FUENTE CONTINUA REGULADA CON UN PUENTE MONOFÁSICO SEMICONTROLADO A TIRISTORES (SCR)

Tercer Laboratorio-Electrónica de Potencia 1

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FUENTE CONTINUA REGULADA CON UN PUENTE MONOFÁSICOSEMICONTROLADO A TIRISTORES (SCR)

Objetivo: Conocer el funcionamiento del Tiristor y la función de regulación delSCR en el control de energía eléctrica.

Equipos y MaterialesUn osciloscopioUn MultimetroConectoresDos Bornes de 12 terminales, 15 amperiosModulo: DL 2626, transformador de alimentaciónModulo: DL 2603, grupo de DiodosModulo: DL 2605, grupo de SCRModulo: DL 2616, unidad de voltaje de referenciaModulo: DL 2614, generador de voltaje de referenciaModulo: DL 2613, fuente de alimentación 3 +

- 15vvModulo: DL 2635, carga universal.



TIRISTORES

Los tiristores constituyen una familia de dispositivos que pueden tomar diferentes nombres ycaracterísticas, pero donde todos los elementos que la componen se basan en elmismo principio de funcionamiento. Constructivamente son dispositivos de 4 capassemiconductoras N-P-N-P y cuya principal diferencia con otros dispositivos de potenciaes que presentan un comportamiento biestable. Su construcción se debe en suorigen a General Electric en 1957 y la comercialización general comienza hacia 1960.

Los tiristores pueden tener 2, 3 o 4 terminales, y ser de conducción unilateral (unsolo sentido) o bilateral (en ambos sentidos). Ante una señal adecuada pasan de un estadode bloqueo al de conducción, debido a un efecto de realimentación positiva. El pasajeinverso, de conducción a bloqueo se produce por la disminución de la corriente principalpor debajo de un umbral. Funcionan como llaves, presentando dos estados posibles defuncionamiento:

No conducción (abierto)Conducción (cerrado)

La estructura base común consistente en múltiples capas P y N alternadas, puedepresentar algunas variaciones en los distintos el miembros de la familia, particularizando sufuncionamiento. La carga es aplicada sobre las múltiples junturas y la corriente dedisparo es inyectada en una de ellas.

Los dispositivos más conocidos de la familia de los tiristores para aplicaciones depotencia son:

SRC (Silicon Controled Rectifiers)TRIACSGTO (Gate Turn Off)

Los primeros son unidireccionales diseñados para conmutar cargas con corrientes enun solo sentido, cubriendo desde aplicaciones de muy baja potencia hasta las que requierenel control de miles de voltios y amperes. Los TRIACS en cambio, son bidireccionalesy permiten la circulación de corriente en ambas direcciones para aplicaciones debaja potencia. Finalmente, los GTO (Gate Turn Off) al igual que los SCR sondispositivos deconducción unidireccional pero con la particularidad de poder serapagados mediante una señal de compuerta. Su uso se encuentra en aplicaciones de muyelevada potencia

En particular, el SCR (Silicon Controlled Rectifier), si bien es solo uno de los miembros de lafamilia de los tiristores es el mas caracterizado, por lo que se ha vuelto unacostumbre generalizada denominarlos por el nombre de la familia. En consecuencia, porlo general, al utilizarse el término tiristor, en realidad se suele hacer referencia a los SCR, yse los conoce inclusive así en el comercio, si bien en los manuales se lo ubicacorrectamente con el nombre de SCR.



Curvas características

En la figura se representa la curva característica de un tiristor (SCR) en la que seaprecia la polarización directa e inversa de la tensión ánodo-cátodo VAK, con suscuatro regiones respectivas. Para el primer cuadrante se han incluido dosgráficas, las correspondientes a una baja corriente de gate y a corriente nula. En estadode conducción directa, la característica se asemeja a una resistencia de bajo valor, mientrasque con polarización inversa, una eventual conducción daría lugar a la destrucción deltiristor en la región de avalancha por tensión excesiva.

Se incluyen a continuación los parámetros más significativos, respetando los subíndices:

F: (Forward) DirectoR: (Reverse) Inverso

En todos los casos, para asegurar su vida útil y una correcta operación, es indispensableno superar los valores máximos suministrados por el fabricante.



Circuito a Implementar



Procedimiento1) Efectuar las conexiones que se muestra en el circuito a implementar de los

módulos. Verificar dichos conexiones antes de alimentar los módulosen el siguiente orden.a) DL 2613; DL2603.

Circuito Verificado y Alimentado



2) Mediciones2.1 Medir con el Osciloscopio en los puntos V12, V27 , V17, V67.

V12 V27 V17 V67

262V p-p 130Vp-p 136V p-p 128V p-p

2.2 Dibujar la forma de onda.

V12

V27



V17

V67



2.3 Medir con el Multímetro el voltaje alterno entre los puntos V12

V12: 90.1V

2.4 Conectar el Amperímetro entre los puntos 3 y 5 para leer la corrientepromedio.Para las siguientes condiciones

a) V67 = 25 VDC = I 35 =

Vdc= I35= 0.24

b) V67 =50 VDC = I 35 =

Vdc= I35= 0.387A

3. Hallar los cálculos teóricos de:

Vdc= ∫1 (− + )Vdc= (1 + )( - 1) = cos-1α

α = 1.96

Vdc = . √ (1 + cos(1.96))Vdc = 25.16

Idc = 0.2516



12 ( − ( )cos( )2 (( − ) + ( )cos( ) )

Vrms = 46.32V

Irms = 0.4632

Idc = ∫Idc = (1 + cos( ))Idc = | . (1 + (1.96))Idc = 02508

4) Realizar la comparación del cálculo teórico con los resultados experimentales.

Voltaje en punto 6-7 Valor Teorico Valor experimental

Corriente 25.16 25A

Voltaje 0.251 0.25V



5) Los SCR de que características mínimas (I promedio voltaje inverso)recomendada para este rectificador controlado.

Características de control del SCR

Corresponden a la región puerta-cátodo y determinan las propiedades del circuitode mando que responde mejor a las condiciones de disparo. Los fabricantesdefinen las siguientes características:-Tensión directa máx .....................................................................: VGFM- Tensión inversa máx. ...................................................................: VGRM- Corriente máxima..........................................................................: IGM- Potencia máxima...........................................................................: PGM- Potencia media..............................................................................: PGAV- Tensión puerta-cátodo para el encendido.......................................VGT- Tensión residual máxima que no enciende ningún elemento......... VGNT- Corriente de puerta para el encendido...........................................: IGT- Corriente residual máxima que no enciende ningún elemento.......: IGNT

Determinan la naturaleza del circuito de mando que mejor responde a lascondiciones de disparo.

Para la región puerta- cátodo los fabricantes definen entre otras las siguientescaracteristicasVgfm, Vgrm, Igm, Pgm, Pgav, Vgt, Vgnt, Igt, Ignt.

Entre los anteriores destacan:

Vgt e Igt que determinan las condiciones de encendido del dispositivosemiconductor.

Vgnt e Ignt que dan los valores máximos de corriente y de tensión, para los cualesen condiciones normales de temperatura, los tiristores no corren el riesgo dedispararse de modo indeseado.



6)

Observaciones

-A la hora de hacer el armado del circuito se notó que los materiales entregados noserían los suficientes por lo que se esperó al asistente del laboratorio.

-A la hora de hacer las mediciones con el multímetro se notó que este equipoestaba un poco dañado las puntas y la carcasa del multímetro estaban en muy malestado.

-Se tuvo que pedir otra punta para poder calibrar el osciloscopio ya que el que nosbrindaron al inicio estaba en mal estado.

Conclusiones.

Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor,éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de puerta.

Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y puerta. La puerta es la encargada decontrolar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo.

Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular lacorriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta delSCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, eltiristor comienza a conducir

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