Universidad de Guanajuato. Chablé Cruz. Práctica 2: Detector de cruce por cero

  

 Resumen —   ediante el uso de un trans!or"ador#diodos# resistencias# un transistor $ un capacitor seconstru$e un circuito electr%nico para realizar ladetecci%n de cruces por cero de una se&al senoidal proveniente de la l'nea de trans"isi%n eléctrica.

Posterior"ente# el circuito es utilizado co"o la pri"era etapa para realizar la detecci%n de cruce por cerocon un "icrocontrolador# en este caso una tarjeta dedesarrollo arduino# con el cual se controla el tie"po deduraci%n en alto del pulso correspondiente al cruce por cero. (l "icrocontrolador ta"bién per"ite retardar el pulso respecto al "o"ento en )ue el cruce por cero se present%.

 Índice de Términos— cruce por cero# diodo#interrupci%n# onda senoidal# potenci%"etro# recti!icaci%n deonda co"pleta# tarjeta de desarrollo arduino# trans!or"ador con derivaci%n central# transistor#

*. *+,-DUCC*/+

(n electr%nica de potencia# los dispositivos de la!a"ilia de los tiristores re)uieren de un pulso de disparo para su activaci%n. 0i la aplicaci%n )ue involucra estosco"ponentes es con car1as de corriente alternanor"al"ente 345z6# el pulso debe conte"plar  básica"ente un tie"po de duraci%n $ una re!erencia desincronizaci%n.

(sto es posible con un detector de cruce por cero )uetiene co"o objetivo 1enerar un pulso cada vez )ue lase&al de entrada está "u$ cerca de un cero de voltajeca"bio de polaridad en la se&al de ac6. 7a !i1ura 8"uestra un eje"plo donde se observa )ueindependiente"ente si el cero sur1e en un ca"bio de polaridad de positivo a ne1ativo o de ne1ativo a positivo#el pulso sie"pre es positivo $ de corta duraci%n.

  

Figura 1 : Señal de 60Hz vs pulso generado por el detector

de cruce por cero

7a duraci%n del pulso se considera en !unci%n deltie"po de activaci%n del tiristor en cuesti%n. 9un)ue losvalores co"erciales van de 8 a ;s.

**. D(09--77

 A. Detección de cruce por cero

0e constru$e el circuito se&alado en la !i1ura 2.

Figura 2: Detector de cruce por cero realizado con

componentes discretos

(l !unciona"iento del circuito se detalla acontinuaci%n:

(n la !i1ura se inclu$e una con!i1uraci%n derecti!icaci%n de onda co"pleta con un trans!or"ador conderivaci%n central. 9l realizar una "edici%n de voltajeen los cátodos de los diodos D8 $ D2 "ostrados en la!i1ura se observará la onda senoidal co"pleta"enterecti!icada.

Práctica 2: Detector de cruce por cero

Chablé Cruz# <onathan (l'Universidad de GuanajuatoCa"pus *rapuato 0ala"anca

D.(.. =uriria

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Universidad de Guanajuato. Chablé Cruz. Práctica 2: Detector de cruce por cero

Figura 3: Rectificador de onda completa con

transformacin de derivacin central

(l capacitor C8 en la !i1ura > !unciona co"o etapa de!iltro )ue convertirá la se&al senoidal recti!icada a se&alde DC. (n este caso# el diodo D tiene la !unci%n deevitar corrientes de retorno. (sto por)ue el voltaje"edido después del cátodo de D es una se&al de DC $el voltaje del ánodo de D es una onda seno recti!icada.7o )ue i"plica )ue en al1unos per'odos de tie"po ha$"a$or potencial en el cátodo )ue en el cátodo# lo )uedeja al diodo en polarizaci%n inversa e i"pide )ue lacorriente retorne hacia el recti!icador de la etapa previa.

Figura !: "tapa de filtrado a D#

(l resistor -2 $ el potenci%"etro -> en la !i1ura ?sirven co"o divisor de voltaje. (sto per"ite )ue en later"inal inter"edia del potenci%"etro se pueda "edir un voltaje proporcional a la posici%n del potenci%"etro.(sto es i"portante debido a )ue se1@n la posici%n del potenci%"etro el voltaje de salida será "ás cercano o"enor )ue la se&al de onda seno recti!icada. 7a ter"inalinter"edia del potenci%"etro se conecta a un transistor de uso 1eneral )ue se halla en con!i1uraci%n de corte#este se "uestra en la !i1ura ?.

Figura $: transistor de uso general en corte

(l voltaje del divisor de voltaje se&ala en la !i1ura >corresponde a una onda senoidal recti!icada pero de

 proporcional a la onda de salida del recti!icador. Cuandoel voltaje del divisor supera los 4.Av hace entrar en corteal transistor de la !i1ura ?. 7o cual pone a la resistencia atierra $ la "edici%n en el colector del transistor seaproBi"a a 4v. (n el breve "o"ento )ue el voltaje de laonda senoidal recti!icada es "enor a 4.Av# esto es en"o"ento del cruce por cero# el transistor abre# lo cualdeja el voltaje del colector conectado al voltaje de DC.(n otras palabras# cuando ocurre un cruce por cero seobtiene un pulso de voltaje en el colector del transistor.

7a duraci%n del pulso será i1ual al tie"po )ue elvoltaje del divisor sea "enor a 4.Av. $ la relaci%n deconversi%n de voltaje del trans!or"ador. (n la prácticase obtuvo un pulso de duraci%n de >84;s. 0in e"bar1o#el pulso tiene tie"pos de retardo en el !lanco de subida $de bajada# los cuales pueden observarse co"o ra"pas o pendientes en los !lancos del pulso en la !i1ura 3. 7oanterior es indicativo de )ue el ca"bio de estado de uncero a un uno l%1ico no es instantáneo.

Figura 6: %ulso originado en el cruce por cero& pueden

notarse las pendientes en los flancos de su'ida ( de 'a)ada

 B. Mejora del pulso con un microcontrolador 

0e a1re1a un divisor de voltaje para )ue la salida delos pulsos esté co"prendida entre 4v $ ?v en la uni%ndel divisor. Posterior"ente se colocan una co"puertal%1ica +, del tipo tri11er 0ch"it co"o se "uestra enla !i1ura A.

Figura *: "tapa previa al microcontrolador

7o anterior per"ite colocar el voltaje de salida del pulso en nivel de ,,7 $ a la vez corri1e el proble"a delos retardos en los !lancos de subida $ de bajada del pulso de cruce por cero.

Posterior"ente# se in1resa la nueva salida a unaentrada di1ital de un "icrocontrolador. Para esta prácticase ha utilizado un arduino nano.

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(l c%di1o del arduino se "uestra a continuaci%n:

int !aseint anchopulsovoid setup6 E  pinode2# *+PU,6 FFPin de interrupci%n  pinode8# U,PU,6 FFPin de salida de pulso  attach*nterrupt4#disparo#-*0*+G6 FF*nterrupci%n en !lanco de subida

void loop6 E  !ase H analo1-ead946IJ4F8426 FF7ectura de potencio"etro

void disparo6E FFKunci%n al detectar interrupci%n  dela$icroseconds!ase6 FF(sperar para aplicar des!aza"iento  di1italLrite8#5*G56dela$icrosecondsanchopulso6 FFDuraci%n del pulso

  di1italLrite8#7L6

0e utiliza en attachInterrupt() una interrupci%n )ueejecuta la !unci%n disparo()  al detectarse unainterrupci%n de !lanco de subida. (sta !unci%n espera untie"po en !unci%n de la posici%n de un potenci%"etroconectado en el puerto de lectura anal%1ica 94. 0e env'ael pulso de salida $ se da un pulso bajo. De esta "anerase puede tener pulsos de poca duraci%n $ ade"ás sedesplaza el pulso de salida del "icrocontrolador respectoal cruce por cero real.

***. - (0U7,9D0 (MP(-*(+,97(0

(n la !i1ura J se 1ra!ica la se&al senoidalrecti!icada contra el pulso obtenido en la salida delcircuito propuesto en la !i1ura 2.

Figura +

(l !en%"eno de retardo en el !lanco de subida $!lanco de baja es observable en la se&al de pulso desalida "onitoreada en la salida del circuito propuesto en la !i1ura 2. (ste !en%"eno se presentaen la !i1ura N.

Figura ,

ediante el uso del arduino puede reducirse elancho del pulso. (sto se puede observar en la !i1ura84.

Figura 10

 

Universidad de Guanajuato. Chablé Cruz. Práctica 2: Detector de cruce por cero

7a ventaja del uso de "icrocontrolador para laobtenci%n del pulso en los cruces por cero es )ue pode"os desplazar el pulso para )ue no ocurra precisa"ente en los cruces por cero. 7o anterior  per"ite tener una se&al pulso )ue no ocurra en elcruce por cero# pero con un tie"po de retardo posterior al cruce por cero. (sto puede observarseen la !i1ura 88.

Figura 11

*O. C+C7U0*+(0

Con el uso de los inte1rados# nos es posible ar"ar a"pli!icadores $ por conveniencia nosotrosdecidi"os con cual trabajar $a )ue encontra"osventajas $ desventajas co"o trabajar con !uentesi"étrica o !uente si"ple $ cada !abricante deinte1rados tiene sus prioridades con las cual trabajar o por)ue pre!ieren trabajar en ciertas pre!erencias.

-(K(-(+C*90 -1. -obert K. Cou1hlin# Krederic K. Driscoll.  Ampliicadores

operacionales ! circuitos inte"rados lineales #$ edición.Pearson Prentice 5all.

-2. 0er1io Kranco. DI%&' * AM+,I-IADR&%+&RAI*A,&% IR/IT% I*T&0RAD%A*A,0I% 1$ edición. c GraQR5ill.

/utores

<onathan (l' Chablé Cruz

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