Manual de Prácticas de Diseño Electrónico

Ingeniería en Mecatrónica

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA

Escuela de Ciencias de la Ingeniería y Tecnología

Valle de las Palmas.

Manual de Prácticas de

Diseño Electrónico

Elaborado por:

M.I Bernabé Rodríguez Tapia

Diciembre 2015


PRESENTACIÓN

El presente documento es un apoyo didáctico más, que complementa el desarrollo de la Unidad

de Aprendizaje de Diseño Electrónico, bajo la carrera de Ing. en Mecatrónica ECITEC UABC Valle de

las Palmas. Este manual complementa tanto las competencias genéricas como las específicas de la

asignatura de Diseño Electrónico, además de fortalecer la consolidación de los desempeños a desarrollar,

ya que requieren tanto de la demostración como de la comprobación a través de la aplicación del método

científico.

Este manual no pretende señalar al profesor lo que debe hacer en cada una de sus prácticas. El

reconocimiento de la experiencia y la creatividad del profesor fue punto de partida para la preparación de

este material. Por esta razón, las propuestas didácticas que se incluyen son abiertas y ofrecen amplias

posibilidades de adaptación a las formas de trabajo de cada facilitador, a las condiciones en que labora y a

las necesidades y dificultades de aprendizaje de los alumnos.

Cabe señalar que este trabajo fue realizado por el personal docente, a efecto de elevar el nivel de

calidad de la educación del estudiante de ECITEC. Las subsiguientes ediciones de este manual deberán

ser corregidas y mejoradas a partir de los resultados de su utilización en la práctica. Para lograr este

propósito se les invita a los profesores a enviar sus observaciones y propuestas a la Coordinación de

Ingeniería Mecatrónica en ECITEC Valle de las Palmas.

INSTRUCCIONES GENERALES

A. Lee cuidadosamente toda la práctica.

B. Para elaborar la práctica con éxito, deberás primero consultar la bibliografía sugerida en la Carta

Descriptiva de la Unidad de Aprendizaje de Diseño Electrónico, proporcionada por tu facilitador

el primer día de clases (encuadre).

C. Asimismo, es necesario revisar tus apuntes de clase por lo menos un día previo a la realización

de la práctica. Con tu consulta realizarás una síntesis de lo más importante, procura ser breve y

conciso.

D. Prepara con anticipación el material y equipo que se va a necesitar para realizar la práctica; de ser

necesario, consulta a tu profesor o instructor de laboratorio que te orienten y proporcionen más

especificaciones.

E. Antes de ejecutar cada uno de los procedimientos, aclara tus dudas en cuanto al funcionamiento y

cuidados que se deben de tener con el material y equipo que no conoces.

F. Al efectuar cada uno de los pasos de la práctica, observa minuciosamente los fenómenos

ocurridos para que puedas contestar las preguntas relacionadas con ellos.

G. En los casos que se te solicite hacer mediciones de: Corriente, voltaje, tiempo, etc., anota estos

datos en el lugar indicado sin olvidar escribir las unidades de medida.

H. Cuando se te solicite reportar observaciones, como resultado de un procedimiento, esquematiza

con dibujos (Agregar a Anexos) y/o descríbelo brevemente.

I. Al concluir el desarrollo experimental, resuelve el cuestionario lo más pronto posible.

J. Cuando se realice la conclusión, ya sea personal o por equipo, es indispensable mencionar si las

competencias se cumplieron efectivamente ó no y explicar las razones.


RECOMENDACIONES PARA LA ELABORACIÓN DEL INFORME

Una vez realizadas las experiencias, la persona que las ha llevado a cabo debe de presentar un

informe del trabajo realizado y de las conclusiones obtenidas, según las siguientes normas:

1. Debe identificarse la persona que presenta el informe. Se incluirá también la fecha de realización

de la experiencia. Si se ha invertido más de un día, conviene indicar la fecha de comienzo y

terminación del trabajo.

2. Es aconsejable tener un cuaderno de trabajo personal, independientemente de que la práctica se

realice en equipo. En este cuaderno deben anotarse todos los datos referidos a la experiencia, a

medida que estos se van obteniendo. Es recomendable agregar esta información en la sección de

Anexos.

3. No conviene dejar nada pendiente de anotar aunque la actividad se tenga que interrumpir; no es

aconsejable confiarse en la memoria.

4. Con la independencia del orden en que se van obteniendo los datos, éstos deberán presentarse

ordenados por bloques lógicos.

5. Siempre que sea posible, los datos se presentarán en una tabla y en una gráfica, lo que permitirá

una rápida visión de los factores que afectan a los fenómenos estudiados.

6. El informe debe incluir un apartado en el que se describa brevemente, pero sin omitir los detalles

importantes, todos los pasos seguidos en la realización de la experiencia. Y si se cree necesario un

diagrama de los instrumentos empleados y su montaje.

7. Cuando se utiliza una técnica nueva, conviene detenerse en su descripción.

8. Las conclusiones deben presentarse en lugar visible y serán claras y concisas.

9. Cuando sea posible, conviene repetir las experiencias para obtener más datos; en este caso se

calculará el valor medio.

10. Conviene incluir en sus conclusiones un apartado en el que se reflejará la opinión personal: si se

han aclarado conceptos, la facilidad o la dificultad en la realización del trabajo, las propuestas

para mejorar las condiciones operatorias y obtener mejores resultados, etc.


Por lo tanto, el informe debe responder al siguiente esquema general:

1. Título de la práctica (experiencia) realizada.

2. Competencias que se persiguen.

3. Introducción. Consiste en una introducción teórica referente a la experiencia a realizar. Utilizar

bibliografía sugerida en la Carta Descriptiva de Diseño Electrónico para generar un buen marco

teórico para la experiencia.

4. Relación de Material y Equipo utilizado.

5. Una descripción del procedimiento seguido junto con un diagrama de los instrumentos empleados

y su montaje.

6. Resultados experimentales obtenidos con un encabezado para identificar cada parte de los datos

tomados así como cada cálculo. El método usado para cada cálculo y las unidades de todos los

valores numéricos. Se debe usar el número apropiado de cifras significativas proporcionado por el

facilitador.

7. Interpretación de los resultados y conclusiones.

8. Opinión Personal

9. Anexos

10. Bibliografía empleada.


CONTENIDO

Prácticas 1.- Circuito de control de potencia SCR

Prácticas 2.- Oscilador de relajación UJT

Prácticas 3.- Circuitos de control de compuerta para un SCR utilizando UJT

Prácticas 4.- Control de corriente CA con un TRIAC

Prácticas 5.- Circuitos de disparo con temporizador.

Prácticas 6.- Dimmer Digital de fase por Tiristor

Prácticas 7.- Rectificadores controlados monofásicos

Prácticas 8.- Rectificadores controlados trifásicos

Prácticas 9.- Troceadores

Prácticas 10.- Inversores


MATERIAL PARA PRÁCTICAS DISEÑO ELECTRÓNICO

Cantidad # Descripción

1 SCR Tipo S2800D o con características similares (TF541 M)

1 SCR NTE5405 400v

1 TRIAC 2N6073A T2302B o cualquiera con 200v Irms de al menos 3A y VGT e IGT

similares a este Triac

1 UJT 2N2646 o 2N4947 o cualquiera de características similares

1 DIAC T143A o equivalente con 32v de rompimiento.

1 LM555 Temporizador

1 LM 339 Comparador

1 IC -1458 o

LM324 Amplificador Operacional

1 LN2222 Transistor

1 MOC 3011 Optoacoplador

2 Puentes de

diodo Rectificadores

1 Diodo Voltaje nominal de 200 V o más alto

1 Diodo Zener valor nominal de 1/2 watts (IN4748A de 22V ,por ejemplo)

1 Diodo MUR160

1 Transformador 120/12v

Resistencias

470 ohms, 510 ohms, 620 ohms, 1 k ohms, 2 k ohms, 2.2 k ohms, 2.2 k ohms (5watts) o 6.8 k ohms (2 watts), 10 k ohms, 22 k homs , 4.7 k ohms, (3) 10 k ohms, 22 k ohms, 33 k ohms, 100 k ohms

1 Potenciómetro 1 k ohms, 2.5 k ohms, 10 k ohms, 25 k ohms, 100 k ohms, 250 k ohms.

Capacitor

.68 uf, 100 uf, 0.5 uf, 0.2 uf, 0.082 uf, 0.1 uf, 0.02 uf, 1000 uf, 0.001 uf, 2.75 uf, (1 de 2) 0.01uf, (2) 0.22 uf

1 Socket de luz

1 Clavija eléctrica

1 Foco de luz 40 , 60 o 100 watts

1 Protoboard Tablilla de conexiones


I. Competencia

Observar la operación y las formas de onda de un SCR en función de las características del

fabricante para la activación de una carga resistiva en forma ordenada, disciplinada y eficiente.

II. Material y/o equipo

1 Resistencia de 2.2 k (5 watts)

1 Potenciómetro de 25k

1 Resistencia de 1k

1 Capacitor de 0.68 uF

1 Diodo de voltaje nominal 200v o más alto.

1 Clavija para alimentación de 110 Vca aislada de tierra física o transformador de

aislamiento del cable de línea ca, con voltaje secundario a 110v

1 SCR tipo S2800D o similar con IG= 15mA

1 socket

1 Lámpara de 40 a 100 watts

Protoboard y cables de conexión.

Multímetro

Puntas para osciloscopio

III. Procedimiento

Construya el circuito de control de compuerta de la Figura 1. Con R1=2.2k, R2=potenciómetro

25k, R3=1k, y C=0.68Uf. Coloque un diodo de voltaje nominal de 200v o más alto en serie con

la terminal de compuerta y apuntando hacia esta. La alimentación C.A deber ser 110V, aislada de

tierra física.

Emplee un SCR medio de compuerta insensible, RCA tipo S2800D o similar. La carga debe ser

un resistor de potencia de 100 ohm (100 watts) o una lámpara de 40 Watts o más. Inserte un

amperímetro de 0 a 1A o de 0 a 500mA en serie con la carga.

CARRERA

PLAN DE

ESTUDIO

CLAVE

ASIGNATURA

NOMBRE DE LA

ASIGNATURA

Ing. Mecatrónica 2009-2 11905 Diseño Electrónico

GRUPO PROFESOR(A)

PRÁCTICA

No.

LABORATORIO

DE

Electrónica DURACIÓN

(HORAS)

1 NOMBRE DE LA

PRÁCTICA

Circuito de control de potencia

SCR

2 hrs


1. Coloque el osciloscopio a través de las terminales de ánodo y cátodo del SCR.

a. Mida y registre el ángulo de retardo de disparo mínimo y el máximo.

b. ¿En qué dirección deber girar el potenciómetro de 25K para incrementar el

ángulo de retardo de disparo? Explica porque.

c. Dibuje la forma de onda VAK para cierto ángulo de retardo de disparo

intermedio.

2. Registre la corriente de carga promedio (corriente que pasa por el SCR) bajo las dos

condiciones (retardo de disparo mínimo y el máximo). ¿Esto concuerda con su

entendimiento acerca de la relación entre el ángulo de retardo de disparo y la corriente

de carga? ¿Es lo que usted esperaba?

3. Mida y registre la corriente de compuerta necesaria para disparar el SCR (IGT).

¿Cuánto cambia ésta al cambiar el ángulo de retardo de disparo? ¿Es lo que usted

esperaba?

4. Mida el voltaje que existe a través del SCR después del disparo (VT). ¿Es

suficientemente constante? ¿Es aproximadamente tan grande como lo esperaba?

5. Sin alterar la configuración que hizo del potenciómetro de la parte 1 inciso c

a. Dibuje la forma de onda del voltaje de carga para el mismo ángulo de retardo

de disparo anterior.

6. Enfríe el SCR con aire helado y observe la reacción del ángulo de retardo de disparo

¿Qué efecto tiene disminuir la temperatura en un circuito SCR?

Figura 1


I. Competencia

a. Determinar el coeficiente de separación intrínseco de un UJT en función de las

características del fabricante para comprender su funcionamiento en forma

ordenada, disciplinada y eficiente.

b. Observar las formas de ondas de salida de un oscilador de relajación UJT a

temperatura ambiente y con cambios drásticos en función de su comportamiento

para realizar activación de una carga resistiva en forma ordenada, disciplinada y

eficiente.


1 Resistencia 100K

1 Resistencia de 22k

1 Resistencia de 470 ohms


1 Capacitor de 100uf

1 Capacitor de 0.5 uf

1 UJT cualquiera (2N4947, por ejemplo)

III. Procedimiento

1. Encuentre el coeficiente de separación intrínseca del UJT,

a. Con el óhmetro, mida la resistencia interbase del UJT, rBB, compárela con la del

fabricante. ¿Está dentro del rango?

b. Encuentre las dos resistencias individuales emisor a base del UJT, rB1, rB2. Esto no

se puede realizar de manera exacta con un óhmetro. En lugar de ello, conecte una

alimentación cd variable entre el emisor y base 1 con un amperímetro 10mA en la

terminal del emisor. Ajuste el voltaje de alimentación cd hasta que el amperímetro

lea 5 mA. Mida VEB1, y reste 0.6 de la unión pn. El resto será el voltaje aplicado

realmente a rB1. Utilice la ley de Ohm para calcular rB1.

¿Por qué daría una Óhmetro lecturas falsas para rB1 y rB2 pero lecturas correctas

para rBB?

c. Repita el paso b para el circuito emisor a base 2 para encontrar rB2

CARRERA

PLAN DE

ESTUDIO

CLAVE

ASIGNATURA

NOMBRE DE LA

ASIGNATURA


GRUPO PROFESOR(A)

PRÁCTICA

No.

LABORATORIO

DE


(HORAS)

2 NOMBRE DE LA

PRÁCTICA

Oscilador de relajación UJT 2 hrs


d. Calcule el coeficiente de separación intrínseco del UJT en la ecuación.

2. Encuentre el voltaje pico del UJT.

a. Construya el circuito de la Figura 1. con RE= 100K, CE=100 uF y Vs=15cd.

Permita que R1 y R2 tengan los valores de ese dibujo. Instale un interruptor en la

línea de alimentación VS .Descargue por completo CE. Coloque un voltímetro a

través de CE y un voltímetro en R1; después cierre el interruptor y observe los

voltímetros. ¿Cuál es el Vp de este circuito? ¿Está de acuerdo con lo que esperaría

de la ecuación?

b. Repita el paso con Vs de 10v

c. Mida el retardo de tiempos antes del disparo. ¿Concuerda con lo que esperaría de

la ecuación? ¿El retado de tiempo depende de VS? Explique esto.

3. Formas de onda

a) Pronostique la apariencia de las formas de onda VCE y VR1. Bosqueje la forma de

onda que usted esperaría ver.

b) Abra el interruptor y cambie RE a 22k y CE a 0.5uF. Conecte las entradas verticales

del canal 1 y canal 2 de un osciloscopio de trazo dual a través de CE y RB1 para

observar las formas de onda de VE y VB1. Compare y registre las señales. ¿Son las

señales que usted esperaba ver? Explica porque sucede esto.

c) Ahora conecte las entradas del canal 1 y canal 2 del osciloscopio a través de VB1 y

VB2. Registre los resultados y explique porque sucede.

d) Registre la frecuencia de carga y descarga del capacitor. ¿Está de acuerdo con lo

que esperaría de la ecuación de frecuencia?

e) Cierre el interruptor y ajuste lo controles del osciloscopio para desplegar varios

ciclos de formas de onda. Trace las formas de onda reales. ¿Concuerdan con sus

predicciones? Trate de explicar cualquier discrepancia.

4. Cambios de temperatura

Enfrié el UJT con aerosol congelante ¿La frecuencia de oscilación cambia al cambiar la

temperatura? Experimente con diferentes valores de R2 para obtener la mejor estabilidad

de temperatura. Un contador de frecuencia sería conveniente aquí, pero si no hay uno

disponible, puede detectar los cambios de frecuencia observando cuidadosamente el

periodo de oscilación en la pantalla del osciloscopio.


Figura 1

PLAN DE CLAVE


I. Competencia

c. Construir y observar un circuito de control de compuerta UJT para la activación

de un SCR con las características de diseño de encendido en forma ordenada,

disciplinada y eficiente.


1 Resistencia 100 ohms, 100 Watts o un foco de 40 – 100 watts

1 Resistencia de 2.2 k (5 W) o 6.8k 5(2W)

1 Resistencia 10k

1 Resistencia variable (pot.) de 100k.

1 Resistencia de 1k


1 Capacitor 0.082 uF

1 Diodo Zener de 20 V ½ watts (IN4748A de 22V ,por ejemplo)

1 UJT cualquiera (2N4947, por ejemplo)

1 SCR de 200V, tamaño medio.

III. Procedimiento

a. Construya el circuito UJT-SCR de la figura 1. Utilice los tamaños de

componentes calculados dados. Si no puede obtener un resistor de 2.2 k, 5W para

Rd, un resistor 6.8k, 2W también funcionara. ZD1 puede entonces ser reducido a

un valor nominal de ½ w. Como de costumbre la carga ca habitual se debe aislar

de tierra, y seguir las sugerencias proporcionadas en el proyecto. Use cualquier

UJT (2N4947, por ejemplo) y cualquier SCR 200v de tamaño medio.

i. Use su osciloscopio para estudiar las formas de onda de VCE, VR1, VAK y

VLD. Grafique todas estas formas de ondas con la misma referencia de

tiempo de un ángulo de retardo de disparo de 90 ¿Se ven como usted

esperaba?

ii. ¿Cuál es el ángulo de retardo de disparo mínimo posible?

iii. ¿Cuál es el ángulo de retardo de disparo máximo posible?

b. Reajuste el ángulo de retardo de disparo a cerca de 90 . Caliente el SCR con la

punta de un cautín. ¿Qué le sucede al ángulo de retardo de disparo? ¿Esto tiene

sentido?

CARRERA ESTUDIO ASIGNATURA NOMBRE DE LA

ASIGNATURA


GRUPO PROFESOR(A)

PRÁCTICA

No.

LABORATORIO

DE


(HORAS)

3 NOMBRE DE LA

PRÁCTICA

Circuito de control de compuerta

para un SCR utilizando UJT

2 hrs


Figura 1.

CARRERA

PLAN DE

ESTUDIO

CLAVE

ASIGNATURA

NOMBRE DE LA

ASIGNATURA


I. Competencia

Observar la operación y las formas de onda de un TRIAC en función de las

características del fabricante para la activación de una carga resistiva en forma ordenada,

disciplinada y eficiente.


1 Triac. T2302B o cualquier triac con un VDROM de al menos 200v, una ITrms de al menos

3A y VGT e IGT similares al este triac.

1 Diac T143A o algún diac equivalente con cerca del mismo valor del voltaje de

rompimiento de 32v.

R= 10k

R =250k (potenciómetro)

R =33k

R =1k

R= 4.7k

2 capacitores 0.22Uf

C=0.1 uf

C=0.02uf

1 Foco de 40 a 100 watts.

III. Procedimiento

1. Construir el siguiente circuito. Si fuere posible, utilizar una alimentación de ca aislada.


GRUPO PROFESOR(A)

PRÁCTICA

No.

LABORATORIO

DE


(HORAS)

4 NOMBRE DE LA

PRÁCTICA

Control de corriente ca con un triac.

2 hrs


Utilice los siguientes tamaños de componentes y valores:

Carga: RLD =100ohms, 100W o foco luminoso de 40 a 100 w; triac T2302B, o cualquier

triac con un VDROM de al menos 200v, una ITrms de al menos 3A, y con características

similares de compuerta. Si las características de compuerta (VGT e IGT) no son similares a

las del T2302B, los componentes del circuito de disparo se deben cambiar.

R1= 10k

R2= 250k (potenciómetro)

R3= 33k

R4= 1k

C1= 0.22 uf

C2=0.22 uf

a. ¿Cuál es el rango de ajuste del ángulo de retardo de disparo? ¿Son iguales los

retardos de disparo para ambos medios ciclos?

b. Muestre las formas de onda de VMT2-MT1 y VG, con el mismo tiempo de referencia.

c. Obtenga la medida de IGT, la corriente necesaria para activar el triac, para ambas

polaridades de terminal principal. Esto se debe realizar midiendo el voltaje a

través de R4 en el instante del disparo y después aplicando la ley de Ohm a R4. En

osciloscopio se debe conectar para desplegar la forma de onda de VR4. Contraste

la IGT medida con las especificaciones del fabricante, si las tiene.

d. Mida VTM, el voltaje a través del triac después del disparo. Compare con las

especificaciones del fabricante.

e. Enfríe el triac con aerosol congelante y observe el efecto en el ángulo de retardo

de disparo. ¿Esto tiene sentido?

f. Investigue el efecto de sustituir triacs diferentes de mismo número de tipo.

Explique sus resultados.


2. Inserte un diac en la terminal de compuerta del triac. Utilice un diac T143A o algún diac

equivalente con cerca del mismo valor del voltaje de rompimiento (32 V). Cambie los

siguientes tamaños de componentes :

R2= 200k o 250k pot.

R3= 4.7k

C1=0.1 uf

C2=0.02uf

Deje todo lo restante igual.

a. ¿Qué cambios se nota al colocar el diac? ¿Son los ángulos de retardo de disparo los

mismos para ambos medios ciclos? ¿Por qué?

b. Investigue los efectos de enfriar el triac. Explique los resultados.

c. Investigue los efectos de sustituir diferentes triacs de mismo número de tipo. Explique

sus resultados.


I. Competencia

Elaborar un circuito que enciende un foco (alimentado con la red eléctrica de 110Vac) con un

tiempo de encendido (según el # de equipo) y un 2 segundos de apagado, utilizando el

acoplamiento óptico por medio de un optoacoplador entre la parte digital y de potencia en forma

ordenada, disciplinada y eficiente.

II. Procedimiento:

a. Desarrollar el diseño del circuito completo elaborado en un software de

simulación.

b. Mostrar el listado de los componentes necesarios.

c. Armar el circuito diseñado.

d. Demostrar que el foco prende y apaga en el tiempo asignado por equipo.

e. Mostrar los análisis correspondientes:

i. Cálculo de componentes.

ii. Funcionamiento general del circuito.

iii. Señales tomadas en el osciloscopio.

iv. Funcionamiento de cada etapa: digital, aislamiento y potencia.

f. Conclusiones individuales

CARRERA

PLAN DE

ESTUDIO

CLAVE

ASIGNATURA

NOMBRE DE LA

ASIGNATURA


GRUPO PROFESOR(A)

PRÁCTICA

No.

LABORATORIO

DE


(HORAS)

5 NOMBRE DE LA

PRÁCTICA

Circuitos de disparo con

temporizador.

2 hrs


I. Competencia

Crear un circuito de control de fase activado por medio de un tiristor utilizando circuito

con cruce y aislador para controlar una carga resistiva en forma ordenada, disciplinada y

eficiente.


2 puentes de

diodo

1 LM339

1 Transformador

120v/12v

1LM555 1 TRIAC

1 Opto acoplador

3 R 10K

1 C 1000uF

1 C 2.75uF

1 R 100

1 C 0.001uF

2 C 0.01uF

1 R 2K

1 R 510

1 R 620

pot 2.5k

1 pot 10k

1 2N222

1 foco 100

watts

1 diodo

MUR160

1 R 1K

III. Procedimiento

En el diagrama, el amplificador operacional es un detector de cruce por cero, que activa

el circuito LM555 cada vez que ocurre una condición de cruce por cero. Una vez que el

LM555 sea activado, existirá un tiempo de retardo, que al finalizar conmutara el

transistor y encenderá el triac. El tiempo de retardo provoca el control del ángulo fase,

CARRERA

PLAN DE

ESTUDIO

CLAVE

ASIGNATURA

NOMBRE DE LA

ASIGNATURA


GRUPO PROFESOR(A)

PRÁCTICA

No.

LABORATORIO

DE


(HORAS)

6 NOMBRE DE LA

PRÁCTICA

Dimmer Digital de fase por

Tiristor

2hrs


esté puede ser ajustado por el potenciómetro de 2.5k, entre el 10% y el 95% de la onda

sinusoidal. Cabe señalar que el control de fase con Triac presenta como desventaja la

generación de interferencia electromagnética EMI, cada vez que el Triac es disparado la

corriente de carga va de 0 a su valor límite en un periodo de tiempo muy corto; el

resultante di/dt genera un ancho espectro de ruido que puede interferir la operación de

circuitos electrónicos cercanos, si no está presente una etapa de filtrado, se recomienda

no conectar el Opto acoplador y el TRIAC en el mismo protoboard.

1. Armar el circuito del diagrama, el Triac se debe seleccionar en función del voltaje,

corriente y potencia de la carga.

2. Comprobar el funcionamiento del circuito en el control de fase para la carga.

Entregar un reporte por escrito que contenga los siguientes datos.

Graficas:

Señal de entrada, Señal a la salida del rectificador, Señal del comparador, Señal a la

salida del temporizador, Señal control de fase en la carga. Hacer las comparaciones que

considere adecuadas

Diagrama


I. Competencia

Observar el comportamiento de los rectificadores controlados completos monofásicos por medio

del simulador PSIM para el correcto uso en aplicaciones industrial de ordenada, disciplinada y

eficiente.


Simulador PSIM, presentaciones, lecturas y apuntes proporcionados por el docente.

III. Introducción

Un rectificador es un circuito que convierte una señal de corriente alterna en una señal

unidireccional. Para obtener voltajes de salida controlados, se utilizan tiristores de control de

fase en vez de diodos. Es posible modificar el voltaje de salida de los rectificadores a tiristores

controlando el retraso o ángulo de disparo de los mismos. Estos rectificadores controlados por

fase son sencillo y menos costos y, en general su eficiencia es superior al 95%.

Los convertidores de control de fase se pueden clasificar en dos tipos, dependiendo de la fuente

de alimentación: (1) convertidores monofásicos y (2) convertidores trifásicos. Cada tipo se puede

subdividir en (a) semi convertidor, (b) convertidor completo y (c) convertidor dual. Un semi

convertidor es un convertidor de un cuadrante, y tiene la misma polaridad de voltaje y de

corriente de salida. Un convertidor completo es un convertidor de dos cuadrantes, la polaridad de

su voltaje de salida puede ser positiva o negativa. Sin embargo, la corriente de salida del

convertidor completo sólo tiene una polaridad. Un convertidor dual puede operar en cuatro

cuadrantes, y tanto su voltaje y su corriente de salida pueden ser positivos o negativos.

CARRERA

PLAN DE

ESTUDIO

CLAVE

ASIGNATURA

NOMBRE DE LA

ASIGNATURA


GRUPO PROFESOR(A)

CARRERA

PLAN DE

ESTUDIO

CLAVE

ASIGNATURA

NOMBRE DE LA

ASIGNATURA


GRUPO PROFESOR(A)

PRÁCTICA

No.

LABORATORIO

DE


(HORAS)

7 NOMBRE DE LA

PRÁCTICA

Rectificadores controlados

monofásicos

2 hrs.


Simulador PSIM:

Para la simulación de rectificadores con PSIM no es necesario utilizar 4 o 6 tiristores para

covertidor de onda completa monofásico o trifásico. Existen los bloques, “1-ph Thyristor

Bridge” y “3-ph Thyristor Bridge” motrados en la figura Figura 1, los puedes encontrar en

Elements Power Switches. Para controlar la fase de estos bloques se utiliza “Alpha

controller” mostrada en la figura 2, los puedes encontrar en Elements Other

Switch Controllers. Para su correcto funcionamiento necesita tres entradas:

a) enable: Debe valer 1 para habilitar el control. Se puede activar con una entrada escalon.

b) sync: El ángulo alfa de disparo se mide a partir del momento en que se detecta un flanco

de subida en sync.

c) alpha: Valor del ángulo de disparo en grados. A su entrada se coloca con una fuente de

voltaje DC, cada volt equivale a un ángulo de disparo. Ejemplo 45 v es igual que a 45 .

Nota: La frecuencia de “Alpha Controller” debe ser igual a la de entrada. Para el correcto

funcionamiento del circuito, se debe implementar un dispositivo que genere un flanco de

subida cada vez que la tensión de la fase de una línea sea mayor que la otra activa. Una

manera sencilla por ejemplo, es comparar las tensiones de fase Va y Vc para el caso de una

fuente trifásica.

Figura 1

Figura 2

enable

sync

alpha


IV. Desarrollo.

1. En el simulador PSIM , arma el circuito de la Figura 3, con 110 rms v a 60 Hz y una

resistencia de carga de 30 ohms.

2. Mostrar la tensión en la resistencia de carga (Vo) comparada con la señal de entrada

(Vs) cuando el ángulo de disparo toma los siguientes valores: 0 , 30 , 90 , 135 .

3. En Simview mide el valor eficaz y promedio de la tensión en la carga en los tres

casos. Justifica esos valores.

4. ¿Hasta qué ángulo es posible controlar?

5. Coloca en serie con la resistencia un inductor pequeño de 0.01, varíalo a 0.1 y luego

a 1.5. ¿Qué sucede cuando se varía el inductor en la tensión de la carga?

6. Coloca en serie con la RL, una fuente DC (tipo batería) a 80 v, la puedes encontrar

en Sources Voltage. ¿Qué provoca en la señal de salida?

7. Mostrar los gráficos, análisis y comentarios en el reporte.

Figura 3


I. Competencia

Observar el comportamiento de los rectificadores controlados trifásicos por medio del simulador

PSIM para el correcto uso en aplicaciones industrial de ordenada, disciplinada y eficiente.



III. Introducción

Un rectificador es un circuito que convierte una señal de corriente alterna en una señal

unidireccional. Para obtener voltajes de salida controlados, se utilizan tiristores de control de

fase en vez de diodos. Es posible modificar el voltaje de salida de los rectificadores a tiristores

controlando el retraso o ángulo de disparo de los mismos. Estos rectificadores controlados por

fase son sencillo y menos costos y, en general su eficiencia es superior al 95%.

Los convertidores de control de fase se pueden clasificar en dos tipos, dependiendo de la fuente

de alimentación: (1) convertidores monofásicos y (2) convertidores trifásicos. Cada tipo se puede

subdividir en (a) semi convertidor, (b) convertidor completo y (c) convertidor dual. Un semi

convertidor es un convertidor de un cuadrante, y tiene la misma polaridad de voltaje y de

corriente de salida. Un convertidor completo es un convertidor de dos cuadrantes, la polaridad de

su voltaje de salida puede ser positiva o negativa. Sin embargo, la corriente de salida del

convertidor completo sólo tiene una polaridad. Un convertidor dual puede operar en cuatro

cuadrantes, y tanto su voltaje y su corriente de salida pueden ser positivos o negativos.

CARRERA

PLAN DE

ESTUDIO

CLAVE

ASIGNATURA

NOMBRE DE LA

ASIGNATURA


GRUPO PROFESOR(A)

PRÁCTICA

No.

LABORATORIO

DE


(HORAS)

8 NOMBRE DE LA

PRÁCTICA

Rectificadores controlados

trifásicos

2 Hrs.


Simulador PSIM:

Para la simulación de rectificadores con PSIM no es necesario utilizar 4 o 6 tiristores para

covertidor de onda completa monofásico o trifásico. Existen los bloques, “1-ph Thyristor

Bridge” y “3-ph Thyristor Bridge” motrados en la figura Figura 1, los puedes encontrar en

Elements Power Switches. Para controlar la fase de estos bloques se utiliza “Alpha

controller” mostrada en la figura 2, los puedes encontrar en Elements Other

Switch Controllers. Para su correcto funcionamiento necesita tres entradas:

d) enable: Debe valer 1 para habilitar el control. Se puede activar con una entrada escalon.

e) sync: El ángulo alfa de disparo se mide a partir del momento en que se detecta un flanco

de subida en sync.

f) alpha: Valor del ángulo de disparo en grados. A su entrada se coloca con una fuente de

voltaje DC, cada volt equivale a un ángulo de disparo. Ejemplo 45 v es igual que a 45 .

Nota: La frecuencia de “Alpha Controller” debe ser igual a la de entrada. Para el correcto

funcionamiento del circuito, se debe implementar un dispositivo que genere un flanco de

subida cada vez que la tensión de la fase de una línea sea mayor que la otra activa. Una

manera sencilla por ejemplo, es comparar las tensiones de fase Va y Vc para el caso de una

fuente trifásica.

Figura 1

Figura 2

enable

sync

alpha


IV. Desarrollo

Un rectificador trifásico controlado es un circuito de potencia compuesto por 6 tiristores

conectados o el “3-ph Thyristor Bridge” motrados en la figura Figura 3.

Figura 3

En la entrada del circuito se conecta una red trifásica y la salida a una carga. Los tiristores se

disparan periódicamente, cada 60 . El primer tiristor se dispara con un ángulo de disparo alpha

medido a partir del ángulo de conmutación natural, es decir, retrasado 30 respecto al paso por

cero de la tensión conectada a su ánodo.

1. En el simulador PSIM, armar el circuito de la figura 4 a una red de 60hz y tensión eficaz de

400 Vrms entre línea. La carga es una resistencia de 30 ohm.

Figura 4


2. Mostrar la tensión Va-Vb, Va-Vc, Vb-Vc, Vc-Va, Vc-Vb y Vo en la resistencia de

carga cuando el ángulo de disparo toma los siguientes valores: 0 , 30 , 60 . ¿Hasta

qué ángulo es posible controlar?

3. En Simview mide el valor eficaz y promedio de la tensión en la carga en los tres

casos. Justifica esos valores.

4. Coloca en serie con la resistencia un inductor pequeño de 0.01, varíalo a 0.1 y luego

a 1.5. ¿Qué sucede cuando se varía el inductor en la tensión de la carga

5. Coloca en serie con la RL, una fuente DC (tipo batería) a 80 v, la puedes encontrar

en Sources Voltage . ¿Qué provoca en la señal de salida?

6. En el circuito con RLV ¿Qué sucede cuando el ángulo de disparo es de

10 mayor de 60 y menor de 90 , mayor a 90 o si lo incrementamos a 120?

Justificar todas las respuestas.

7. Mostrar los gráficos, análisis y comentarios en el reporte para cada caso.


V. Competencia

Observar el desempeño de los convertidores CD-CD y sus características de

funcionamiento por medio del simulador PSIM para el correcto uso en aplicaciones

industrial de manera ordenada, disciplinada y eficiente.

VI. Material y/o equipo

Simulador PSIM, Presentación Troceadores “Configuraciones”, Presentación

Troceadores “Ejemplos” y Videos tutoriales proporcionados por el docente.

VII. Procedimiento

Parte I:

Utilizar el convertidor reductor de la figura 1 y considerar un inductor ,

un capacitor de y una carga resistiva de 10 ohms. Fijar la alimentación de

entrada . Visualizar las corrientes y voltajes en el convertidor para diferentes

ciclos de trabajo k. Completar la siguiente tabla 1. (Ver video 1)

Figura 1. Circuito reductor.

CARRERA

PLAN DE

ESTUDIO

CLAVE

ASIGNATURA

NOMBRE DE LA

ASIGNATURA


GRUPO PROFESOR(A)

PRÁCTICA

No.

LABORATORIO

DE


(HORAS)

9 NOMBRE DE LA

PRÁCTICA

Troceadores 4 hrs.


Tabla 1

Parámetro 0% 25% 75% 100%

Siguiendo el ejemplo del Problema 1 (Ver presentación Troceadores “Ejemplos” y

“Configuraciones”). Demostrar gráficamente los valores de: (a) él voltaje de salida

, (b) la y , (c) el voltaje de la componente ondulatoria pico a pico de

salida y (d) la corriente de la componente ondulatoria pico a pico del

inductor .

Parte II:

Utilizar el convertidor elevador de la Figura 2 y considerar un inductor ,

un capacitor de y una carga resistiva de 10 ohms. Fijar la alimentación de

entrada . Visualizar las corrientes y voltajes en el convertidor para diferentes

ciclos de trabajo k. Completar la siguiente Tabla 2. (Ver video 2)

Figura 2. Circuito elevador

Tabla 2.

Parámetro 0% 25% 75% 100%




, (b) la y , (c) la corriente de la componente ondulatoria pico a pico del

inductor y (d) el voltaje de la componente ondulatoria pico a pico de

salida .

Parte III: Finalmente, utilizar el convertidor reductor-elevador de la Figura 3 y considerar un

inductor , un capacitor de y una carga resistiva de 10 ohms. Fijar la

alimentación de entrada . Visualizar las corrientes y voltajes en el convertidor para

diferentes ciclos de trabajo k. Completar la siguiente Tabla 3. (Ver video 3)

Figura 3. Circuito reductor/elevador

Tabla 3.

Parámetro 0% 25% 75% 100%



, (b) la y (c) el voltaje de la componente ondulatoria pico a pico de

salida y (d) la corriente de la componente ondulatoria pico a pico del

inductor

Parte IV: Responde de manera clara y sustancias los siguientes cuestionamientos.

1. ¿Qué cambios significativos identificaste al variar el ciclo de trabajo en la

conmutación del transistor de potencia en cada configuración?

2. ¿Cómo se podrían reducir las componentes ondulatorias en el voltaje de la salida

(capacitor) y en el inductor? ¿Cuál sería la limitante en la implementación para

poder reducir estas componentes?


I. Competencia

Observar el desempeño de los inversores CD-CA por PWM sinusoidalidal y sus

características de funcionamiento por medio del simulador PSIM para el correcto uso de

sus aplicaciones en la industria de manera ordenada, disciplinada y eficiente.



III. Introducción

Para que un convertidor de energía funcione como inversor, debe transferir potencia

desde una entrada C.C hasta una carga de C.A.

Algunos de los conceptos de un inversor por modulación PWM SINUSOIDAL son la

relación de voltajes de las señales de referencia senoidal (señal de control) y la portadora

(triangular), así como la relación de las frecuencias de referencia (onda de control) y la

portadora (triangular). Sus relaciones se representan por las siguientes formulas.

La salida del inversor dependerá de la relación de amplitud de modulación o de

frecuencia de modulación. A continuación se muestra un gráfico que ilustra cómo afecta

a la salida del inversor estas dos relaciones.

CARRERA

PLAN DE

ESTUDIO

CLAVE

ASIGNATURA

NOMBRE DE LA

ASIGNATURA

Ing. Macatrónica 2009-2 11905 Diseño Electrónico

GRUPO PROFESOR(A)

PRÁCTICA

No.

LABORATORIO

DE


(HORAS)

10 NOMBRE DE LA

PRÁCTICA

Inversores 2hrs.


Zonal Lineal

La relación de amplitud de modulación está comprendida entre 0 y 1.

La amplitud de la componente fundamental de la tensión de salida es proporcional a ma.

(V0)=ma*Vd.

Existe una banda de armónicos alrededor de mf, 2mf, 3mf, etc

Sobre Modulación

La relación de amplitud de modulación es mayor que 1.

Se producen muchos más armónicos

La amplitud de los armónicos dominantes en la zona lineal , no son dominantes durante la

sobremodulación.

La amplitud de la componente fundamental de la salida no solamente depende de ma ,

sino que también depende de mf, por lo cual la relación de tensión de entrada deja de ser

lineal.

Onda cuadrada

La amplitud de la componente fundamental de la tensión de salida, toma el valor máximo

durante todo este periodo.

El valor máximo de la amplitud es de 1,273 veces la tensión de entrada.


El número de armónicos es mayor que en los casos anteriores, por lo tanto la tensión de

salida es menos parecida a una sinusoidal pura.

Filtrado de la tensión de salida

El objetivo del filtrado es ofrecer a la carga únicamente el primer armónico de la tensión

que ha sintetizado el inversor, prescindiendo de los armónicos de orden superior que esta

tensión lleva asociados.

IV. Procedimiento

Armar el siguiente circuito inversor con Modulación PWM sinusoidal con las siguientes

especificaciones: Vdc = 110v, fsin=60 hz (frecuencia de referencia), ftri= 1050hz (frecuencia

moduladora) , donde ma=0.8 y mf=21.

Circuito. Circuito típico de un inversor por modulación PWM SINOSOIDAL con

conmutación de tensión bipolar.


1. Ver el tipo de señal a la salida. Colocar la forma de onda con sus debidas

observaciones en el reporte

2. Ver las armónicas que genera dicha configuración en un rango de frecuencia y en que

frecuencias aparecen las más predominantes. Seleccionando la función FFT en

SIMVIEW

Función FFT (Transformada de Fourier)

Ejemplo de Representación de armónicos.

¿Qué representan las armónicas en una onda sinosoidal?

3. Coloca el siguiente Filtro a la salida del inversor.

¿Qué tipo de filtro es y porqué se seleccionó este filtro?


Referencias Maloney, T. J. (2006). Electónica Industrial 5ta Edición. México: Pearson Educación

Rashid, M. H. (2004). Electrónica de Potencia 3era Edición. México: Pearson Educación

Manual PSIM

Apuntes de clases, presentaciones y video tutoriales

Manual de Prácticas de Diseño Electrónico

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