Manual de Practicas Potencia

Manual de prácticas de Electrónica de Potencia.

Página 1

Índice PRACTICA #1........................................................................................................................ 5

DISPARO CON UJT .......................................................................................................... 5

PRACTICA #2...................................................................................................................... 12

DISPARO CON PUT ....................................................................................................... 12

PRACTICA # 3..................................................................................................................... 20

DISPARO CON SBS........................................................................................................ 20

PRACTICA #4...................................................................................................................... 26

DISPARO CON REDES PASIVAS RC ................................................................................ 26

PRACTICA # 5..................................................................................................................... 34

DISPARO CON TIMER...................................................................................................... 34

PRACTICA # 6..................................................................................................................... 42

DISPARO USANDO PWM ............................................................................................. 42

PRACTICA 7........................................................................................................................ 48

CONTROL DE SEÑAL TRIFÁSICA.............................................................................. 48

PRAC TICA 8 ..................................................................................................................... 62

CIRCUITO DE DISPARO CON TRIAC CON MICROCONTROLADOR Y DETECCIÓN DE CRUCE POR CERO........................................................................... 62

PRACTICA # 9..................................................................................................................... 63

RECTIFICACION NO CONTROLADA......................................................................... 63

PRACTICA # 10................................................................................................................... 70

RECTIFICACION CONTROLADA ............................................................................... 70

PRACTICA # 11................................................................................................................... 79

CONVERTIDOR CD-CD ................................................................................................ 79

PRACTICA # 12................................................................................................................... 85

INVERSOR MONOFÁSICO PUENTE........................................................................... 85

PRACTICA # 13................................................................................................................... 91

INVERSOR TRIFÁSICO PUENTE ................................................................................ 91

PROGRAMA: .................................................................................................................... 98

PRACTICA # 14................................................................................................................. 101

CONTROLADOR DE CA BIDIRECCIONAL TRIFÁSICO ....................................... 101


Página 2

Apéndice A ......................................................................................................................... 116

Teoría del SCR ............................................................................................................... 116

Apéndice B ......................................................................................................................... 120

Teoría del TRIAC ........................................................................................................... 120

Apéndice C ......................................................................................................................... 123

Características eléctricas del MC34063.......................................................................... 123


Página 3

INTRODUCCION

En la actualidad, la imperiosa necesidad de hacer más eficiente el uso de la

energía ha dado lugar a un crecimiento increíble en el conocimiento de la

Electrónica de Potencia, nuevos dispositivos de control, dispositivos de potencia

más eficientes, software de desarrollo y simulación se usan en el diseño de

circuitos de control de energía eléctrica eficientes y robustos. Conocimientos en el

área digital, analógica, control y programación se conjugan en el dominio de la

Electrónica de Potencia. Podemos ver que una gran diversidad de equipos

domésticos e industriales se han desarrollado con base al conocimiento de la

Electrónica de Potencia.

Uno de los dispositivos de potencia más usado es el SCR (Rectificador Controlado

de Silicio, ver Apéndice A), otros como el TRIAC (Tiristor de Conducción Bilateral,

ver Apéndice B), IGBT (Transistor Bipolar de Compuerta Aislada), MOSFET

(Transistor de Efecto de Campo de Metal Oxido Semiconductor) también son

importantes, se utilizan en forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia

y operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un

estado conductor. Para muchas aplicaciones prácticas se puede suponer que son

interruptores o conmutadores ideales, aunque en realidad para diseños de calidad,

exhiben ciertas características y limitaciones que deben ser tomadas en cuenta.

Dispositivos de control como UJT (Transistor de Unión Única), PUT (Transistor de

Unión Programable), SBS (Switch Bilateral de Silicio) y dispositivos digitales

también serán usados en este manual de prácticas.

En las prácticas se usan graficas simuladas para el mejor entendimiento de los

circuitos, se ha usado el ORCAD como herramienta de simulación y diseño

aunque no es limitante para el uso de otra herramienta computacional.

En este manual se expondrán los conceptos básicos para el control y uso de los

dispositivos de potencia más importantes en diversas configuraciones. La


Página 4

organización del manual de prácticas corresponde a la misma secuencia de los

temas de estudio, del programa de Electrónica de Potencia, clave ECM-0415 de la

carrera de Ingeniería Electrónica. En el primer tema se expone la introducción de

la electrónica de potencia y dispositivos de disparo, con las prácticas: Disparo con

los dispositivos UJT, PUT y SBS. En el segundo tema, Circuitos de disparo, se

aborda los circuitos de disparo con redes pasivas, Timer y PWM. En el tercer

tema: Los circuitos rectificadores y convertidores AC-CD controlados. En el cuarto

tema: Los circuitos convertidores CD-CD o Troceadores. En el quinto tema, los

circuitos inversores CD-AC y controladores AC-AC. Por último se muestra la teoría

del SCR en el Apéndice A, TRIAC en el Apéndice B y del IC MC34063 en el

Apéndice C, como ayuda en el desarrollo de las prácticas.

OBJETIVO GENERAL DEL MANUAL.

Este manual es elaborado con el objetivo de fortalecer los conocimientos del

alumno en el campo de la Electrónica de Potencia, facilitar el desarrollo de las

prácticas de Electrónica de Potencia, así como llevar un seguimiento del curso de

Electrónica de Potencia de la carrera de Ingeniería Electrónica.


Página 5

TEMA 1

Introducción a la electrónica de potencia y dispositivos de disparo.

OBJETIVO: Comprender la terminología de los dispositivos electrónicos de

disparo y diseñar circuitos de disparo con dispositivos discretos .

PRACTICA #1

DISPARO CON UJT

OBJETIVO ESPECÍFICO

Comprender el funcionamiento de circuitos de control de energía eléctrica con

SCR y TRIAC usando activación por medio de UJT (Transistor de Unión Única o

también conocido como Transistor Monounión).

INTRODUCCIÓN

El UJT es un dispositivo excelente para el disparo de los SCR. La mayoría de los

principios de disparo del UJT se aplican igualmente bien para el TRIAC. En la

figura 1.1 se muestra el símbolo del UJT.


Página 6

Fig. 1.1 Símbolo del transistor UJT.

Hay varias razones para la compatibilidad entre los UJT y el SCR:

a) El UJT produce una salida tipo pulso, la cual es excelente para efectuar con

seguridad el paso a conducción de un SCR sin que se exceda la capacidad de

disipación de potencia de la puerta del SCR.

b) El punto de disparo del UJT es prácticamente estable en un amplio rango de

temperatura. Puede hacerse más estable con un pequeño esfuerzo. Este hecho

anula la inestabilidad en temperatura de los SCR.

c) Los circuitos de disparo con UJT facilitan el control realimentado.

El método clásico para disparar un SCR con un UJT se muestra en la figura 1.2.

Fig. 1.2 Esquemático de disparo de un SCR por medio de UJT.

Cuando el voltaje de entrada V1 cruza por cero hacia positivo, C1 comienza a

cargarse a través de R2 hasta que el capacitor C1 alcanza el voltaje pico del UJT1,

0

R2

100k

C1 60n

R3 1k

C

R1 100

SCR1 C122B1

D1 +

Vs - UJT1

2N2646

V1 FREQ = 60 VAMPL = 120

E

RD 2.2k

100

+

VR1 -

+VCarga-


Página 7

como consecuencia se activa el UJT1 originando un pulso de voltaje en R1,

activando el SCR1; De este modo hace que fluya corriente por carga durante el

resto del semiciclo positivo. Las formas de onda se muestran en las graficas de la

figura 1.3.

Fig. 1.3 Señal de voltaje en zener, R1 y Carga.

El circuito proporciona una sincronización automática entre el pulso de disparo del

UJT1 y la polaridad del SCR1. Es decir, cada vez que el UJT1 entregue un pulso,

hay garantía de que el SCR1, se encuentra con el voltaje de ánodo a cátodo en la

polaridad correcta, para que pase al estado de conducción. La potencia en la

carga se controla por medio del potenciómetro R2. Cuando R2 es baja, C1 se

carga rápidamente, lo cual produce un disparo temprano del UJT1, y como

consecuencia del SCR. Cuando R2 es grande, C1 se carga más lentamente, lo

cual produce un disparo retardado y un bajo promedio de corriente de carga .

El UJT también es un buen dispositivo para el disparo del TRIAC, en la figura 1.4

se muestra un circuito de disparo de TRIAC usando un UJT. En este circuito el

voltaje de alimentación de CA de forma senoidal se rectifica con un circuito


Página 8

puente de diodos, esta señal se recorta con el diodo zener, el voltaje zener es

aplicado como alimentación y sincronización de fase al circuito del UJT, cuando se

activa el UJT se genera un pulso de voltaje que pasa através del transformador de

impulso hasta la compuerta del TRIAC activándolo en cada fase de la señal de

entrada, asegurando el control en el semiperiodo positivo y negativo del voltaje

de alimentación, el potenciómetro R3 se usa para controlar el tiempo de activación

del TRIAC.

Las señales de este circuito en la carga, compuerta y TRIAC se muestran en la

figura 1.5.

Figura 1.4 Circuito de disparo de TRIAC usando un UJT.

CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO:

Esta práctica esta correlacionada con el tema: Introducción a la Electrónica de

Potencia y Dispositivos de Disparo, cubriendo subtemas 1.1, 1.2 y parte del 1.3.

MATERIAL Y EQUIPO:

X4

MAC224A8

X3

2N2646

R324k

R2

2.2k

0

C1510n

D1

1N5255

12V1

FREQ = 60VAMPL = 169VOFF = 0

TX1

BAW101

R1

144

R4

1k

+VCarga-


Página 9

Osciloscopio con 3 canales diferenciales

Puntas de prueba con atenuación 100:1

Multímetro

Resistencia 2.2kΩ

Potenciómetro 2.2 KΩ

Resistencia R3 1KΩ

Resistencia R4 100Ω

Foco 120 VAC, 100 W

Capacitor 0.68µf

Diodo Zener D1N4474 o similar.

UJT 2N4871

SCR 2N1597 o similar.

Transformador de aislamiento (1:1)

METODOLOGIA:

NOTA: Tener cuidado con el uso del osciloscopio, pueden hacer corto por tierra. Si

el circuito a medir no esta aislado utilice un trasformador aislador conectado al

osciloscopio para evitar problemas de corto en el circuito por medio de tierras, ver

figura 1.6.

Fig. 1.6. Protección del Osciloscopio.

1.- Construya el circuito esquemático de la figura 1.2.

2.- Con el Osciloscopio mida los voltajes en la carga, capacitor y compuerta, varíe

lentamente el potenciómetro R4 en todo su rango y observe el cambio en las

señales. Verifique que las mediciones y señales sean las esperadas.


Página 10

3.- Grafique los resultados de las mediciones. Use un valor de R4 tal que la señal

de carga se corte en los puntos máximos de la señal de alimentación.

4.- Construya el circuito de la figura 1.4, puede usar otros valores de elementos, si

así lo desea y recalcular los valores para un buen funcionamiento del circuito.



señales. Verifique que las mediciones y señales sean las esperadas.

3.-Grafique los resultados de las mediciones. Use un valor de R3, tal que la señal

en la carga se corte en los puntos máximos y mínimos de la señal de alimentación.

SUGERENCIAS DIDACTICAS:

Complementar la información proporcionada por el maestro.

Trabajar en grupos de 3 personas máximo y mínimo de 2.

Estudiar y comprender la práctica y temas relacionados previamente a su

desarrollo.

Hacer los cálculos requeridos de los elementos a utilizar en la práctica,

previos al desarrollo de la misma.

Simular los circuitos usando ORCAD, CircuitMaker u otro software

previamente al desarrollo de cada práctica.

REPORTE DEL ALUMNO:

Entregar al maestro el reporte de cálculos de los elementos de los circuitos

a desarrollar en el laboratorio, antes de cada práctica.

Entregar al maestro el reporte escrito de la práctica realizada y el archivo en

disco, en la siguiente semana de la realización de la práctica.


Página 11

BIBLIOGRAFIA:

Timothy J. Maloney, Electrónica Industrial del Estado sólido, Ed. Prentice

Hall.

M. Rashid, Electrónica de Potencia, Ed. Thomson.

Manual de Tiristores, Motorola.

Henri Lilen, Tiristores y Triacs, Ed. Alfaomega Marcombo.


Página 12

PRACTICA #2

DISPARO CON PUT

OBJETIVO ESPECÍFICO.


SCR y TRIAC usando activación por medio de PUT.

INTRODUCCIÓN

El transistor de unión programable PUT, es un pequeño tiristor de cuatro capas

PNPN, muy diferente a la estructura del UJT, pero que tiene la misma función y

uso del UJT: El disparo de SCR y TRIAC. El símbolo se muestra en la figura 2.1.

Fig. 2.1 Símbolo del PUT.

Un PUT se puede usar como oscilador de relajación, tal y como se muestra en la

figura 2.2. El voltaje de compuerta VG es dado por la fuente de alimentación y el

divisor de voltaje formado por Rl y R2. El voltaje de punto de pico Vp=VG+0.7 V, el

cual puede variar al modificar el valor del divisor resistivo R1 y R2. Si el voltaje del

ánodo VA es menor que el voltaje de compuerta VG, el dispositivo conservara en

su estado inactivo, pero si el voltaje de ánodo excede al de compuerta en una

caída de voltaje de diodo VD, se alcanzará el punto de pico Vp y el dispositivo se

activará. La corriente de pico Ip y la corriente del punto de valle Iv dependen de la

impedancia equivalente en la compuerta y del voltaje de alimentación de CD. En

general Rk esta limitado a un valor por debajo de los 100 Ohms.

COMPUERTA

ANODO

CATODO


Página 13

R y C controlan la frecuencia (f) junto con R1 y R2. El periodo de oscilación T esta

dado en forma aproximada por:

T= 1/f = RC ln [Vs/(Vs-Vp)] = RC ln [1+(R2/R1)]

Figura 2.2 Circuito oscilador con PUT.

El PUT es también, un dispositivo excelente para el disparo de los SCR y TRIAC.

El circuito de la figura 2.3, usa un PUT con un SCR para controlar las dos fases de

la señal de entrada.


Página 14

Fig. 2.3 Circuito de disparo con SCR usando un PUT.

En este circuito la señal de entrada senoidal es rectificada por el puente de diodos

D1, D2, D3, D4, la señal rectificada es recortada por el zener D5 y usada como

alimentación y sincronización de cada fase en el circuito oscilador con PUT, R2 y

C1 determinan el tiempo de activación del PUT, cuando el voltaje de C1 alcanza el

voltaje de pico Vp del PUT, el voltaje de pico es determinado por el divisor de

voltaje R3, R4. Cuando se activa el PUT se origina un pulso de voltaje en el

cátodo que es transmitido por medio del transformador de impulso hasta la

compuerta del SCR, activándolo en cada semiciclo o fase de la señal de entrada.

Los diodos D6, D7, D8, D9 direccionan la conducción de corriente en una misma

dirección ánodo-cátodo del SCR, para cada semiciclo de la señal de entrada.

Sustituyendo los diodos D6, D7, D8, D9 y el SCR por un TRIAC se obtendría el

mismo efecto en la carga, con la misma señal de voltaje.


Página 15

Las formas de ondas de este circuito PUT-SCR, se puede observar en la figura

2.4.

Fig. 2.4 Graficas de las señales en la carga, SCR y compuerta.

En el caso de usar un TRIAC en lugar del subcircuito formado por D6, D7, D8, D9

y el SCR, las señales en carga, compuerta y TRIAC se muestran en la figura 2.5.


Página 16

Fig. 2.5 Graficas de las señales en la carga, TRIAC y compuerta.


Esta practica esta correlacionada con el tema: Introducción a la Electrónica de


MATERIAL Y EQUIPO


Punta de prueba con atenuación de 100:1

Foco 120VAC, 100W

Diodo Zener 24V

PUT 2N6027

SCR 1N6403

Resistencia 2.2KΩ

Resistencia 60KΩ

Resistencia 50KΩ

Potenciómetro 100KΩ

Transformador para pulsos


Página 17

Capacitor 0.47µf

Transformador 1:1

8 Diodos IN4007

METODOLOGIA:


el circuito a medir no esta aislado utilice un trasformador aislador conectado a1


figura 1.6.

1.- Construya el circuito esquemático de la figura 2.6 y conteste lo que se pide.

Fig. 2.6 Circuito de disparo PUT-SCR.



señales. Verifique que las mediciones sean correctas y las señales las esperadas.


Página 18

3.- Grafique los resultados de las mediciones. Ajuste el valor de R5 tal que el

voltaje de la carga se recorte en los puntos máximos y mínimos de la señal de

alimentación.

4.- En la figura 2.6, cambie el subcircuito formado por los diodos D21, D22, D23,

D24 y el SCR X3 por un TRIAC, puede usar otros valores de elementos si así lo

desea y recalcular los valores para un buen funcionamiento del circuito.



señales. Verifique sus mediciones y revise que las señales sean las esperadas.



alimentación.





desarrollo.





REPORTE DEL ALUMNO:




Página 19



BIBLIOGRAFIA:


Hall.





Página 20

PRACTICA # 3

DISPARO CON SBS

OBJETIVO ESPECÍFICO.


SCR y TRIAC usando activación por medio de SBS (Switch Bilateral de Silicio).

INTRODUCCIÓN

El SBS es un circuito integrado que tiene características similares a los tiristores

de cuatro capas PNPN, ya que en su activación presenta característica de

resistencia negativa. El símbolo se muestra en la figura 3.1.

Compuerta

Anodo1

Anodo2

Fig. 3.1 Símbolo del circuito integrado SBS.

El diagrama del circuito integrado SBS se muestra en la figura 3.2. El SBS tiene

tres terminales, conduce en dos direcciones por las terminales Anodo1 y Anodo2,

la compuerta sirve para cambiar el voltaje de activación del SBS, colocando un par

de diodos zener de menor voltaje entre las terminales de Compuerta-Anodo1 y

Compuerta-Anodo2 como se indican en los diodos zener internos del SBS, en este

caso el voltaje de activación es igual a la caída de voltaje del transistor mas el

voltaje zener del diodo externo. Otra manera es colocando en las mismas

terminales resistencias de 20 K, reduciendo el voltaje de activación hasta 4 V

aproximadamente.


Página 21

Un circuito de disparo típico usando un SBS para activar un TRIAC se muestra en

la figura 3.3.

Figura 3.2 Circuito del SBS.

En este caso el SBS y TRIAC hacen buena pareja ya que los dos son

bidireccionales y pueden controlar las dos fases de la señal de entrada en un

circuito muy simple económico y funcional.

Fig. 3.3 Circuito de disparo con TRIAC usando un SBS.

En este circuito el voltaje aplicado al SBS esta desfasado respecto al voltaje de

entrada con una constante de tiempo dada por la red C1(R1+R4) que controla el

tiempo de activación por medio de R1 del circuito de disparo, los dispositivos

6.8 V

Compuerta

Anodo2

20k

Anodo1

20k

6.8 V

V1

60 Hz

120 V X1

X2

D1

R5

R2

C2

C1

CARGA

R1

R4

R3

D2


Página 22

D1,D2 y R5 sirven para descargar el capacitor C1 al termino de la fase positiva de

la señal de entrada, para que siempre el voltaje del capacitor C1 empiece de casi

0 V en cada semiciclo de la señal de entrada y así no haya corrimiento de fase

que afecte a la activación del TRIAC. R2 y C2 es una red de Snubber que sirve

para reducir las señales transitorias de línea y así no afecte el funcionamiento del

TRIAC por efectos de dv/dt. Las señales en Carga, Compuerta del triac y

terminales principales del TRIAC se muestran en la figura 3.4.

Fig. 3.4 Graficas de las señales en la Carga, TRIAC y Compuerta del triac.

CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO: Esta práctica esta correlacionada con el tema: Introducción a la Electrónica de


MATERIAL Y EQUIPO

Osciloscopio 3 canales diferenciales


Página 23

Punta de prueba con atenuación 100:1

R3, Foco 120VAC, 100W

X1 TRIAC MAC120

X2 SBS MBS4991

R1 Resistencia 1000 KΩ


R4 Resistencia 470 Ω

R5 Potenciómetro 5.1KΩ

C1 Capacitor 0.22 µf

C2 Capacitor 0.1 uf

D1,D2 Diodos IN4003 METODOLOGIA:


el circuito a medir no esta aislado utilice un trasformador aislador conectado a1


figura 1.6.

1.- Construya el circuito esquemático de la figura 3.3, si usa dispositivos de

valores diferentes a los indicados, calcule los valores del resto de los elementos

para un buen funcionamiento del circuito.

2.- Con el Osci loscopio mida los voltajes en la Carga, TRIAC y compuerta del triac,

varíe lentamente el potenciómetro R1 y observe el cambio en las señales.

Verifique que las mediciones sean correctas y las señales las esperadas.



alimentación.





Página 24


desarrollo.





REPORTE DEL ALUMNO:





BIBLIOGRAFIA:


Hall.





Página 25


Página 26

TEMA 2

Circuitos de disparo. OBJETIVO: Diseñar circuitos de disparo usando diferentes técnicas.

PRACTICA #4

DISPARO CON REDES PASIVAS RC



SCR y TRIAC usando redes pasivas RC (Resistiva-Capacitiva).

INTRODUCCIÓN

El método mas simple de control de compuerta es adicionando un capacitor en el

extremo inferior de la resistencia del terminal de compuerta, tal como se muestra

en la figura 4.1. La ventaja de este circuito es que el ángulo de disparo puede

ajustarse a más de 90 grados.

Figura 4.1. Circuito de control de compuerta de un SCR por red pasiva RC.

En el circuito cuando la fuente AC es negativa, el voltaje inverso a través del SCR

es aplicado al circuito de disparo (R1+R2)C1, cargando el capacitor C1 su placa

superior negativa y su placa inferior positiva, por lo que el SCR no se activa.

V1

60 Hz

120 V

C1

R4

R2

R1

SCR


Página 27

Cuando la fuente entra en su semiciclo positivo, el voltaje directo a través del SCR

tiende a cargar C1 en la polaridad opuesta. Sin embargo, la formación de voltaje

en la dirección opuesta es retardada por la constante de tiempo (R1+R2)C1 de la

red pasiva RC. Este retardo en la aplicación de un voltaje positivo a la puerta,

puede extenderse más allá de 90°.

Cuanto mayor sea la magnitud de la resistencia del potenciómetro, mas tiempo

toma C1 en cargar positivamente su placa superior, y mas tarde se activará el

SCR.

Esta idea puede ampliarse utilizando cualquiera de los circuitos de disparo de la

figura 4.2. En La Figura 4.2a, se ha adicionado una resistencia en la terminal de

compuerta, y se requiere por tanto que el capacitor se cargue por encima de 0,6 V

para disparar al SCR. Con la resistencia conectada, el voltaje del capacitor debe

alcanzar un valor lo suficientemente alto para inyectar la corriente de compuerta

necesaria Igt a través de la resistencia y hacia la terminal de compuerta. Dado que

C1 ahora se carga a un voltaje más alto, el disparo es aun más retardado.

La figura 4.2b muestra una red RC doble para el control de compuerta. En este

esquema, el voltaje retardado de C1 es uti lizado para cargar C2, resultando aun

más retardo en la formación del voltaje de compuerta. Los capacitores de la figura

4.2 generalmente están en el rango de 0.1 a 1 μF. Para la magnitud dada de los

capacitores, el mínimo ángulo de disparo (máxima corriente de carga), se

determina por medio de las resistencias R1 y R3 y el mínimo ángulo de disparo,

(mínima corriente de carga), se determina sustancialmente por la magnitud de la

resistencia variable R2.

Los fabricantes de SCR proporcionan curvas detalladas para ayudar a la selección

de resistencias y capacitores para los circuitos de control de compuerta de la

figura 4.2. En términos generales, cuando estos circuitos de control se utilizan con

una fuente AC de 60 Hz, La constante de tiempo RC del circuito debe estar en el


Página 28

rango de 1 a 30 ms. Es decir, para el circuito simple RC de la figura 4.2a, el

producto (R1+R2)* C1 debe estar en el rango de 1 ms a 30 ms. Para el circuito

doble RC de la figura 4.2b, (R1+ R2)*C1 debe estar comprendido en este rango, lo

mismo que R3C2.

Fig. 4.2 Circuitos de disparo RC mejorados. a) Adicionando una resistencia en R3 en la compuerta. b) Adicionando una red R3C2 en la compuerta.

Las formas de onda de las señales para el circuito de la figura 4.2b se muestran

en la figura 4.3.

R4

C2

SCR

R2

R1

R3

C1

(a)

R1

SCRR3

(b)

V1

60 Hz

120 V

R4

V1

60 Hz

120 VR2

C1


Página 29

Fig. 4.3 Graficas de las señales del circuito de disparo RC.

El uso de redes pasivas RC para disparo de TRIAC se muestra en la figura 4.4. El

circuito 4.4a y 4.4b funcionan de forma muy similar a los circuitos de la figura 4.2

solo que en este caso al TRIAC conduce en dos direcciones cuando este se

activa, produciendo en la carga una señal alterna de fase recortada para cada

semiciclo, el TRIAC se activa cuando alcanza el valor de cebado o activación de

compuerta Igt. Las formas de onda de las señales para este circuito se muestran

en la figura 4.5.


Página 30

Figura 4.4 a) Circuito simple de control de compuerta para un TRIAC. b) Circuito

de control mejorado, el cual proporciona un amplio rango de ajuste del ángulo de disparo.

Fig. 4.5 Graficas de las señales del circuito de disparo RC con TRIAC.


Esta practica esta correlacionada con el tema: Circuitos de disparo, cubriendo

subtemas 2.1.

C1

R2R3 TRIACR3

(a)

V1

60 Hz

120 V

V1

60 Hz

120 V

(b)

R2

R4R4

R1

C1

TRIAC

C2

R1


Página 31

MATERIAL Y EQUIPO:

Osciloscopio 3 canales diferenciales

Puntas de prueba con atenuación 100:1

R4 Foco 100 W 120 VAC

SCR MCR12D o equivalente

TRIAC MAC210-6 o equivalente


R2 Potenciómetro 500 KΩ


C1,C2 Capacitores 0.22µf

METODOLOGIA:

1.- Construya el circuito de la figura 4.2b. En el caso de no tener los elementos de

la lista de materiales con los valores indicados, recalcule los valores de los

dispositivos a usar para un buen funcionamiento del circuito.

2.- Use el osciloscopio diferencial o un osciloscopio de canales con entrada común

usando aislamiento con transformador para evitar cortos circuitos, vea la figura

1.6.

3.- Mida los voltajes en la carga, compuerta y SCR. Grafique las señales medidas.

Verifique que sean las señales que esperaba ver.

4.- Construya el circuito de la figura 4.4b y repita el paso 2 y 3 anteriores.





desarrollo.


Página 32





REPORTE DEL ALUMNO:





BIBLIOGRAFIA:


Hall.





Página 33


Página 34

PRACTICA # 5

DISPARO CON TIMER.


Comprender el funcionamiento de circuitos de control de energía eléctrica usando

circuitos integrados TIMER.

INTRODUCCIÓN

En esta práctica se mostrara el TIMER 555 como dispositivo de control de disparo

para un TRIAC. El TIMER 555 es un circuito integrado muy estable cuya función

primordial es la de producir pulsos de temporización con una gran precisión y que,

además, puede funcionar como oscilador, con periodos de oscilación de

microsegundos hasta horas.

Algunas aplicaciones son como temporizador, oscilador, divisor de frecuencia,

modulador de frecuencia, generador de señales triangulares.

El IC TIMER 555 se muestra en la figura 5.1.

Figura 5.1. Diagrama interno del TIMER 555.


Página 35

El TIMER 555 Se alimenta de una fuente externa conectada entre sus terminales

positiva (8) y tierra (1); el valor de la fuente de alimentación se extiende desde 4.5

V hasta 16.0 V de corriente continua, la misma fuente exterior se conecta a un

circuito pasivo RC exterior, que proporciona por medio de la descarga de su

capacitor una señal de voltaje que esta en función del tiempo, esta señal de

transición es de 1/3 de Vcc y se compara contra el voltaje aplicado externamente

sobre la terminal (2) que es la entrada de un comparador.

La terminal (6) se ofrece como la entrada de otro comparador, en la cual se

compara a 2/3 de la Vcc contra la amplitud de señal externa que le sirve de

disparo. La termina1 (5) se dispone para producir modulación por anchura de

pulsos, la descarga del condensador exterior se hace por medio de la terminal (7),

se descarga cuando el transistor NPN, se encuentra en saturación, se puede

descargar prematuramente el capacitor por medio de la polarización del transistor

PNP.

Se dispone de la base del transistor PNP en la terminal (4), si no se desea

descargar antes de que se termine el periodo, esta terminal debe conectarse

directamente a Vcc, con esto se logra mantener cortado al transistor PNP, de otro

modo se puede poner a cero la salida involuntariamente, aun cuando no se desee.

La salida esta provista en la terminal (3) del microcircuito y es además la salida de

un amplificador de corriente (buffer), este hecho le da mas versatilidad al circuito

de tiempo 555, ya que la corriente máxima que se puede obtener cuando la

terminal (3) se conecta directamente a tierra es de 200mA.

La salida del comparador "A" y la salida del comparador "B" están conectadas al

Reset y Set del FlipFlop tipo SR (FF-SR) respectivamente, la salida del FF-SR

actúa como señal de entrada para el amplificador de corriente, mientras que el

voltaje de la terminal (6) sea mas pequeño que el voltaje contra el que se

compara, la entrada Reset del FF-SR no se activará, por otra parte mientras que el

nivel de tensión presente en la terminal 2 sea mas grande que e l nivel de tensión

contra el que se compara la entrada Set del FF-SR, no se activará.


Página 36

El uso del TIMER 555 como circuito oscilador se muestra en la figura 5.2. La señal

de salida tiene forma de onda cuadrada de periodo predefinido por el diseñador

del circuito. La señal de salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y en un nivel

bajo un tiempo T2. Los tiempos de duración dependen de los valores de R1 y R2.

Figura 5.2 Oscilador con TIMER 555.

Las formas de onda del circuito 5.2 se muestra en la figura 5.3.

Fig. 5.3 Señales del capacitor en la terminal 6 y de salida en terminal 3.

T1 = 0.67 (R1 + R2) C T2 = 0.67 * R2* C

T = T1 + T2

La frecuencia con que la señal de salida oscila esta dada por la

formula:

F = 1 / T F = 1.44 / (R1 + 2R2)


Página 37

Una aplicación del oscilador con TIMER 555 se muestra en la figura 5.4. En la fig.

5.4a el circuito de disparo tiene un transformador de impulsos y en la fig. 5.4b el

circuito tiene un optoaislador salida triac, ambos dispositivos tienen la misma

función de aislar el circuito de control (TIMER 555), del circuito de potencia

(TRIAC). El circuito de control (circuito oscilador con TIMER 555) proporciona el

tiempo de activación, ajustando el potenciómetro R4 del circuito de la fig. 5.4. El

voltaje de alimentación es rectificado por el puente rectificador y recortado por el

diodo zener, variando desde 0 V hasta el voltaje zener, este voltaje es 0 V

justamente cuando inicia un semiciclo de la señal de alimentación, proporciona ndo

una sincronización al circuito oscilador respecto a la señal de alimentación. En la

descarga del capacitor C1 se genera una señal pulso en la terminal 3 del IC 555

que se transmite a través del transformador de pulsos o del optoacoplador hasta la

compuerta del TRIAC, activándolo y proporcionando una señal alterna de fase

recortada en la carga.


Página 38

Fig. 5.4. Circuito de disparo con TIMER 555 usando a) Acoplamiento a Transformador o Magnético, b) Optoacoplamiento.

La figura 5.5 muestra las señales alimentación, carga, capacitor C1 y compuerta

del circuito de la figura 5.4.

C1

R2

R1

U2

1

2

64

R1

C2

U3

1

2 3

4ac1

- ac2

+

R5

C1

Vcompuerta

R5

X1

R4

(a)

Vcarga

R3

TX1

Vcarga

D1

V1

60H

179V

Vcompuerta

R3

V1

60H

179V

Vc1

D1

R7

X1

R4

R6

U3

1

2 3

4ac1

- ac2

+

U1555B

1

2

34

5

6

7

8

GND

TRIGGER

OUTPUTRESET

CONTROL

THRESHOLD

DISCHARGE

VCC

(b)

C2

Vc1

U1555B

1

2

34

5

6

7

8

GND

TRIGGER

OUTPUTRESET

CONTROL

THRESHOLD

DISCHARGE

VCC

R2


Página 39

Fig. 5.5 Formas de onda del circuito 5.4a y 5.4b.

CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO: Esta practica esta correlacionada con el tema: Circuitos de disparo, cubriendo

subtemas 2.2, 2.3.

MATERIAL Y EQUIPO

R1 Foco 100W 120V R2 Resistencia 1 K

R3 Resistencia 100

R4 Potenciómetro 200 K

R5 Resistencia 3 K

R6 Resistencia 200

R7 Resistencia 300

C1 Capacitor 0.1 uF

C2 Capacitor 0.01 uF

TX1 Transformador de impulsos

U1 IC TIMER 555B

U2 Optoaislador salida Triac MOC3011

X1 TRIAC MAC210-6

U3 IC rectificador puente D1G4B1

D1 Zener D1N4749

1 Osciloscopio con 3 canales diferenciales.

Time

0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40ms 45ms 50ms

V(R1:1,R1:2)

-200V

0V

200V

SEL>>

Vcarga

V(TX1:3,TX1:4)

-4.0V

0V

4.0V

Vcompuerta

V(R3:1,C1:1)

0V

10VVc1

V(R1:1,0)

-200V

0V

200V

V1


Página 40


METODOLOGIA:

1.-Construya el circuito 5.4a, para este circuito. En el caso de no tener los

elementos de la lista de materiales con los valores indicados, recalcule los valores

de los dispositivos a usar para un buen funcionamiento del circuito. Las formulas

de los periodos y frecuencias son las siguientes

Carga del capacitor C1, T1= 0.67 (R2+R3+R4)C1

Descarga de C1, T2 = 0.67 R3 C1

Como R3 << R2+R4 entonces T=T1+T2≈T1

Por lo tanto, la frecuencia de oscilación es F = 1/T.

2.- Use el osciloscopio diferencial o un osciloscopio de canales con entrada común

usando aislamiento con transformador para evitar cortos circuitos, vea la figura

1.6.

3.- Mida los voltajes en la carga, capacitor compuerta y TRIAC. Grafique las

señales medidas. Verifique que sean las señales que esperaba ver.

4.- Construya el circuito de la figura 5.4b y repita el paso 2 y 3 anteriores.





desarrollo.


Página 41





REPORTE DEL ALUMNO:





BIBLIOGRAFIA:


Hall.





Página 42

PRACTICA # 6

DISPARO USANDO PWM


Comprender el funcionamiento de circuitos de control de energía eléctrica usando

Modulación de Ancho de Pulso PWM.

INTRODUCCIÓN

El circuito de la figura 6.1 es un generador PWM, esta integrado por un oscilador y

un comparador, el IC U5A funciona como oscilador y el IC U4A como comparador,

la salida PWM es por la terminal 1 del U4A, la carga y descarga del capacitor C1

genera una señal diente de sierra que se compara con la señal de V2, el voltaje de

V2 puede ser el voltaje de la señal analógica de un sensor. V2 es una fuente para

simular la entrada de una señal de sensor. La figura 6.2 muestra la señal PWM, la

señal de la fuente V2 simulando la entrada de una señal de sensor y la oscilación

diente de sierra que se produce en el capacitor C1.


Página 43

Fig. 6.1 Circuito PWM con OPAM.

Fig. 6.2 Formas de onda del circuito PWM.

En la figura 6.3 se muestra un sistema de control de temperatura de lazo cerrado,

el ajuste de temperatura se hace por el potenciómetro R5, el diodo D1 sirve como

sensor y esta colocado en la carga R1, el sistema de control emplea el circuito

PWM de la figura 6.1, el sensor D1 es parte de puente Wheatstone colocado a la

entrada del amplificador U2A que amplifica en una relación de 1:1000, la señal del

sensor amplificada es comparada con la señal del oscilador y la salida PWM es

aplicada al optoaislador salida triac con característica de detección de cruce por

VCC

R10

C1

00

V2

R7

U4A

MC33074/MC

3

2

411

1

+

-

V+

V-

OUT

R6

U5A

MC33074/MC

3

2

411

1

+

-

V+

V-

OUT

+PWM-R13

R11

0.1s 0.2s 0.3s 0.4s 0.5s 0.6s 0.7s 0.8s 0.9s 1.0s

SENSOR


Página 44

cero, para activar el triac X1, permitiendo una señal en la carga de intervalos de

semiciclos completos, como se muestra en la figura 6.4. Se observa que cuando la

señal del sensor esta dentro de los limites de control fijados por los valores de

voltaje mínimo y máximo de la señal de oscilación, la cantidad de los semiciclos en

la carga es menor que cuando la señal del sensor esta por arriba del valor máximo

de la señal de oscilación y casi nula por debajo del valor mínimo de la señal de

oscilación, permitiendo en ciclo cerrado la corrección de las desviaciones de la

temperatura en la carga.

Fig.6.3 Circuito de control de temperatura en lazo cerrado usando PWM.

U2B

MC33074/MC

5

6

411

7

+

-

V+

V-

OUT

R14

D2

R9

U2A

MC33074/MC3

2

411

1

+

-

V+

V-

OUT

CIRCUIT

CROSS

ZERO

U1

MOC3061

1

2

6

4

R12

R7

U2C

MC33074/MC

10

9

411

8

+

-

V+

V-

OUTR10

D1

R2

0

C2

X1MAC210-6

R8

R4

R6

R11

R5

R1

12 V

V1

60H

179V

R13

C1

R3


Página 45

Fig. 6.4 Formas de onda del circuito de control con PWM de la figura 6.3.

CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO: Esta practica esta correlacionada con el tema: Circuitos de disparo, cubriendo

subtemas 2.2.1, 2.3.2, 2.3.3 del programa de estudio de Electrónica de Potencia.

MATERIAL Y EQUIPO

C1 Capacitor 1 uF

C2 Capacitor 0.47 uF

D1 Diodo D1N4001

D2 Diodo D1N4001

R1 FOCO 120 V 100 W

R2 Resistencia 300

R3 Resistencia 0.5k

R4 Resistencia 0.5k

R5 Potenciómetro 10K

R6 Resistencia 4.7k

R7 Resistencia 4.7k

R13 Resistencia 4.7k

R14 Resistencia 4.7k

R8 Resistencia 100k


Página 46

R9 Resistencia 100k

R12 Resistencia 100k

R10 Resistencia 4700k

R11 Resistencia 00k

U1 Optoaislador MOC3061

U2 OPAM MC33074A

X1 TRIAC MAC210-6

1 Osciloscopio con 3 canales diferenciales.

Punta de prueba con atenuación de 100:1 METODOLOGIA:

1.-Construya el circuito 6.3, para este circuito, en el caso de no tener los

elementos de la lista de materiales con los valores indicados, recalcule los valores

de los dispositivos a usar para un buen funcionamiento del circuito.

2.- Conecte el osciloscopio diferencial o un osciloscopio de canales con entrada

común usando aislamiento con transformador para evitar cortos circuitos, vea la

figura 1.6.

3.- Mida los voltajes en la Carga R1, capacitor C1, salida PWM de U2B y TRIAC.

Grafique las señales medidas. Verifique que sean las señales que esperaba ver.





desarrollo.






Página 47

REPORTE DEL ALUMNO:





BIBLIOGRAFIA:


Hall.





Página 48

TEMA 3

PRACTICA 7

CONTROL DE SEÑAL TRIFÁSICA

I. Objetivo General Un circuito trifásico genera, distribuye y utiliza energía en forma de tres voltajes,

iguales en magnitud y simétricos en fase. Las tres partes similares de un sistema trifásico se

llaman fases. Como el voltaje en la fase A alcanza su máximo primero, seguido por la fase

B y después por la C se dice que la rotación de fases es ABC. Esta es una convención

arbitraria; en cualquier generador, la rotación de fases puede invertirse, si se invierte el

sentido de rotación.

En la práctica se presenta un rectificador controlado de seis pulsos. En este caso el

pulso es mandado a cada uno de los SCR’s de disparo al punto que va a conducir, el

control tiene que activar en pares a los SCR’s para que pueda controlar la intensidad del

foco.

II. Desarrollo

Para llevar acabo el control de la señal trifásica de la red eléctrica, se requirió el

conocimiento de diferentes componentes eléctricos y electrónicos, asi, como un pleno

conocimiento del comportamiento de señales eléctricas y principios básicos de ingeniería

electrónica.

Diseño de etapa para detectar intersección entre fases Para poder tener un control sobre el disparo de los dispositivos SCR’s, es necesario

poder monitorear la secuencia entre fases, dicho monitoreo permitirá determinar que par de

dispositivos (SCR’s) es preciso disparar, por lo tanto, se diseño un circuito capas de

proporcionar valores que indiquen cada cruce entre fases. El diseño del circuito consta de

tres optoaisladores (4N25), los cuales se conectaron directamente a la línea bifásica de 220

Vrms. En la Figura 3.1 se muestra el circuito correspondiente, donde se puede observar que


Página 49

los tres optoaisladores se encuentran conectados en cascada, teniendo una diferencia de

potencial de 220 Vrms conectados a dos líneas desfasadas 120°.

Figura 3. 1 Circuito Para detectar cruce de intersección entre fases.

El funcionamiento del circuito se basa en la rectificación generada por los Led a la

entrada de los optoaisladores, debido a que la alimentación del led es alterna el dispositivo

solo permitirá el flujo de corriente en una dirección, rectificando así la señal en medio

ciclo. Para poder aislar la parte de polarización negativa al led del optoaislador, se requirió

colocar en serie un diodo (1N4007) rectificador capas de soportar valores altos en

polarización inversa, ya que el led del optoaislador no soporta valores muy altos en

polarización inversa. El valor de 6 KΩ de la resistencia limitadora se determino con la

siguiente ecuación:


Página 50

Donde:

RD, Es el valor de la resistencia que limita la corriente del led contenido a la entrada

del optoaislador.

VD, Corresponde al valor de polarización del diodo rectificador.

Vled, Es el valor de voltaje necesario para el encendido del led contenido en

optoaislador.

Imax, Corresponde al valor de corriente que se desea circule por el led del

optoaislador.

Un factor importante a considerar es la potencia necesaria que debe tener la

resistencia esto ya que se encuentra con una gran cantidad de voltaje, el cual se calculo de

la siguiente manera:

Puesto que se desea saber el momento de intersección entre dos líneas, al momento

en el que el led del optoaislador es encendido o apagado, significa que ha ocurrido un cruce

entre las dos líneas a las que se encuentra conectado, siendo esta la manera como se puede

saber cuando se cruzan las fases, por lo tanto, se polarizo el optotransistor de la parte

receptora contenido en el optoaislador, para que se ubique en modo de corte o saturación

dependiendo del estado del led, de esta manera se obtienen valores digitales por parte del

optotransistor, al igual que se encuentra aislada la señal del circuito de CA.


Página 51

Figura 3. 2 salidas de optoaisladores por polarización de señal.

Para lograr ubicar el optotransistor en modo de saturación y corte se caracterizo el

led del optoaislador con un gran valor de corriente (35mA), de esta manera la cantidad de

luz incidente en el optotransistor será muy grande provocando una gran corriente de base,

de la misma manera se caracterizo el optotransistor con una resistencia en colector de un

valor alto (10KΩ), con el fin de permitir un flujo muy pequeño de corriente.

Respuesta de circuito detector de cruce de fases Como se menciono en la sección anterior, el funcionamiento se basa en la

rectificación del led, logrando la saturación del optotransistor ubicado a la salida del

optoaislador, por lo tanto se entiende, que cada flaco ya sea de subida o de bajada de la

señal de salida del optotransistor se puede considerar una intersección entre las fases a las

que se encuentra conectado el optoaislador. En la Figura 3.3 se observa las formas de onda


Página 52

de salida de las terminales AB y BC, con respecto a la red eléctrica trifásica, no fue

posible visualizar las tres señales a dado que los osciloscopios solo poseen dos canales.

Figura 3. 3 Formas de onda para salida AB y BC.

Como se ilustra en la figura anterior el tiempo entre un cruce de las líneas AB y BC

corresponde a tiempo equivalente a 120 grados, esto dado que es desfasamiento natural de

las líneas, este valor de tiempo se puede comprobar de la siguiente manera.

Como se comento anteriormente los flancos de las señales indican intersección entre

fases, por lo tanto cada que ocurre un cambio de estado en cualesquiera de las tres señales

indica que deben encenderse otro par de SCR’s y apagarse los que estaban encendidos, de

esta manera el tiempo entre dos flancos debe ser igual al tiempo de la señal de disparo, es

decir 1/3 parte de medio ciclo de 8.33ms. En la Figura 3.4 se muestra el tiempo medido

entre dos flancos mas próximos, donde la señal de color azul corresponde a la salida AB y

la señal amarilla a BC.


Página 53

Figura 3. 4 Medición de tiempo entre flancos próximos.

Diseño de etapa de control Para desarrollar la etapa de control se recurrió a la utilización de un

microcontrolador, el cual se programo para realizar el control adecuado, para llevar a cabo

este control por medio del microcontrolador, se conectaron las salidas de monitoreo de la

red trifásica, esto para detectar la intersección entre fases y poder determinar la activación

de los SCR’s. De las tres señales de lectura se creo un tren de pulsos cada que existe un

cambio en el valor de las terminales, esto para utilizarlo como interrupción en la terminal

B0 del PIC, dicha interrupción ocasionara que le pic este leyendo siempre los cambios de

las intersecciones de las fases. En la siguiente tabla 3.1 se muestra la salida determinada

para utilizarse como interrupción.

Tabla 3. 1 Salidas con respecto a Valores lógicos de AB, BC y CA.

Salidas de optoaisladores Valor de salida

AB BC CA

1 0 1 0

0 0 1 1

0 1 1 0

0 1 0 1

1 1 0 0


Página 54

Para obtener los valores requeridos como salidas con respecto a los valores de los

optoaisladores se diseño la siguiente lógica, la cual se muestra en la Figura 3.5.

Figura 3. 5 circuito lógico para obtener valor de interrupciones.

Como se ilustra en el circuito de la Figura 3.5, solo se requieren 4 compuertas

NAND y 2 compuertas NOT, por lo que al momento de implementarlo solo se utilizo 1

integrado 74LS00N y un 74LS04N.

Respuesta de circuito generador de interrupciones La señal obtenida para utilizarse como interrupción genera tres flancos dentro un

medio ciclo de cada señal de salida de los optoaisladores, esto ya que la señal solo indica

los tres flancos que se traslapan en las salidas, en la siguiente Figura 3.6 se ilustra dicha

señal utilizada para interrumpir la rutina del microcontrolador.

1 0 0 1


Página 55

Figura 3. 6 Señal de interrupción generada con salida de optoaisladores.

Creación de programa de control Como se menciono anteriormente el control se logra mediante un microcontrolador

(PIC18F458), del cual se utilizaron cinco entradas para leer las señales de los

optoaisladores, la interrupción y el valor de los botones, solo se colocan dos botones los

cuales permitirán el desplazamiento del pulso a lo largo del tiempo de una interrupción a

otra, al igual que se utilizaron 6 salidas para la activación de los SCR`s correspondientes. A

continuación se muestra el código para la lógica de control del microcontrolador.

#include <18F458.h> //Pic a utilizar.

#fuses XT,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP //Ordenes para el programador.

#use delay (clock=4000000) //Frecuencia de oscilacion=4Mhz.

#use fast_io(B) //Uso del Puerto B

#use fast_io(D) //Uso del Puerto D

#byte porta=5 //las siguientes 6 lineas son para

#byte portb=6 //indicar las direcciones de los puertos

#byte portc=7 //para el microcontrolador.

#byte portd=8

#byte porte=9

int B0 =0; //declaracion de variables globales.

int x = 6;

int t = 0;

int d = 0;

#INT_EXT //declaracion de interrupcion.

ext_isr() //Funcion de interrupcion.

{


Página 56

if (input(PIN_B4)==0 && input(PIN_B5)==1) //lee entradas de botones

{

t = 1; //se cumple si se desea desplazar el pulso.

}

if (input(PIN_B4)==1 && input(PIN_B5)==0) //lee entradas de botones

{

t = 2; //se cumple si se desea retroceder el pulso

}

if(input(PIN_B1)==0 && input(PIN_B2)==1 && input(PIN_B3)==1) //las siguientes 6 condiciones se

{x = 0;} //utilizan para identificar que

// lineas se an cruzado.

if(input(PIN_B1)==0 && input(PIN_B2)==0 && input(PIN_B3)==1)

{x = 1;}


{x = 2;}


{x = 3;}


{x = 4;}


{x = 5;}

switch (x) //activa el caso correspondiente al valor leeido por el puerto

{

case 0: //caso para encender T5 y T6

delay_us(20); //genera tiempo de retardo por precaución

delay_us(d*500); //genera tiempo de retardo de acuerdo al valor de la variable d.

OUTPUT_d(0x30); //envia valor para la activación de T6 y T5.

delay_us(80); //tiempo que dura el pulso en alto para la activacion de los SCR's

OUTPUT_d(0x00); //envia ceros para desactivar SCR's

break; //indica que se rompe la rutina d le caso.

case 1: //igual que en caso anterior solo cambia el valor

delay_us(20); //de salida que activa los SCR's

delay_us(d*500);

OUTPUT_d(0x21); //envia valor para la activacion de T6 y T1.

delay_us(80);

OUTPUT_d(0x00);

break;

case 2:

delay_us(20);

delay_us(d*500);


delay_us(80);

OUTPUT_d(0x00);


Página 57

break;

case 3:

delay_us(20);

delay_us(d*500);


delay_us(80);

OUTPUT_d(0x00);

break;

case 4:

delay_us(20);

delay_us(d*500);

OUTPUT_d(0x0C); //envia valor para la activacion de T4 y T3.

delay_us(80);

OUTPUT_d(0x00);

break;

case 5:

delay_us(20);

delay_us(d*500);


delay_us(80);

OUTPUT_d(0x00);

break;

default:

OUTPUT_D(0x00); //condicion de default envia ceros por precaucion

break;

}

if (B0==0) //condicion para cambiar el flanco de la interrupcion.

{

ext_int_edge(L_TO_H); //indica que la interrupcion sera de bajo a alto.

B0 = 1; //cambia valor de variable para siguiente interrupcion.

}

else

{

ext_int_edge(H_TO_L); //indica que la interrupcion sera de alto a bajo.

B0 = 0; //cambia valor de variable para siguiente interrupcion.

}

}

void main() //in icio funcion principal

{

int j; //se declara varible.

set_tris_b(0xFF); //Ajusta Todo el Puerto B como salida.

set_tris_d(0x00); //Ajusta Todo el Puerto D como salida.

output_d(0x00); //Envia ceros por puerto D.

port_b_pullups(TRUE);

enable_interrupts(int_ext); //habilita interrupcion B0

ext_int_edge(H_TO_L); //declara interupcion de alto a bajo.


Página 58

enable_interrupts(GLOBAL); //habilita uso de interruciones disponibles del pic.

d=0;

while(1) //sentencia para retina infin ita.

{

OUTPUT_D(0x00); //envia ceros para desactivar SCR's

delay_ms(50); //retardo para asegurar apagado de SCR's

for (j=0; j<=10; j++) //contador

{

if (t==1 && d<=40 && j==50) //condicion para aceptar boton de aumento

{

d=d+1; //aumenta en 1 lavariable d

t=0; //pone a cero variable t.

}

if (t==2 && d>=2 && j==50) //condicion para aceptar boton de decremento

{

d=d-1; //decrementa en 1 la variab le d

t=0; //pone a cero variable t.

}

}

}

}

En la siguiente Figura 3.7 se muestra el circuito del microcontrolador con las

entradas y salidas correspondientes, como se ilustra las salidas utilizadas para la activación

de los SCR`s es el puerto D y el puerto B para leer las entradas tanto de los botones como

de la interrupción y el monitoreo de la intersección de fases.


Página 59

Figura 3. 7 Circuito final de etapa de control.

Respuesta de circuito de etapa de control En la figura 3.8 se muestra las imágenes obtenidas del circuito de control, dichas

salidas corresponden a las formas de ondas capturadas de los pines D0 a D6, los cuales

proporcionan las salidas de activación de los SCR’s.

Figura 3. 8 Formas de onda de pin D0 y D1.

Creación de programa de control


Página 60

Para poder activar los SCR’s, con el microcontrolador fue preciso colocar

optoaisladores con el fin de proteger el pic, siendo estos optoaisladores con salida a

optotriac, en la Figura 3.9 se ilustra el circuito correspondiente diseñado, como se observa

el optotransistor interrumpe la terminal de compuerta, a dicha terminal se le coloco una

resistencia para limitar la corriente de compuerta de SCR, al igual que permitir un flujo de

corriente que no dañe el optotriac.

Figura 3. 9 Circuito de etapa de potencia.

Respuesta de circuito de etapa de potencia. Como carga para la etapa de potencia se conectaron dos lámparas incandescentes de

100 watts, en la Figura 3.10 se muestran las formas de onda obtenidas de las terminales de

la carga, dicha señal se midió a su máxima potencia, es decir el encendido de los SCR`s se

crea inmediatamente después de detectar el cruce entre fases.


Página 61

Figura 3. 10 Formas de onda de la carga a máxima potencia.

Dado que es posible controlar el tiempo de desplazamiento del pulso de encendido

de los SCR`s, se obtiene un control de l potencia de la carga, en la Figura 3.11 se muestra la

forma de onda capturada en la carga para un tiempo de desplazamiento de 1ms después de

detectar el cruce entre fases.

Figura 3. 11 Forma de onda para carga baja potencia.


Página 62

PRACTICA 8

CIRCUITO DE DISPARO CON TRIAC CON MICROCONTROLADOR Y DETECCIÓN DE CRUCE POR CERO

Observaciones Para esta práctica se tiene como objetivo controlar el disparo de un triac por

medio de un microcontrolador y que este sea capaz detectar el cruce por cero

para comenzar un contador para mantener en ciertos intervalos de tiempo

encendido el triac y poder observar cómo cambia la luminosidad del foco.

Descripción del circuito Para ello se dividió en tres etapas para poder analizarlas de una mejor

manera:

Primera etapa: Detección de cruce por cero En la figura 1 se muestra un circuito electrónico que tiene la finalidad la

detectar el cruce por cero para ello se emplea un transformador de que reduzca el

voltaje de línea en nuestro caso se utilizó un transformador de 120v a 18 volts.

Figura 1 Circuito de detección de cruce por cero

Una vez que el voltaje es reducido la señal se procesa para obtener una

rectificación de onda completa como se muestra en la figura 2 esta medición está

siendo obtenida del nodo 4 de la figura 1.


Página 63

Figura 2 Rectificación de onda completa

Teniendo la señal rectificada colocamos un capacitor para tener un nivel de cd que

alimentara al transistor que conmutara para obtener los pulsos deseados como se

observa en la figura 3

Figura 3Circuito de conmutación

Este circuito compara el voltaje de entrada con un nivel bajo por lo que al

detectar ese cruce por cero este circuito conmuta al transistor para poder activar

un optoacoplador que será la entrada al microcontrolador para comenzar la

secuencia de conteo, estos pulsos los podemos observar en la figura 4


Página 64

Figura 4 Señal de cruce por cero

Algo que se puede observar es que el acoplamiento de esta primera etapa

se hace por medio de un optoacoplador para mantener aislado las cargas de alto

voltaje con las de microntrolador y para obtener un nivel de 5 volts estables para

una buena detección del cruce por cero.

En la siguiente figura 5 se puede observar como al ser rectificada la onda senoidal

efectivamente el circuito si cumple la función especificada y como a los 8.33ms

este transistor conmuta para lograr esa detección.

Figura 5 Señal de 8.33ms

Segunda etapa: Control de tiempo con microcontrolador: En la figura 6 se muestra el esquema de cómo se obtiene la señal del cruce

por cero por una de la entradas del microcontrolador en el PIN C0


Página 65

Figura 6 Cruce por cero con PIC

A continuación se presenta el programa que se llevo a cabo para la

ejecución del PIC:

#include <18f458.h>

#fuses xt,nowdt

#use delay (clock=4000000)

#use fast_io(A)

#use fast_io(C) #use fast_io(D)

#byte porta = 5

#byte portc = 7

#byte portd = 8

void main() {

int q,x;

set_tris_b(0xFF);

set_tris_c(0xFF);

while(1) {

q=input_b();

x=q*32;

if(input_c()==1)

{ output_d(0);

delay_us(0+x);

output_d(1);

delay_us(30);

output_d(0); delay_us(8300-x);


Página 66

}

} }

Tercera etapa: Etapa de potencia En esta etapa se encarga de dar la potencia a la carga con el control del

micro para ello se utilizo un optoacoplador para evitar daños directos con el

microcontrolador, las señales se observa en la Figura 7 que son medidas en la

carga .

Figura 7 Etapa Final

Se observa con el triac comienza su disparo como a la mitad de onda 4 a 5

ms en ambos sentidos tanto en el positivo y el negativo.

Material y equipo requerido

o PIC 18F458

o Dip switch 8

o 3 diodos 1N4004

o 12 Resistencias 1KΩ

o 1 Resistencia de 10KΩ


Página 67

o 2 Resistencias de 220KΩ

o 1 Capacitor de 1500µF

o 1 Clavija

o 1 Transformador de 120V a 18V

o 1 Transistor BC549

o 1 Optoacoplador 4N25

o 1 MOC3020

o 1 Triac 2N6071

o 1 Foco

o 1 Fuente de poder

o 1 Osciloscopio

o Puntas atenuadas de 10X

o Protoboard

o Programador de PIC’s

o Software C CC

Manual de prácticas Electrónica de Potencia .

Página 63

RECTIFICACION CONTROLADA Y NO CONTROLADA .

OBJETIVO: Evaluar las características de los rectificadores y aplicarlos al control de

maquinas de CD.

PRACTICA # 9

RECTIFICACION NO CONTROLADA


Comprender y reforzar el conocimiento de la rectificación no controlada, mediante la

realización de prácticas de laboratorio de circuitos monofásicos y trifásicos

rectificadores.

El diagrama de la figura 7.1 es un circuito rectificador puente monofásico con filtro

paso bajos RC, la característica del rectificador puente es de convertir la señal alterna

de la fuente de alimentación en una señal positiva pulsante, como se observa en la

figura 7.2, esta señal tiene un valor de corriente directa y una cantidad infinita de

armónicas como se observa en la figura 7.3. Como en esta clase de circuitos solo

interesa la componente de voltaje de CD, podemos usar un filtro paso bajos RC para

atenuar o eliminar algunos armónicos de la señal rectificada, la respuesta a la

frecuencia del filtro RC usado se muestra en la figura 7.4. La señal rectificada después

del filtro muestra en la figura 7.5. Se observa que la forma de la señal ha cambiado,

esto se debe a que algunos armónicos se atenuaron y otros casi se eliminaron, como

se observa en la figura 7.6. Si se usa un filtro paso bajo con una respuesta de

frecuencia de caída mas pronunciada entes del primer armónico se puede obtener una

señal con una componente ondulatoria mas reducida en la carga.

Manual de Practicas de Electrónica de Potencia

Ing. Sergio Alberto Puga Guzmán 64

Figura 7.1 Circuito rectificador puente monofásico con filtro RC.

Figura 7.2 Señal rectificada sin usar el filtro RC.

Figura 7.3 Transformada de Fourier de la señal rectificada de la fig. 7.2.

R1

D3

FILTRO RC

C1

D4

V1

60Hz

170V

PUENTE

RECTIFICADOR

R2

D2 CARGAD1

Frequency

(120.000,71.275)



Fig. 7.4 Respuesta a la frecuencia del filtro RC.

Fig. 7.5 Señal rectificada en la carga usando el filtro RC.

Fig. 7.6 Transformada de Fourier de la señal rectificada de la figura 7.5.

El diagrama de la figura 7.7 es un circuito rectificador puentea trifásico con un filtro

paso bajos RC, comparativamente este circuito es mas eficiente en la rectificación que

el circuito rectificador puente monofásico, además que el fi ltrado es mas fácil ya que

los armónicos de la señal rectificada son de frecuencias mas altas que aquellas del

rectificador monofásico y pueden ser fácilmente atenuadas o casi eliminadas con un

Frequency

0V



simple filtro paso bajos RC. El circuito de la figura 7.7 usa el filtro RC del rectificador

monofásico con los mismos valores. La señal rectificada de la figura 7.8 es pasada por

el filtro RC y aplicada a la carga, ver figura 7.10. Los armónicos de ambas señales se

pueden observar en las figuras 7.9 y 7.11, comparando los armónicos de estas

graficas se puede notar la cantidad a la que fueron atenuados o casi eliminados por el

filtro, mejorando el filtro se puede obtener una señal casi libre de armónicos, en la

carga.

Fig. 7.7 Circuito rectificador trifásico puente.

Fig. 7.8 Señal rectificada en la carga sin usar el filtro RC.

D1 D5

R2

V3

60H170V PHASE = 240

FUENTE TRIF

C1

D6

V2

60H170V PHASE = 120

0

D3

V1

60H170V PHASE = 0

FILTRO

PUENTE RECT TRIF

D4

R1

1

D2

CARGA

0V



Fig. 7.9 Transformada de Fourier de la señal de la figura 7.8, mostrando el componente de CD y los armónicos de mas valor.

Fig. 7.10 Señal rectificada del circuito rectificador trifásico usando el filtro RC.

Fig. 7.11 Componente de CD y armónicos de la senal de la figura 7.9.


Esta practica esta correlacionada con el tema: Rectificación no controlada y controlada,

cubriendo subtemas 3.1.1, 3.2.1 del programa de estudio de Electrónica de Potencia.

Frequency

0V

Frequency



MATERIAL Y EQUIPO

C2 Capacitor electrolítico 250 uF

D1,D2,D3,D4,D5, D6 Diodos D1N4004 R1 Resistencia 1

R2 FOCO 120 V 100 W

Fuente trifásica 120-240 V



METODOLOGIA:

1.-Construya el circuito 7.1. En el caso de no tener los elementos de la lista de

materiales con los valores indicados, recalcule los valores de los dispositivos a usar


2.- Conecte el osciloscopio diferencial o un osciloscopio de canales con entrada común

usando aislamiento con transformador para evitar cortos circuitos, vea la figura 1.6.

3.- Mida los voltajes en la carga sin usar el fi ltro y grafique la señal, después mida la

señal en la carga usando el filtro y grafique la señal. Verifique que sean las señales que

esperaba ver.

4.- Construya el circuito de la figura 7.7 y repita el paso 2 y 3 anteriores.





desarrollo.

Hacer los cálculos requeridos de los elementos a utilizar en la práctica, previos

al desarrollo de la misma.

Simular los circuitos usando ORCAD, CircuitMaker u otro software previamente

al desarrollo de cada práctica.



REPORTE DEL ALUMNO:

Entregar al maestro el reporte de cálculos de los elementos de los circuitos a

desarrollar en el laboratorio, antes de cada práctica.



BIBLIOGRAFIA:

Timothy J. Maloney, Electrónica Industrial del Estado sólido, Ed. Prentice Hall.






PRACTICA # 10

RECTIFICACION CONTROLADA


Comprender y reforzar el conocimiento de la rectificación controlada, mediante la

realización de prácticas de laboratorio de circuitos monofásicos y trifásicos

convertidores.

INTRODUCCIÓN

En el circuito de la figura 8.1 es un semiconvertidor monofásico, este circuito puede

entregar en la carga un voltaje de CD a partir de un voltaje de alimentación de entrada

alterno. El voltaje de CD en la carga es controlado por el potenciómetro R4 del circuito

de control de puerta usado para activar los SCRs X2 y X3, el circuito de control es por

medio de PUT y usa una fuente de corriente constante diseñada con un JFET-N para

cargar de forma lineal el capacitor C1. Los SCR se activan usando aislamiento de

transformador TX3 y TX4, el motor es del tipo de bobinado de campo y esta

permanentemente alimentado por la salida del puente rectificador U3, el diodo D4 y R8

se usa para evitar picos de voltaje cuando se desconecta el bobinado de campo

estando energizado, el rotor del motor esta instalado como carga en el circuito. Este

control puede variar la velocidad del motor de CD al variar el potenciómetro de R4. Las

señales en la carga, zener, capacitor C1, compuertas de SCR y alimentación se

muestran en la figura 8.2.



Fig. 8.1 Semiconvertidor monofásico puente.

Fig. 8.2 Señales del circuito semiconvertidor monofásico puente.

En la figura 8.3 se muestra un convertidor trifásico completo, al igual que los

convertidores monofásicos, estos convierten el voltaje de alimentación un un voltaje de

salida de CD variable en la carga, el voltaje de salida de CD es variable porque se

puede controlar por medio de un dispositivo o circuito de control . Los convertidores

D1

0

K1

JFET-N

R5

V1

60Hz

170V

0

R4

U3

1

23

4ac1

-ac2

+

R2

C1

G2

R8

TX4

K1

PUT

CARGA

D3

U2

TX3

G2

G1

D2

G1

K2

CAMPO

J1

D4

K2

X3

X2

R3

A

- +

MG1

MOTOR

12

L1

SEL>>



trifásicos se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales hasta el nivel de 220kW

en las que se requiere de una operación de 2 cuadrantes. Los tiristores se disparan en

intervalos de π/3.

Figura 8.3 Circuito de potencia de un convertidor trifásico completo. En wt = π/6 + ∞, el SCR T6 ya conduce y el SCR el T1 se activa. Durante el intervalo

(π/6 + ∞) wt ≥ (π/2 + ∞) conducen los tiristores T1 y T6 y a través de la carga aparece

el voltaje de línea a línea Vab= (Van - Vbn).

En wt = π/2 + ∞, el tiristor T2 se dispara y el tiristor T6 de inmediato se desactiva., los

tiristores T1 y T2 conducen y el voltaje de línea a línea Vac aparece en la carga.

Los voltajes de línea a línea correspondientes son:

Vab = √3 Vm Sen (wt + π/6 )

Vbc = √3 Vm Sen (wt – π/2 )

Vca = √3 Vm Sen (wt + 5π/6 )

El Voltaje promedio se determina a partir de

Vcd = ((3√3 Vm ) / π) Cos α

El máximo Voltaje es cuando α es igual a cero

Vdcmax = (3√3 Vm ) / π

El Voltaje rms es: Vrms = 159.25v

Las formas de onda de entrada y salida se muestran en las figuras 8.4 y 8.5.

T1

T4

T5

V1

V2

T3

T6 T2

V3



Fig. 8.4 Voltajes de fase

Fig. 8.5 Voltaje de salida para un ángulo de disparo de cero grados.

CORRELACION CON EL PROGRAMA DE ESTUDIO: Esta practica esta correlacionada con el tema: Rectificación no controlada y controlada,

cubriendo subtemas 3.1.1, 3.2.2 del programa de estudio de Electrónica de Potencia.



MATERIAL Y EQUIPO

Semiconvertidor monofásico puente:

D1 Diodo D1N4749

D2 Diodo D1N4004

D3 Diodo D1N4004

D4 Diodo D1N4004

J1 JFET-N J2N5457

R1 Foco 120V 100W

R2 Resistencia 2.2k

R3 Resistencia 10k

R4 Resistencia 7k

R5 Resistencia 5k

R8 Resistencia 10

C1 Capacitor 0.1uF

U2 PUT 2N6027

U3 Puente Rectificador D1G4B1

X2 SCR 2N6403

X3 SCR 2N6403

MG1,L1 ROTOR y CAMPO de MOTOR CD



Convertidor trifásico puente:

3 Optotransistores 4N25

6 Optotriac MOC3011

6 SCR 2N6507

1 Microcontrolador PIC16F84

3 Diodos D1N4009

2 Capacitores 39 pF.

1 Cristal de 4 MHz.

9 Resistencias 20 KΩ.

2 Focos 120V, 60W.

1 PC

Compilador PIC C

Programador de PIC (PIC-Prog USB).

Fuente de voltaje de 10V.





METODOLOGIA






3.- Varié el potenciómetro R4 y observe el cambio de velocidad del motor. Mida los

voltajes en la carga, capacitor C1 y compuerta de l SCR, grafique las señales. Verifique

que sean las señales que esperaba ver.

4.- Construya el circuito de la figura 8.6. Use como carga un motor de CD con

especificaciones adecuadas a los niveles de voltaje a usar.

Figura 8.6. Diagrama esquemático para el convertidor trifásico completo.

5.- Una vez construido el circuito se procede a elaborar el programa de control del PIC

cuyo código se mostrará posteriormente.



El programa utilizado para el control de disparo de los SCR por medio del PIC 16F984

es el siguiente:

#include <16F84A.h>

#fuses HS,NOPROTECT,NOWDT

#use delay(clock=20000000)

main()

{

while (1)

{

if (input(PIN_A0))

{

//Etapa de activacion de T5-T6

output_low(PIN_B4);

output_high(PIN_B5); //Activación T5

output_high(PIN_B0); // Activación T6

delay_us(260);//1.333 ms //1.333 ms tiempo de activación de los SCR


output_low(PIN_B5); // Desactivación T5

output_high(PIN_B0); // Activación T6


delay_us(260); //1.333 ms tiempo de activación de los SCR


output_low(PIN_B0); //Desactivación T6



delay_us(260); //1.33ms tiempo de activación de los SCR







delay_us(260); //1.333ms tiempo de activación de los SCR





delay_us(260);//1.33ms





delay_us(260); //1.333 ms tiempo de activación de los SCR

}

}

}

6.- Una vez elaborado el programa de control, grabarlo en el microcontrolador para que

sea implementado en el circuito.

7.- Conecte el microcontrolador al circuito cuidando que las terminales de alimentación

estén conectadas correctamente.

8.- Encienda el circuito y a continuación observe los voltajes de salida en el

osciloscopio, grafique la señal en la carga.

.







desarrollo.





REPORTE DEL ALUMNO:





BIBLIOGRAFIA:




José María Angulo, Susana Romero Yesa, Ignacio Angulo; Microcontroladores

PIC, Ed. McGRAW-HILL.




TEMA 4

TROCEADORES

OBJETIVO: Analizar los circuitos troceadores y diseñar una fuente conmutada.

PRACTICA # 11

CONVERTIDOR CD-CD


Comprender el funcionamiento de fuentes de conmutación reguladas con el fin de

diseñar y construir una fuente CD-CD regulada.

INTRODUCCIÓN

Los troceadores o pulsadores de CD se pueden utilizar como reguladores de

conmutación para convertir un voltaje de CD, generalmente no regulado, a un voltaje

de salida de CD regulado. Básicamente un troceador esta formado de una fuente de

CD no regulada, uno o varios dispositivos de conmutación que funcionan como

interruptores que cierran y abren con una rapidez controlada para mantener un voltaje

regulado en la salida o carga, por lo general los pulsadores usan bobinas para lograr su

finalidad. La regulación se consigue por lo regular por medio de modulación de ancho

de pulso a una frecuencia fi ja. Los reguladores de conmutación están disponibles de

forma comercial como circuitos integrados. Los troceadores o pulsadores de CD se

clasifican de acuerdo a la polaridad del voltaje de salida y la dirección de corriente de

salida como clase A, B, C, D, E. Los pulsadores de CD, también, por el tipo de voltaje

de salida se clasifican en reductor, elevador, reductor- elevador e inversor o Cúk. En la

figura 9.1 se muestra un pulsador de CD.

Como se ve en la figura 9.1a el pulsador reductor siempre tendrá un voltaje de salida

Vo menor al voltaje de entrada Vs, como el switch SW abre y cierra a una frecuencia

fija y dado que una fracción del tiempo de oscilación estará cerrado entonces en la



carga existirá un voltaje promedio menor al voltaje de entrada, el diodo Dm es usado

cuando la carga es inductiva.

Fig. 9.1. Pulsadores de CD. a) Reductor. b) Elevador.

En la figura 9.1b el pulsador elevador el voltaje de salida Vo es igual al voltaje Vs de

entrada mas el voltaje en la bobina L. El voltaje de la bobina L es Ldi/dt, la variación de

corriente en la bobina di/dt es provocado por el abrir y cerrar del switch SW, el diodo D

usado es para garantizar el paso de voltajes positivos en la carga, el capacitor Co sirve

para suavizar el voltaje de salida, filtrando las armónicas del voltaje de carga Vo.

En la figura 9.2 se observa un diagrama a bloques de una fuente de conmutación de

CD regulada, aquí se utiliza un pulsador de CD donde el voltaje de salida Vo se

compara con un voltaje de referencia Vr, el voltaje de error o voltaje resultante de la

comparación Ve se introduce a una etapa de control, la etapa de control se alimenta de

una señal diente de sierra Vt y la salida Vpwm es una señal PWM que controla al

switch SW del pulsador de CD, corrigiendo las desviaciones del voltaje de salida y así

poder regular el voltaje de salida. El switch del pulsador SW puede ser un transistor

BJT, MOSFET o IGBT. El diseñador puede seleccionar la frecuencia de conmutación y

como regla practica, afín de maximizar la eficiencia, el periodo mínimo del oscilador

debe ser aproximadamente cien veces mayor que el tiempo de conmutación del

transistor que funciona de switch SW, si el transistor tiene un tiempo de conmutación

de 0.5 uS , el periodo del oscilador debe ser de 50 uS, lo que nos da una frecuencia de

20 kHz, esta limitación se debe a las perdidas por conmutación del transistor y de los

núcleos de los inductores, mismas que se incrementan con la frecuencia de

conmutación, como resultado la eficiencia se reduce.

(b)

Co

+

Vo

-

CARGA

(a)

LSW

1 2D

+

Vs Vs

+

Vo

-

+

DmSW

1

2

--

CARGA



Fig. 9.2. Diagrama a bloques de una fuente de conmutación regulada. Una fuente de conmutación regulada se muestra en la figura 9.3, en este circuito se

usa el IC MC34063, este dispositivo contiene un voltaje de referencia compensado en

temperatura, comparador, oscilador con un circuito de corriente limite, un driver y un

transistor switch SW con salida de alta corriente. En el apéndice C puede ver toda la

información de este dispositivo. El circuito formado es un regulador CD-CD del tipo

reductor. El voltaje Vo de salida se forma al filtrar por medio del inductor L y capacitor

Co la señal de la terminal SWe del MC34063. La señal de la terminal SWe es debida a

la conmutación del transistor NPN interno del MC34063, provocada por la señal de

control PWM generada internamente, Rsen1 y Rsen2 es un divisor de voltaje que sirve

como sensor en la retroalimentación del voltaje de salida para mantener el voltaje de

salida regulado.

Fig. 9.3. Fuente de conmutación regulada reductora.

La señal de Vo se observa en la grafica de la figura 9.4 y en la figura 9.5 se observan

las señales del capacitor Ct y del emisor del transistor de conmutación SWe.

MC34063

SWc

SWe

Ct

Gnd FB

Vcc

Ipk

DRc

U1

MC34063

Rsen2 1.2k

Co 220uF

Ct 470pF

Rp 100m

Vo

Rsen1 3.6k

Rcarga 10 Vs

25

Rs

0.33

Dm DN5819

L

220uH

0

+ Vs

- -

+ Vo

Vr Vt

Vpwm

Ve -

+

PULSADOR

CONTROL



Fig. 9.4 Grafica del voltaje de salida Vo para el circuito de la fig. 9.3.

Fig. 9.5. Señal en la terminal SWe y del capacitor Ct.

Las formulas de diseño son las siguientes:

offon ttT , periodo de conmutación.

Tf

1 , frecuencia de conmutación.

T

tk on , factor de activación.

kVsVo , voltaje promedio de salida.

28LCoVsf

VoVsVoVo

, voltaje de rizado pico-pico de Vo.

El tiempo ton es el ancho de pulso nivel alto de T y toff es el ancho de pulso nivel bajo

de T, estos tiempos están determinados por el capacitor Ct, que determina la

frecuencia de oscilación del IC MC34063 como se ve en las características eléctricas

proporcionadas por el fabricante del MC34063 en el apéndice C.

Time

1.0V

0.2ms 0.4ms 0.6ms 0.8ms 1.0ms 1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms 2.0ms

2.0V




Esta practica esta correlacionada con el tema: Troceadores, cubriendo subtemas 4.1 y

4.2 del programa de estudio de Electrónica de Potencia.

MATERIAL Y EQUIPO

Ct Capacitor 470 pF

Co Capacitor 220 uF

L Inductor 220 uH

Dm Diodos DN5819

Rs Resistencia 0.33

Rsen1 Resistencia 3.6 k

Rsen2 Resistencia 1.2 k

Rcarga Resistencia 10

U1 IC MC34063

Fuente de Alimentación de DC 0-30 V


Punta de prueba con atenuación 100:1

METODOLOGIA:






3.- Mida los voltajes en la carga sin usar el fi ltro y grafique la señal, después mida la

señal en la carga usando el filtro y grafique la señal. Verifique que sean las señales que

esperaba ver.

4.- Ponga un potenciómetro de 100 en serie con la resistencia de 10 en la carga y

varíe su valor en todo su rango, con el osciloscopio observe el cambio del voltaje Vo

tanto del voltaje promedio como del voltaje rizo pico a pico, calcule el porcentaje de

regulación para esta fuente conmutada.







desarrollo.





REPORTE DEL ALUMNO:





BIBLIOGRAFIA:




Manual DC/DC Converters, DATEL.




TEMA 5

INVERSORES Y CONVERTIDORES AC -AC

OBJETIVO: Conocer, comprender y diseñar circuitos convertidores DC-DC y AC-AC.

PRACTICA # 12

INVERSOR MONOFÁSICO PUENTE


Comprender el funcionamiento de circuitos inversores monofásicos con el fin de

diseñar y construir circuitos CD-CA.

INTRODUCCIÓN

Un inversor es un circuito utilizado para convertir corriente continua en corriente

alterna. La función de un inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente directa

a un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia

deseada por el usuario o el diseñador. Los inversores son utilizados en una gran

variedad de aplicaciones, desde pequeñas fuentes de alimentación para computadoras,

hasta aplicaciones industriales para manejar alta potencia. Los inversores también son

utilizados para convertir la corriente continua generada por los paneles solares

fotovoltaicos, acumuladores o baterías, etc, en corriente alterna y de esta manera

poder ser inyectados en la red eléctrica o usados en instalaciones eléctricas aisladas.

Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual es

utilizado para interrumpir la corriente entrante y generar una onda cuadrada. Esta onda

cuadrada alimenta a un transformador que suaviza su forma, haciéndola parecer un

poco más una onda senoidal y produciendo el voltaje de salida necesario. Las formas

de onda del voltaje de salida de un inversor ideal deberían ser senoidales.

Los inversores más modernos han comenzado a utilizar formas más avanzadas de

transistores o dispositivos similares, como los tiristores, los triac o los IGBT.

Inversores más eficientes utilizan varios artificios electrónicos para tratar de llegar a

una onda que simule razonablemente a una onda senoidal en la entrada del

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_continua

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nica_de_potencia

http://es.wikipedia.org/wiki/Oscilador

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_cuadrada

http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_senoidal

http://es.wikipedia.org/wiki/Voltaje

http://es.wikipedia.org/wiki/Tiristor

http://es.wikipedia.org/wiki/Triac

http://es.wikipedia.org/wiki/IGBT



transformador, en vez de depender de éste para suavizar la onda. Se pueden clasificar

en general de dos tipos: Inversores monofásicos e Inversores trifásicos. En esta

práctica se abordara los inversores monofásicos.

Dos esquemas de inversores monofásicos se muestran en la figura 10.1.

Fig. 10.1 (a) Monofásico puente, (b) Monofásico medio puente.

Para los dos inversores existe una señal alterna de forma cuadrada en la carga, la

conmutación de los transistores en el tipo puente es en pares: Q1Q2, Q3Q4, Q1Q2,

etc. Es importante que los pares Q1Q4 y Q3Q2 no se activen simultáneamente porque

provocaría un corto circuito. Para el inversor medio puente la conmutación es: Q1, Q2,

Q1, etc. En este caso, cuando Q1 se activa Vcc1 inyecta una corriente a la carga en un

sentido y cuando Q2 se activa Vcc2 inyecta a la carga una corriente en sentido opuesto

generando una señal alterna cuadrada en la carga. Es importante que los dos

transistores no estén activos simultáneamente ya que esto provocaría un corto circuito.

Los diodos en paralelo con los transistores sirven, cuando se conectan cargas

inductivas, como un camino de descarga de las bobinas de la carga. En los dos tipos

de inversores se deben de conectar fusibles en serie con la fuente de alimentación para

proteger al circuito e instrumentos a utilizar.

El circuito de control que generan las señales necesarias para conmutar los

transistores, pueden ser circuiteria secuencial, uso de timer, microprogramación,

usando microcontrolador o con software. En esta práctica se va utilizar un timer para el

control de un inversor monofásico puente. El timer usado es el 555. En la figura 10.2 se

Q2

D1

(a)

Vcc1D1

CARGA

Q4

Q3

(b)

Q2

Vcc

D3Q1

CARGA

D2D2 Vcc2D4

Q1



observa el diagrama del inversor monofásico puente. En este circuito el timer 555

funciona como oscilador, genera una onda cuadrada de una frecuencia de 60 Hz, en la

terminal 3. Esta señal se aplica a los transistores de potencia Q1 y Q6 a través de los

transistores drive Q4 y Q8. También la señal cuadrada se invierte con el transistor Q7 y

se retrasa ligeramente con el capacitor C3 para evitar que los pares de transistores de

potencia se activen simultáneamente y evitar cortos circuitos, la señal invertida en el

colector del transistor Q7 se aplica a los transistores de potencia Q2 y Q5 a través de

los transistores drive Q3 y Q9. La señal de voltaje de la carga se muestra en la figura

10.3. La frecuencia de oscilación del timer se puede calcular con la siguiente formula:

1031

45.1

RRCFosc


Esta practica esta correlacionada con el tema: Inversores (CD/AC) y Cicloconvertidores

(AC/AC), cubriendo subtema 5.1 del programa de estudio de Electrónica de Potencia.

MATERIAL Y EQUIPO

Capacitor C3,C1 0.1 uF

Capacitor C2 0.01 uF

Diodos D1,D2,D4,D5 D1N4004

Diodos D3,D6,D7 D1N4148

Transistor Q1,Q2 TIP42C

Transistor Q3,Q4,Q7,Q8,Q9 Q2N2222

Transistor Q5,Q6 TIP41C

Resistencia R1,R2,R4,R5,R6,R7,R9,R11 2.2 k

Resistencia R3,R10 110 k

Resistencia R8 100

Timer U1 555B

Fuente de Alimentación de DC 0-30 V





Fig. 10.2 Circuito inversor monofásico puente.

C2

0.01u

R7

2.2k

D5D1N4004

D4D1N4004

R11

2.2k

R2

2.2k

C3

0.1u

D1 D1N4004

R8

100

Q8

Q2N

2222

R5

2.2k

Q7

Q2N2222

R3

110k

ALIMENTACION

D2 D1N4004

U1

555B

1

23

4567

8

GN

D

TRIG

GE

ROU

TPU

TR

ES

ET

CO

NTR

OL

THR

ES

HO

LDD

ISC

HA

RG

E

VC

C

Q9

Q2N2222

D6D1N

4148D

7

D1N4148

Q2

TIP42C

POTENCIA

R6

2.2k Q1

TIP42C

R9

2.2k

CARGA

CONTROL

R10

110k

Q4

Q2N2222

C1

0.1u

Q5

TIP41C

V1

12Vdc

D3

D1N

4148

R4

2.2k

R1

2.2k

Q3

Q2N2222

Q6

TIP41C

0



Fig. 10.3 Señal de voltaje en la carga del inversor monofásico puente.

METODOLOGIA:





a la carga, usando aislamiento con transformador para evitar cortos circuitos, vea la

figura 1.6.

3.- Mida los voltajes en la carga y terminal 3 del IC 555B y grafique las señales.






desarrollo.



Time

0s 5ms 10ms 15ms 20ms 25ms 30ms 35ms 40ms 45ms 50ms

V(R8:1,R8:2)

-10V

0V

10V

-15V

15V

VOLTAJE DE CARGA





REPORTE DEL ALUMNO:





BIBLIOGRAFIA:





M. Rashid, Circuitos Microelectronicos, Ed. Thomson.



PRACTICA # 13

INVERSOR TRIFÁSICO PUENTE


Comprender el funcionamiento de circuitos inversores trifásicos con el fin de diseñar y

construir circuitos CD-CA.

INTRODUCCIÓN

Los circuitos inversores convierten señales de DC en señales de CA con magnitud y

frecuencia deseada por el usuario o el diseñador, de manera particular los inversores

trifásicos se utilizan normalmente en aplicaciones de alta potencia. Tres inversores

monofásicos de medio puente o de puente completo, pueden conectarse en paralelo,

tal y como la figura 11.1, para formar la configuración de un inversor trifásico. Las

señales de compuerta de los inversores monofásicos deben adelantarse o retrasarse

120° uno con respecto al otro, a fin de obtener voltajes trifásicos balanceados

(fundamentales). Los embobinados primarios del transformador deben aislarse unos de

otros, en tanto que los embobinados secundarios pueden quedar conectados en

paralelo o en delta. Por lo general, el secundario del transformador se conecta en

estrella, a fin de eliminar armónicas múltiplos de tres (n =3, 6, 9,…) que aparecen en

los voltajes de salida figura 11.2. Si los voltajes de salida de los inversores monofásicos

no están perfectamente equilibrados en magnitud y fase, los voltajes de salida trifásicos

también estarán desequilibrados.

Se puede obtener una salida trifásica a partir de una configuración de seis transistores,

usando 3 inversores monofásicos y desfasando sus señales 120°, por medio de dos

métodos : conducción a 180° y conducción a 120°. Ambos modos de conducción

generan una señal trifásica en la carga y en ésta práctica se usará el de 180°.



Fig. 11.1 Inversor trifásico.

Fig. 11.2 Voltajes de salida del inversor trifásico.

Las etapas que conforman el inversor trifásico son el sistema de control para la

activación de los transistores, aislamiento y la etapa de potencia. A continuación se

describen dichas etapas, su operación y el circuito correspondiente. En la figura 11.3 se

muestra un circuito inversor trifásico para ser usado en conducción de 180˚.

En la etapa de control existen algunas formas de generar las señales para la activación

de los transistores, usando exclusivamente hardware o una combinación de hardware y

microprogramación. En esta práctica se usará la combinación hardware y



microprogramación empleando un microcontrolador PIC 18F2420 o algún otro PIC que

tenga las capacidades y recursos necesarios para esta aplicación. El PIC se

programará para poder enviar los pulsos de activación hacia los transistores.

El orden de los pulsos de activación en los transistores es ascendente, desde Q1 hasta

Q6, mostrando sus periodos y ancho de pulsos iguales, 16.66ms y 8.33ms,

respectivamente. Cada pulso que se obtiene de las seis salidas establecidas en el PIC,

están desfasadas /3 (60°) una respecto a otra, como se muestra en la grafica de la

figura 11.4.



Fig. 11.3 Circuito de inversor trifásico a modo de conducción de 180.



Fig.11.4. Señales de control a la salida del PIC.

En la etapa de aislamiento se usan optoacopladores 4N25 para aislar la etapa de

control respecto a la etapa de potencia, como se muestra en la figura 11.5, y así evitar

dañar el PIC. La configuración de optoacoplador consta de un LED y un opto-transistor,

el opto transistor se polariza y se pretende que dicho elemento conmute desde un nivel

bajo hasta un voltaje de 15 V.

Fig. 11.5 Circuito de aislamiento.



Las salidas de los optoacopladores se hacen llegar a las compuertas de los

transistores, la salida 1 se conectara a Q1, la salida 2 a Q2 y así sucesivamente, para

lograr la activación en cada uno de ellos.

La etapa de potencia, figura 11.6, se usan transistores conectados en forma

complementaria (TIP41C y TIP42C), es necesario utilizar disipadores de calor por el

consumo de corriente, para activarlos y que tengan sus señales referenciadas

correctamente se acopla a la base de los transistores complementarios un transistor

2N2222 (NPN). A estos transistores se les conectan las señales de los opto

acopladores. Los pulsos que envía el PIC tienen un desfasamiento entre ellos de

2.76ms (60 grados). La secuencia de activación de los transistores es Q1 y Q4, Q3 y

Q6, Q5 y Q2.

La carga que se utiliza es trifásica resistiva de 100 por elemento, en configuración

estrella, como se muestra en la figura 11.7. Las señales que se generan en la carga

están desfasadas 120°, una respecto a otra.

Fig. 11.6 Etapa de potencia.



R

ST

UR

US

UT

Fig. 11.7. Circuito de carga.


Esta practica esta correlacionada con el tema: Inversores (CD/AC) y Cicloconvertidores


MATERIAL Y EQUIPO

18 Resistencias 1.1k,

6 Resistencias 10k

2 Capacitores 47uF

1 Capacitor 1500uF

4 Diodos 6 A

6 Diodos 1 A

1 Cristal 4Mhz.

Transistores (3- TIP41C, 3- TIP42C y 6- 2N2222).

1 PIC 18F2420.

6 Optoacopladores 4N25.

Fuente de voltaje.

Osciloscopio diferencial 3 canales.


mailto:4@2A

mailto:6@1A



METODOLOGIA:






3.- Revise el siguiente programa y programe el PIC, use protecciones contra cortos

circuitos y revise el circuito antes de conectarle el voltaje de alimentación.

PROGRAMA:

#include <18F2420.H>

#fuses HS, NOWDT, NOPROTECT, NOLVP

#use delay(clock=20000000)

#byte port_b=7

void main()

{ set_tris_b (0b11111110);

while(1){

ouput_high(pin_b0); //transistor 1



delay_us(2776);

ouput_low(pin_b4); //transistor5


delay_us(2776);

ouput_low(pin_b5); //transistor6


delay_us(2776);




ouput_low(pin_b0); //transistor 1

delay_us(2776);



dealy_us(2776);



delay_us(2776);


}}

4.- Mida los voltajes en cada elemento de la carga trifásica y grafique las señales.






desarrollo.





REPORTE DEL ALUMNO:







BIBLIOGRAFIA:


Hall.








PRACTICA # 14

CONTROLADOR DE CA BIDIRECCIONAL TRIFÁSICO


Comprender, diseñar y construir circuitos trifásicos CA-CA. INTRODUCCIÓN

Un circuito controlador de CA o Convertidor CA-CA, tiene la función de convertir una

señal de corriente alterna CA de una magnitud y frecuencia conocida a otra señal de

corriente alterna CA de magnitud y frecuencia deseada.

La operación del controlador bidireccional trifásico es similar a la de un controlador de

media onda trifásico, donde el flujo de corriente que se dirige a la carga es controlada

por tiristores y el regreso por la conmutación natural de diodos rectificadores. La

diferencia es que en un controlador bidireccional trifásico el regreso del la corriente es

controlada por tiristores en vez de los diodos. Los tiristores T2, T4 y T6 del circuito

controlador bidireccional trifásico de CA de la figura 12.1 controlan el regreso de la

corriente, el circuito tiene una carga resistiva conectada en estrella. La secuencia de

disparo de los tiristores es T1, T2, T3, T4, T5, T6.

Los SCR se activan un tiempo después que el voltaje de fase que le corresponde a ese

SCR, cruza el 0V positivo, a este desfasamiento se le conoce como el ángulo ,

cambiando el valor de , se cambia el valor del voltaje de salida. Para 0 ≤ α < 60, dos

SCR conducen inmediatamente antes del disparo de T1. Una vez disparado T1,

conducen tres tiristores. Un SCR se desconecta cuando su corriente intenta invertirse.

Las condiciones se alternan entre dos y tres SCR en conducción. Para 60 ≤ α < 90,

solo conducen dos SCR en todo momento. Para 90 ≤ α < 150, aunque

conducen dos tiristores en todo momento, existen periodos en los que ningún SCR esta

activo. Para α ≥ 150, no hay SCR conduciendo. En los controladores de CA, la

expresión del voltaje de fase rms de salida depende del rango de los ángulos de

retraso.

En el circuito controlador de CA de la figura 12.1 los SCR tendrán su control de disparo

en la compuerta de acuerdo a la gráfica de la figura 12.2, con esta configuración se

obtiene la señal que se muestra en la figura 12.3. Los SCR T1 y T4, controlarán el



ángulo de disparo de la fase Ur, los SCR T3 y T6 controlarán el ángulo que dispara la

fase Us y el ángulo de disparo de la fase Ut será controlado por los SCR T5 y T2.

Fig. 12.1. Diagrama básico de un controlador bidireccional trifásico.

Un circuito completo de un controlador bidireccional trifásico con carga resistiva se

muestra en la figura 12.4, este circuito usa un microcontrolador PIC16F88. Se toma una

muestra del voltaje de entrada de la fuente de alimentación de CA con el fin de

sincronizar las señales de disparo que activarán a los SCR. La resistencia y el diodo

se encargan de detectar el cruce por cero de cada una de las fases de voltaje trifásico

con un pequeño retardo de respuesta hacia los optotransistores, que se usan para

separar la línea trifásica de la etapa digital, estos cruces por cero son enviados a los

pines RB7, RB6 y RB4 respectivamente del microcontrolador PIC16F88 en el cual son

interpretados por el programa para dar el orden de disparo de los SCR.



Fig. 12.2. Secuencia de disparo de los SCR

Fig. 12.3. Forma de onda de salida.

El circuito MAX232 se usa en la interfase PC/MICRO para cambiar los niveles de

voltaje de 12 V y -12 V a un voltaje TTL (5 V) para que la comunicación de la

computadora hacia el PIC16F88 sea el adecuado y óptimo. El ángulo de disparo se

determina por medio de LabVIEW, es ingresado en el pin RB2 del microcontrolador. El

control hacia los SCR se hace por medio de los pines RA2, RA1, RA0, RB3, RB1 y

RB0 respectivamente utilizando un aislamiento con optotriacs.



Este circuito controlador de CA puede ser dividido en cuatro etapas: Sincronía,

Potencia, Control, Carga:

Etapa de Sincronía: Esta etapa toma una muestra de la señal de alimentación trifásica

por medio de resistores y diodos que detectan el inicio de cada semiciclo positivo de la

señal trifásica y la transmiten a través de los optoacopladores salida transistor al PIC,

para poder sincronizar las señales que activarán a los SCR en una secuencia de

activación correcta. Esta etapa también sirve para aislar la etapa de control.

Etapa de Control: Recibe la señal de la etapa de sincronía, la cual será interpretada

por el microprocesador PIC16F88 que se encargará de mandar la secuencia de

activación de los SCR. Se usa un circuito integrado MAX232 para realizar la interfase

hacia la PC por medio del puerto RS232. Por medio de un programa en LabViEW se

controla el ángulo de disparo que se introduce al PIC16F88, el PIC interpreta el valor

enviado por el programa de LabVIEW para realizar el disparo de los SCR, además

calcula el voltaje en la carga. La interfase se realiza por medio de un convertidor

USB/RS232.

Etapa de Potencia: El conjunto de los seis SCR, integran la etapa de potencia. Para la

activación de los SCR se usan optotriac que también sirven para aislar la etapa de

control de la etapa de potencia.

Etapa de la Carga: Se usan tres focos en conexión estrella como carga resistiva

trifásica.



Fig. 12.4. Esquema para la realización del controlador bidireccional.

En la figura 12.5 se observa el programa de LabVIEW usado, en este programa el

puerto se configura con un vi denominado VISA Configure Serial Port. La escritura en el

puerto se realiza mediante el vi VISA Write en donde recibe un dial de control para el

ángulo, este se convierte de un Byte Array a String. Para la lectura se uti liza el vi Serial

Read donde tiene un control de entrada con un convertidor String a Byte Array, además

de cerrar la lectura del puerto con VISA Close.



Para calcular el voltaje en la carga se utilizan tres SubVi que se implementan con las

ecuaciones del controlador trifásico.

Fig. 12.5. Programa en LabVIEW (Block Diagram) para la selección del ángulo de disparo.

La figura 12.6 es la ventana de visualización, en esta se tiene el control de nuestras

variables y se observa el voltaje en la carga. Además de poder leer el dato que entra en

el puerto, también se controla el voltaje de línea.



Fig. 12.6. Aspecto del panel frontal (Front Panel) del programa en LabVIEW.

El diagrama de flujo y programa del microcontrolador se muestra a continuación:



Código fuente

list p=16f88

radix hex

#include "p16f88.inc"

__CONFIG _CONFIG1, _CP_OFF & _CCP1_RB0 & _DEBUG_OFF &

_CPD_OFF & _LVP_OFF & _BODEN_OFF & _MCLR_OFF & _PWRTE_ON &

_WDT_OFF & _INTRC_IO

__CONFIG _CONFIG2, _IESO_OFF & _FCMEN_OFF

RA equ 0x05;

RB equ 0x06;

Old_RB equ 0x21;

Cruce_Activado equ 0x22;

EN_Timers equ 0x23;

Set_scr equ 0x24;

Tmr_1 equ 0x25

Tmr_2 equ 0x26;

Tmr_3 equ 0x27;

;RC_REG equ 0x28;

org 0;

goto INICIO;

org 4;

goto Real_Time;

org 5;

INICIO clrf STATUS;-----------------------Banco 0--------------------------

movlw b'00000100';

movwf T1CON;

movlw d'11010000';

movwf RCSTA; Config Receptor

bsf STATUS,5;-----------------------Banco 1--------------------------

movlw b'01111100';



movwf OSCCON;

clrf ANSEL;

movlw d'12'

movwf SPBRG; BAUD RATE

movlw b'11100011'; SPBRH = 0

movwf TXSTA; Config Transmisor

movlw b'11001000';

movwf OPTION_REG; INICIALIZACION DE MICROCHIP

movlw b'00101000'; RA & RB I/O

movwf TRISA;

movlw b'11010100';

movwf TRISB;

clrf STATUS;------------------------BANCO 0-------------------------

clrf EN_Timers;----------------Inicializacion de Registros-----------

clrf Cruce_Activado;

clrf EN_Timers;

clrf Set_scr;

clrf RB;

movf RCREG,W;------------------------------------------------------

movwf Tmr_1;

movwf Tmr_2; Recarga Timers através de Comunicación Serial

movwf Tmr_3;-------------------------------------------------------

movf RB,W;

movwf Old_RB;

movlw b'10101000'; Activación de Interrupciones

movwf INTCON;

Main_Program

movlw d'0';

subwf Tmr_1,W;

btfsc STATUS,Z;



goto Fase_1;

movlw d'0';

subwf Tmr_2,W;

btfsc STATUS,Z;

goto Fase_2;

movlw d'0';

subwf Tmr_3,W;

btfsc STATUS,Z;

goto Fase_3;

goto Main_Program; __^

Fase_1 btfss Set_scr,1; T1 ______________________

goto T4;

bsf RA,2; 1

Fin_T4 bcf EN_Timers,1; apagar Tmr1

movf RCREG,W; @@@

movwf Tmr_1;

goto Main_Program;

T4 bsf RA,1;

goto Fin_T4;______________________________

Fase_2 btfss Set_scr,3; T3 _______________________

goto T6;

bsf RA,0;


movf RCREG,W; @@@

movwf Tmr_2;

goto Main_Program;

T6 bsf RB,3;



goto Fin_T6;_______________________________

Fase_3 btfss Set_scr,5; T5 ______________________

goto T2;

bsf RB,1;


movf RCREG,W; @@@

movwf Tmr_3;

goto Main_Program;

T2 bsf RB,0;

goto Fin_T2;______________________________

Real_Time btfss INTCON,RBIF;

goto Un_grado;

movf RB,W;_________Interrupción cada Cruce por Zero_________

xorwf Old_RB,W

movwf Cruce_Activado;

btfsc Cruce_Activado,7;

goto ON_timer1;


goto ON_timer2


goto ON_timer3

Label movf RB,W;

movwf Old_RB;

bcf INTCON,RBIF;

retfie;

ON_timer1 bcf RA,1;

bcf RA,2;



bsf EN_Timers,1;

btfss RB,7;

bcf Set_scr,1;

btfsc RB,7;

bsf Set_scr,1;

goto Label;

ON_timer2 bcf RB,3;

bcf RA,0;

bsf EN_Timers,2;

btfss RB,6;

bcf Set_scr,3;

btfsc RB,6;

bsf Set_scr,3;

goto Label;

ON_timer3 bcf RB,0;

bcf RB,1;

bsf EN_Timers,3;

btfss RB,4;

bcf Set_scr,5;

btfsc RB,4;

bsf Set_scr,5;

goto Label;_______________________________________

Un_grado btfsc EN_Timers,1;_____Interrupción cada grado___________

decf Tmr_1,F;

btfsc EN_Timers,2;

decf Tmr_2,F;

btfsc EN_Timers,3;

decf Tmr_3,F;

movlw d'183';

movwf TMR0;



bcf INTCON,TMR0IF;

retfie;_____________________________________________

end;


Esta práctica esta correlacionada con el tema: Inversores (CD/AC) y Cicloconvertidores


MATERIAL Y EQUIPO

3 Optotransistor 4N25

6 Optotriacs MOC3081

6 SCR MCR12D

3 Diodos D1N4009 3 Resistencias 22 k, 1W

3 Resistencias 10 k, ½W

6 Resistencias 1 k, ½W

6 Resistencias 270 , ½W

1 Línea Trifásica

3 Fusibles 1 A

1 IC MAX232

1 IC PIC16F88

1 Conector RS232

1 Computadora

3 Focos 120 Vac, 100 W



METODOLOGIA:








3.- Revise el programa dado previamente para este circuito y úselo para programar el

PIC, use protecciones contra cortos circuitos y revise el circuito antes de ponerle el

voltaje de alimentación trifásico.

4.- Mida los voltajes en cada elemento de la carga trifásica y grafique las señales.






desarrollo.





REPORTE DEL ALUMNO:





BIBLIOGRAFIA:


Hall.








Apéndice A

Teoría del SCR

Un rectificador controlado de silicio (SCR, rectificador controlado de silicio) es un

dispositivo de tres terminales usado para controlar corrientes mas bien altas para una

carga. El símbolo esquemático del SCR se presenta en la figura A1.

Figura A1. Símbolo esquemático y nombres de las terminales de un SCR.

Un SCR actúa a semejanza de un interruptor. Cuando esta encendido (ON), hay una

trayectoria de flujo de corriente de baja resistencia del ánodo al cátodo, actúa entonces

como un interruptor cerrado. Cuando esta apagado (OFF), no puede haber flujo de

corriente del ánodo a1 cátodo. Por tanto, actúa como un interruptor abierto. Dado que

es un dispositivo de estado sólido, la acción de conmutación de un SCR es muy rápida.

El flujo de corriente promedio para una carga puede ser controlado colocando un SCR

en serie con la carga. Este arreglo es presentado en la figura A2. La alimentación de

voltaje es comúnmente una fuente de 60 Hz de AC, pero puede ser de cd en circuitos

especiales. Si la alimentación de voltaje es de AC, el SCR pasa una cierta parte del

tiempo del ciclo de AC en el estado ON, y el resto del tiempo en el estado OFF. Para

una fuente de 60 Hz de AC, el tiempo del ciclo es de 16.67 ms. Son estos 16.67 ms los

que se dividen entre el tiempo que esta en ON y el tiempo que esta en OFF. La

cantidad de tiempo que esta en cada estado es controlado por el disparador. Si una

porción pequeña del tiempo esta en el estado ON, la corriente promedio que pasa a la

carga es pequeña. Esto es porque la corriente puede fluir de la fuente, a través del

SCR, y a la carga, solo por una porción relativamente pequeña del tiempo. Si la señal

de la compuerta es cambiada para hacer que el SCR este en ON por un periodo mas

largo del tiempo, entonces la corriente de carga promedio será mayor. Esto es porque



la corriente ahora puede fluir de la fuente, a través del SCR, y a la carga, por un tiempo

relativamente mayor. De esta manera, la corriente para la carga puede variarse

ajustando la porción del tiempo del ciclo que el SCR permanece encendido.

Figura A2. Relación de circuito entre la fuente de voltaje, un SCR y la carga.

1. Como lo sugiere su nombre, el SCR es un rectificador, por lo que pasa corriente solo

durante los semiciclos positivos de la fuente de AC. El semiciclo positivo es el semiciclo

en que el ánodo del SCR es mas positivo que el cátodo. Esto significa que el SCR de la

figura A2 no puede estar encendido más de la mitad del tiempo.

2. Durante la otra mitad del ciclo, la polaridad de la fuente es negativa, y esta polaridad

negativa hace que el SCR tenga polarización inversa, evitando el paso de cualquier

corriente a la carga.

Los términos populares para describir la operación de un SCR son ángulo de

conducción y ángulo de retardo de disparo. El ángulo de conducción es el numero de

grados de un ciclo de AC durante los cuales el SCR esta encendido. El ángulo de

retardo de disparo es el número de grados de un ciclo de AC que transcurren antes de

que el SCR sea encendido. Por supuesto, estos términos están basados en la noción

de que el tiempo total del ciclo es igual a 360 grados.

En la figura A3 se muestran las formas de onda de un circuito de control con SCR para

un ángulo de retardo de disparo. Al momento que el ciclo de AC inicia su parte positiva,

el SCR esta apagado. Por tanto tiene un voltaje instantáneo a través de sus terminales

de ánodo y cátodo igual al voltaje de la fuente. Esto es exactamente lo que se vería si

se colocara un interruptor abierto en un circuito en lugar del SCR.



Dado que el SCR interrumpe en su totalidad el suministro de voltaje, el voltaje a través

de la carga es cero durante este lapso. La extrema derecha de las ondas ilustran estos

hechos. Mas a la derecha en los ejes horizontales, se muestra el voltaje de ánodo a

cátodo (VAK) cayendo a cero después de aproximadamente un tercio del semiciclo

positivo. Esto es el punto de 30°. Cuando VAK cae a cero, el SCR se ha "disparado" o

encendido. Por tanto, el ángulo de retardo de disparo es de 30°. Durante los siguientes

150° el SCR se comporta como un interruptor cerrado sin voltaje en sus terminales. El

ángulo de conducción es de 150°. El ángulo de retardo de disparo y el ángulo de

conducción siempre suman 180°.

Fig. A3. Formas de ondas ideales del voltaje de la terminal principal (VAK) y el voltaje de carga de un SCR. Para un ángulo de retardo de disparo de unos 30°, un ángulo de

conducción de 150°. En la figura A3, la forma de onda del voltaje de carga muestra que, al dispararse el

SCR, el voltaje de la fuente es aplicado a la carga. El voltaje de carga entonces sigue al

voltaje de la fuente por el resto del semiciclo positivo, hasta que el SCR nuevamente se

apaga. El estado OFF ocurre cuando el voltaje de la fuente pasa por cero. En general,

estas formas de onda muestran que antes de que el SCR se dispare, el voltaje es

retirado de entre las terminales del SCR, y la carga ve un voltaje cero. Después de

haberse disparado el SCR, la totalidad del suministro de voltaje es retirado a través de

la carga, y el SCR presenta voltaje cero. El SCR se comporta como un interruptor de

acción rápida.



Un SCR es disparado por un pulso corto de corriente aplicado a la compuerta. Esta

corriente de compuerta (IG) fluye por la unión entre la compuerta y el cátodo, y sale del

SCR por la terminal 1 del cátodo. La cantidad de corriente de compuerta necesaria

para disparar un SCR en particular se simboliza por IGT. Para dispararse, la mayoría

de los SCR requieren una corriente de compuerta IGT entre 0.1 y 50 mA.

Dado que hay una unión PN estándar entre la compuerta y el cátodo, el voltaje entre

estas terminales (VGK), debe ser ligeramente mayor a 0.6 V. En la figura A4 se

muestran las condiciones que deben existir en la compuerta para que un SCR se

dispare.

Fig. A4.- Voltaje de compuerta a cátodo (VGK) y corriente de compuerta (IGT) necesarios para disparar un SCR.

Una vez que un SCR ha sido disparado, no es necesario continuar el flujo de corriente

de compuerta. Mientras la corriente continua fluyendo a través de las terminales

principales, de ánodo a cátodo, el SCR permanecerá en ON. Cuando la corriente de

ánodo a cátodo (IAK) caiga por debajo de un valor mínimo, llamado corriente de

retención, simbolizada IHO el SCR se apagara. Esto normalmente ocurre cuando la

fuente de voltaje de AC pasa por cero a su región negativa. Para la mayoría de los

SCR de tamaño mediano, la IHO es alrededor de 10 mA.

+ Vak -

Igt={0.1-150 mA} -->

+ Vgk={0.6-0.8 V}

-



Apéndice B

Teoría del TRIAC

Un TRIAC (Tiristor de tríodo bidireccional o Tiristor de conducción bilateral o Triodo de

corriente alterna) puede conducir en ambas direcciones y normalmente se uti liza en el

control de fase de corriente alterna (por ejemplo, controladores de voltaje). El símbolo

se muestra en la figura B1. Se puede considerar como si fueran dos SCR conectados

en antiparalelo, con una conexión de compuerta común, como se muestra en la figura

B2.

Fig. B1 Símbolo del TRIAC.

Dado que el TRIAC es un dispositivo bidireccional, no es posible identificar sus

terminales como ánodo y cátodo. Si la terminal MT2 es positiva con respecto a la

terminal MT1 el TRIAC se puede activar aplicando una señal de compuerta positiva

entre la compuerta G y la terminal MT1. Si la terminal MT2 es negativa con respecto a

la terminal MT1 se activará al aplicar una señal negativa a la compuerta, entre la

compuerta G y la terminal MT1. No es necesario que estén presentes ambas

polaridades en las señales de la compuerta y un TRIAC puede ser activado con una

sola señal positiva o negativa de la compuerta. En la practica, la sensibilidad varia de

un cuadrante a otro, el TRIAC normalmente se opera en el cuadrante I (voltaje y

corriente de compuerta positivos) o en el cuadrante III (voltaje y corriente de compuerta

negativos), vea la figura B2.

G

MT1

MT2



Figura B2. Característica de un TRIAC.

El TRIAC puede ser activado en cualquiera de los 2 cuadrantes I y III mediante

la aplicación entre las terminales puerta y MT1 de un impulso positivo o negativo. Esto

le da una facilidad de empleo grande y simplifica mucho el circuito de disparo. A

continuación se verán los fenómenos internos que tienen lugar en los cuatro modos de

disparo posibles.

Modo I +: Terminal MT2 positiva con respecto a MT1. Intensidad de puerta entrante.

Funcionan las capas P1N1P2N2 como tiristor con emisor en corto circuito, ya que la

metalización del terminal del cátodo cortocircuita parcialmente la capa emisora N2 con

la P2. La corriente de puerta circula internamente hasta MT1, en parte por la unión

P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural inyección de electrones

de N2 a P2 que es favorecida en el área próxima a la puerta por la caída de tensión

que produce en P2 la circulación lateral de corriente de puerta. Parte de los electrones

inyectados alcanzan por difusión la unión P2N1, que bloquea el potencial exterior y son

acelerados por ella iniciándose la conducción.

Modo I -: Terminal MT2 positiva con respecto a MT1. Intensidad de puerta saliente.



El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión. Inicialmente conduce la

estructura auxi liar P1N1P2N3 y luego la Principal P1N1P2N2. El disparo de la primera

se produce como un tiristor normal actuado MT1 de puerta y P de cátodo. Toda la

estructura auxiliar se pone a la tensión positiva de MT2 y polariza fuertemente la unión

P2N2 que inyecta electrones al área de potencial positivo. La unión P2N1 de la

estructura principal que soporta la tensión exterior, es invadida por electrones en la

vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conducción.

Modo III +: Terminal MT2 negativo respecto a MT1. Intensidad de puerta entrante.

El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en

conducción la estructura P2N1P1N4. La inyección de electrones de N2 a P2 es igual a

la descrita en el modo I +. Los que alcanzan por difusión la unión P2N1 son absorbidos

por su potencial de unión, haciéndose más conductora. El potencial positivo de puerta

polariza mas positivamente el área de la unión P2N1 próxima a ella que la próxima a

MT1, provocándose una inyección de huecos desde P2 a N1 que alcanzan en parte la

unión N1P1 encargada de bloquear la tensión exterior y se produce la entrada en

conducción.

Modo III -: +: Terminal MT2 negativo respecto a MT1. Intensidad de puerta saliente.

También se dispara por el procedimiento de puerta remota, conduciendo las capas

P2N1P1N4. La capa N3 inyecta electrones a P2 que hacen más conductora la unión

P2N1. La tensión positiva de T1 polariza el área próxima de la unión P2N1 más

positivamente que la próxima a la puerta. Esta polarización inyecta huecos de P2 a N1

que alcanzan en parte la unión N1P1 y la hacen pasar a conducción.

Los cuatro modos de disparo descritos tienen diferente sensibilidad. siendo los modos I

+ y III - los mas sensibles, seguidos de cerca por el I -. El modo III + es el disparo mas

difícil y debe evitarse su empleo en lo posible. El fabricante facilita datos de

características eléctricas el bloqueo, conducción y de disparar por puerta de forma

similar a lo explicado para el tiristor.



Apéndice C

Características eléctricas del MC34063

Características eléctricas del convertidor CD-CD MC34063 dada por el fabricante. La información es presentada en ingles tal como la proporciona el fabricante.

Manual de Practicas Potencia

Documents

Transcript of Manual de Practicas Potencia