar al descrito anteriormente.

tV¡

lDI = D2 = D] = D4 = lN4007R,_ = 4700. 5 WR, = non, 1/2 WRz = 1 k 2 o. 1/2 W

RB, = 33 Q, 1/2 WRB2 = 470 n 1,2 W

P = 470 k.Qe = 100 nF, 100 V

7~ = 8TI06T = 2N2646Vi = 24 V, 50 Hz

Figura 6.6. Control de D.O. por UJT.

Si en el circuito anterior se sustituye el UJT por un PUT, obtenemos un circuito decontrol de S.CR. en e.a. por PUT, tal como se muestra en la Figura 6.7. ..'

El condensador e se carga a través de la resistencia R¡ al igual que en los _ClrcultOf:':anteriores, pero en esta ocasión el paso al estado conductor del PUT se produce cua~d? .tensión almacenada en e supera a la tensión de puerta anódica determinada por el divisor.de tensión formado por R2 y P. En ese momento, el PUT bascula produciendo un impulse: .en la puerta del S.C.R. que provoca su disparo.

-~- "';,......-_.~

T". = BT106r", = BRY56

D\-D4 = IN4007RL = 470 Q, 5 WP=2k50

R, = 150 in 1;'2 WR2 = R3 = 1 kfl, 1/'2 We = 56 nF, 100 Vl'¡ = 14 V, 50 Hz

e

Figura 6.7. S.C.R. disparadopor PUT.

El control del ángulo de conducción del S.C.R. se logra variando el potenciórnetro P,ya que de este modo se varia la tensión de puerta y, por tanto, la tensión a la que ha decargarse C.

6.4. CONSIDERACIONES GENERAlES

• Tanto en el circuito con UJT corno en el de PUT, se ha supuesto una tensión alterna de24 V eficaces. Si fuera necesario aumentar dicha tensión, habrá de tenerse en cuenta queestos elementos no soportan una tensión de alimentación elevada, teniendo que modiñcar-se los circuitos anteriores, tal como se muestra en la Figura 6.8, en la que se ha incluido undiodo zéner y una resistencia Iimitadora para proporcionar la tensión de polarización delelemento.

Rlim = 10 kQ, 2 Wo, = zener U V, 1 W

1'; = 220 V. 50 Hz

RJim

D·s

Figura 6.8. Alimentación del Circuitode control para tensiones de c.a.elevadas.