Prácticas de Electrónica de Potencia

UNIVERSIDAD DE GUADALAJARACENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍAS División de Electrónica y Computación Departamento de Electrónica Electrónica de Potencia ET305 González Díaz Carlos [email protected] Profesor: Ing. Roberto Cárdenas Rodríguez Enero de 2003 1 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia Índice de Prácticas Índice de Prácticas • 1 Generación y Medición de Alto Voltaje • 2 Alarma Secuencial • 3 Temporizador de Entrada y Salida • 4 Inversor de Rotación de un Motor Trifásico y Sistema de Falla de Fase • 5 Semáforo con Tiristores con RL en AC • 6 Dimer AC-DC manual y automático (Digital) • 7 Relevador de Estado Sólido SSR • 8 Motores a Pasos (Steppers) a Dos y Cuatro Polos • 9 Inversor DC-AC • 10 Modulador de Ancho de Pulso Manual y Automático PWM Apéndice Conexiones de los motores Trifásicos Referencia Bibliográfica ........................................................................................................ 2 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia Práctica 1: Generación y Medición de Alto Voltaje Objetiivo: Objet vo: El objetivo de esta práctica es la generación de alto voltaje a través de la utilización de elementos como un FLC y un Flyback, además de circuitos como un multiplicador de voltaje Materiiall: Mater a : • • • • • FLC (fire light circuit) Diodos (lN4004) Resistores (1500 Ω) Capacitores (0.1 y 1 µF) Flyback Introducciión: Introducc ón: • El Transformador Flyback: El Flyback típico o Transformador de Línea consta de dos partes: 1. Un transformador especial que junto con el transistor y circuitos de salida y deflexión horizontal, eleva el B+ de la fuente de poder (unos 120 V en los TV), a 20 a 30 KV para el TRC, y provee varios voltajes más bajos para otros circuitos. Un rectificador que convierte los pulsos de Alto Voltaje en corriente continua que luego el condensador formado en el TRC, filtra o aplana. El Alto Voltaje puede desarrollarse directamente en un solo bobinado con muchas espiras de alambre, o un bobinado que genera un voltaje más bajo y un multiplicador de voltaje de diodo-condensador. Varios secundarios que alimentan: sintonizador, circuitos de vertical, video y filamentos de TRC. De hecho, en muchos modelos de TV, la única fuente que no deriva del Flyback es para los circuitos de espera, necesarios para mantener memoria del canal y proporcionar el inicio (o arranque) de los circuitos de deflexión horizontal. 2. Un divisor de voltaje que proporciona el enfoque y screen de la pantalla. En los potenciómetros y circuito divisor se encuentran las principales causas de falta de foco, brillo excesivo, o fluctuación del enfoque y/o brillo. Un corto total también podría producir la falla de otros componentes como el transistor de salida horizontal. El Foco y Screen generalmente están arriba y abajo respectivamente. En algunos TV, el foco y screen son externos al flyback y susceptibles al polvo y problemas particularmente en los días húmedos. 3 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia 5) Finalmente. (posiblemente en toda América). 2) La reluctancia del circuito magnético de un flyback. normalmente es mucho más alta que la un transformador común. u otro equipo que usa TRC. o en su secundario (pero no ambos al mismo tiempo). debido a las propiedades de los materiales del núcleo. El flujo en el núcleo cambia despacio durante el barrido y se corta abruptamente cambiando de polaridad (HOT) y haciendo conducir al diodo damper durante ese "flyback" o periodo de retraso. En otras partes del mundo. 1) Un transformador flyback en su forma más simple tiene corriente que o fluye en su primario. de unos Hz a 10^12 Hz. mientras que en un transformador común. funciona como un inductor puro. normalmente tiene corrientes sinusoidales. se llama "Flyback" o "Transformador flyback". es que un flyback se diseña para guardar energía en su circuito magnético. es decir. crecen o disminuyen en forma de diente de sierra lineal. Muchas fuentes conmutadas de alimentación y conversores DC-DC también son principalmente "del tipo flyback". mientras que los transformadores comunes tienen un rango mucho más ancho.UU. Transformador de salida de líneas o simplemente LOP. mientras que transformador común se diseña para transferir energía del primario al secundario con un mínimo de energía almacenada.). es una buena apreciación general: La diferencia principal entre un transformador flyback y un transformador común. • El origen del termino "Flyback" En los EE. los flyback operan convenientemente en el rango de 10^3 a 10^6 Hz. debido a que el pulso de alto voltaje que carga el condensador del TRC es generado por la contracción del campo magnético en el núcleo del transformador. mientras que los transformadores regulares normalmente tienen voltajes sinusoidales aplicados a ellos. 4 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Pero no hay ningún TRC involucrado y sus transformadores de alta frecuencia generalmente no se llaman transformadores flyback. El término "Flyback" se origina probablemente. Esto es debido a un espacio de aire (entrehierro) cuidadosamente calculado para almacenar energía (es un inductor). o es LOPT (Line Output Transformer). 3) Los voltajes aplicados a un flyback en el primario casi siempre son rectangulares (pulsos).• Diferencias entre el flyback y un transformador común Aunque lo siguiente no siempre es estrictamente verdad para Flyback de TV y Monitor. durante el periodo de retraso del haz de electrones en el TRC. etc. 4) Las corrientes que fluyen a través de cualquier lado de un flyback. el transformador que genera el alto voltaje en un Televisor. el cual "flies back" (vuela atrás) hasta el inicio de una nueva línea de barrido o exploración. (Esto es más complicado en la práctica debido a tiempos de corte finitos de los transistores y diodos. Monitor. necesarios para los circuitos del amortiguador. transfieren energía a sus circuitos durante el mismo periodo del ciclo. LOPT y LOT (Transformador de salida de líneas) derivan del hecho de que está envuelto en el circuito de barrido y aprovecha esto para su rendimiento. ELEC Estructura básica de la ignición para la fuente de la CA con la operación manual. el FLC trabaja en "esconder modo": el detector de flama proporciona la información a un CI. Esta energía de la chispa es bastante fuerte para encender una fuente del gas. debe ser bastante listo para comprobar con un detector de flama si se ha encendido el gas. El condensador entonces se descarga a través del transformador. Fuente de CA con operación automática Cuando el sistema se cambia automáticamente. cuando el voltaje alcanza el voltaje del umbral del zener. se carga un condensador. y los procesos de este CI proporcionan los datos saturando un transistor externo que pare la creación de la chispa. se enciende el SCR. Estructura de la ignición para la fuente de la CA con la operación automática 5 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia .• El FLC Teoría de operación de los flc de ignición: Cuando el interruptor está encendido. poniendo en cortocircuito el cátodo bloqueando las terminales del SCR. proporcionando un alto voltaje (pocos diez de kilovoltio) en su secundario. En tal uso. • El siguiente paso es realizar la medición mediante un divisor de voltaje para medir el alto voltaje generado por el flyback. un FLC que servirá para descargar el capacitor en el primario del Flyback y generar pulsos que se verán reflejados en el secundario. en pulsos de alto voltaje. que es un arreglo que consiste un multiplicador de voltaje.Desarrolllo Desarro o Se procede a seguir los siguientes pasos en la realización de la práctica • Primero hay que implementar el siguiente circuito. 6 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . 7 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . La práctica se entregó sin problemas y funcionando en perfecto estado junto con la práctica de transductores y acondicionamiento de señales en la que se utiliza después un enmallado electrificado por el alto voltaje del Flyback que es capaz de eliminar mosquitos. El voltaje en la resistencia de 1 K fue de 115 mV. y con una relación de 1 a 100.• Medición e impresión de la grafica producida por un osciloscopio digital con el arreglo anterior La medición se realizó con un divisor de voltaje con 10 resistencias de 10 M y una de 1 K .5 KV. poniendo de manifiesto como es posible que el control electrónico sobre ciertos elementos es capaz de transformar la potencia.000 se obtuvo un voltaje total de 11. Concllusiiones Conc us ones Se pudo observar la generación de alto voltaje. muestreadotes (chopera). Como la terminología indica. los SCR se han diseñado para controlar potencias tan altas como 10 MW con valores nominales individuales tan elevados 2000 a 1800V. el rectificador controlado de silicio (SCR) es incuestionablemente el de mayor interés hoy en día. los interruptores estáticos. ciclo convertidores. los circuitos de retraso de tiempo. llamada compuerta.Práctica 2 Alarma Secuencial Objetiivo: Objet vo: La finalidad de esta práctica es el uso y familiarización de los componentes: SCR. Se eligió al silicio debido a su elevada capacidad de temperatura y potencia. En los últimos años. inversores. y controles de fase. el SCR es un rectificador construido de material de silicio con una tercera terminal con propósitos de control. PUT y relevadores. Se introdujo por primera vez en 1956 en los Bell Telephone Laboratories. La operación básica del SCR es diferente a la del diodo semiconductor fundamental de dos capas donde una tercera terminal. 8 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . con la propuesta de simular lo que sería una alarma para coche. Operación básica del SCR. los controles de motores. Su intervalo de frecuencia de aplicación se ha extendido también a cerca de 50 KHz. cargadores de baterías. tales como calentamiento por inducción y limpieza ultrasónica. determina cuando el rectificador conmuta del estado de circuito abierto a corto circuito. permitiendo algunas aplicaciones de alta frecuencia. circuitos de protección. Unas cuantas de las áreas más comunes de aplicación para los SCR incluyen los controles de relevadores. las fuentes de alimentación reguladas. controles de calefacción. Materiiall: Mater a : • • • • • • • • • • • • SCR’s PUT 2N6027 Relevadores Flip Flop J-K LM741 Zener (9 V) Push Buttons Transistores BJT Led’s Capacitores Diodos 1N4007) Resistencias Introducciión:: Introducc ón • SCR (Rectificador controlado de silicio) Dentro de la familia de los dispositivos pnpn. 9 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Vp. este no es un criterio suficiente para activar el dispositivo. la descarga de corriente de E a B1 es de corta duración. VEB1.2. El símbolo esquemático y la distribución de las terminales son como se muestra en la figura siguiente. Cuando VEB1 excede a VP por una cantidad muy pequeña.2. el ánodo ser positivo con respecto al cátodo. En la mayoría de los circuitos UJT. Emisor E B2 Base 2 B1 Base 1 Cuando el voltaje entre el emisor y la base 1. Sus características lo hacen muy útil en muchos circuitos industriales. El UJT es un dispositivo de tres terminales que se denominan emisor. el circuito de E a B1 se vuelve casi un cortocircuito. También debe aplicarse en la compuerta un pulso de magnitud suficiente para establecer una corriente de disparo. el cual funciona como dispositivo de disparo. Desde el punto de vista operativo de un circuito. si se va a establecer la conducción directa. El transistor monounión es un dispositivo de conmutación conductiva. Símbolo gráfico del SCR: • UJT (Unijunction Transistor). Disparo de un UJT. no hay parecido entre el emisor de un UJT y el emisor de un transistor bipolar. en circuitos de compuertas para SCR y TRIAC.El símbolo gráfico para el SCR se muestra en la figura 2. el UJT está apagado y no puede haber flujo de corriente de E a B1 (IE = 0). generadores de onda y más importante aún. base1 y base2. osciladores. y la corriente puede descargarse de una terminal a la otra. el UJT se dispara. y el UJT pronto se revierte a la condición de apagado. representada simbólicamente por I GT Figura 2. Lo mismo se aplica a la relación entre las terminales de base de un UJT y la terminal de base de un transistor bipolar. Con las conexiones correspondientes a la estructura semiconductora de cuatro capas. No es bueno tratar de relacionar mentalmente los nombres de las terminales de un UJT con los nombres de las terminales de un transistor bipolar común. es menor que cierto valor llamado el voltaje pico. Como se indica en la figura. Cuando esto ocurre. Sin embargo. incluyendo temporizadores. Ese porcentaje fijo se llama razón de inactividad intrínseca. El hecho de que las características I–V y las aplicaciones de cada uno sean similares sugiere la elección de los nombres. 10 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . del UJT. el voltaje pico VP es cierto porcentaje fijo de VB2B1. es bastante diferente a la de un transistor monounión. Por lo tanto el voltaje pico de un UJT puede escribirse como: VP = η VB2B1 + 0. y se simbolizaη. + 20V R IE C B1 • PUT (Programmable Unijunction Transistor) B2 Configuración de un PUT 2N6027. PUT (Programmable Unijunction Transistor).6V Donde 0. siendo B2 la terminal mas positiva. la construcción real y el modo de operación de un transistor monounión programable. Para una salida dada del UJT. El voltaje entre las dos terminales de base es simbolizado VB2B1.6V. mas 0. un voltaje de CD externo es aplicado entre B1 a B2.Como se muestra en la figura 1(b). a) UJT Programable b) Arreglo de polarización básico para el PUT. Aunque hay una semejanza en el nombre. se muestra en la siguiente figura.6 V es el voltaje de encendido directo a través de la unión PN que existe entre el emisor y la base 1. como se indica. que mediante la aplicación de la regla del divisor de voltaje. Como el símbolo sugiere. se disparará la sirena activando otro temporizador para la duración de la chicharra. Al ser insertado el código la alarma se desactiva y queda en espera hasta ser activada de vuelta. el cual se activará al abrir las puertas (al encender la luz del coche. Obsérvese en la figura. 10 segundos para la desactivación de la alarma mediante un código secreto. es un dispositivo PNPN de 4 cuatro capas con una compuerta conectada directamente a la capa tipo N emparedada. que el transistor monounión programable (PUT) es un pequeño tiristor . aprox. cuando IG=0: VG = R B1 R B1 + R B 2 V BB = ηV BB Donde: η= R B1 R B1 + R B 2 Podemos asegurar entonces. Caso contrario. 8 seg. El término “programable” se aplica porque RBB. El periodo de oscilación T está dado en forma aproximada por: T = 1/f = RC ln (Vs/ (Vs .Como se indica. El símbolo del dispositivo y el arreglo de polarización básico aparecen en la figura que se muestra a continuación. Al finalizar el tiempo de salida la alarma queda activada y en espera de un cambio de voltaje (mediante un comparador de nivel). con un mecanismo de control que permite una duplicación de las características del SCR típico.) conforme a un temporizador. automáticamente queda activada la alarma de vuelta. η y VP. de acuerdo a como se definen para el UJT. pueden controlarse a través de resistencias RB1 y RB2 y el Voltaje de alimentación VBB.Vp))= RC ln (1+R2/R1) Desarrolllo: Desarro o: Lo primero es activar la alarma mediante una secuencia de estados (Tiempo de salida. Al desactivarse la sirena.) Detectado el cambio de voltaje se activa otro temporizador el cual permite aprox.Se puede utilizar como un oscilador de relajación. es en esencia un SCR. 11 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . (SCR´s) 3. Sensores de Disparo. Temporizador para determinar la duración de la alarma y desactivación de los sensores de Disparo. 6. 4. Tiempo de Señalización de Alarma. Sistema de Activación/Desactivación por Código.63).2. 1. Se hace por medio de Iluminación o de tipo acústica. Señalización de Alarma. que se toma del cátodo con respecto a tierra. la salida va al gatillo de un SCR que activara a los sensores. Después de que se activa el sistema espera un tiempo para que entre la etapa sensor 3. Sistema de Activación/Desac tivación por Código. Timer de Salida. Timer de Salida. Después del Disparo de la alarma. Señalización de Alarma. Tiempo de Señalización de Alarma. . dejando así nuevamente. Se tiene un sensor acústico que Dispara la alarma. dará un tiempo antes de que este de un pulso. Cuando el astable esta activado. dura solo el tiempo que el monoestable esta encendido. • Diagrama del temporizador. y tendrá lugar lo explicado anteriormente de las etapas subsiguientes. 1. cuando este se desactiva se manda un pulso a un transistor que desactivara al SCR que tiene a los censores. 5. desactivados a los censores hasta que otro evento los active y repita todo el ciclo. 12 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Cuando el switch se cierra el arreglo RC que esta conectado al gatillo del PUT. 6. Sensores de Disparo. 5. (SCR´s) 2. las dos resistencias que están en el ánodo son para modificar la n del PUT (n = 0. un tiempo para que entre la etapa de Señalización. 4. Timer de Salida. Timer de Salida. Diiagrama de lla Práctiica D agrama de a Práct ca La salliida de lla señall que salle de Q dell flliipfllop T actiiva lla siiguiiente etapa all entrar en lla La sa da de a seña que sa e de Q de f pf op T act va a s gu ente etapa a entrar en a base de un transiistor BJT 2N2222A base de un trans stor BJT 2N2222A 13 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . que una forma ingeniosa de colocar los elementos Tiristores en un circuito electrónico de potencia. ya no lo era.Concllusiiones Conc us ones Podemos decir al final de elaborar la alarma. La práctica fue entregada funcionando correctamente. 14 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . sin embargo fue resuelto este problema mediante un relevador que suministra la tierra a la siguiente secuencia. hace a la electrónica analógica una alternativa libre de ruidos para diseñar sistemas secuenciales de operación que requieran manejar mayores niveles de corriente. y sin recomendaciones. Cabe mencionar que la activación de uno de los SCR’s se perdía debido a que cuando es enclavado un SCR tiene una caída de 1 V y en la serie de activaciones el voltaje que idealmente debería de ser Tierra 0 V. Trabajando en CA el tiristor se desexcita en cada alternancia o ciclo. siendo este último el electrodo de control. permitiendo circular la corriente en un solo sentido. 15 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga pase por cero. cátodo y puerta. Este semiconductor funciona básicamente como un diodo rectificador controlado. Dispone de tres terminales accesibles denominados ánodo. Una vez arrancado.Práctica 3 Temporizador de Entrada y Salida Objetiivo: Objet vo: La finalidad de esta practica es el habilitar y deshabilitar una carga en AC mediante un PUT y Triac (Triodo para AC). Así como demostrar la bidireccionalidad del Triac y utilizar las 4 diferentes polarizaciones Materiiall: Mater a : • • • • • • • PUT (2N6027) SCR TRIAC (MAC3030) Carga en AC Diodo Capacitores Resistencias Introducciión: Introducc ón: • • TIRISTOR EL TIRISTOR es un semiconductor sólido de silicio constituido por cuatro capas alternativas tipo PNPN. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del tiristor no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión. el tiristor comienza a conducir. Además es importante analizar las características de mando del tiristor que nos permitirán definir la potencia necesaria para el arranque. -Tensión directa máxima soportable (Vdmax). 16 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . -Corriente de continua o eficaz en funcionamiento (Ic). -Caída de tensión directa durante la conducción (Vd). -Corriente de reposo (Ih). -Corrientes de fuga directa (If) e inversa (Ir). -Temperatura de funcionamiento (T).1 puede verse su símbolo electrónico y sus curvas características estáticas.En la FIG. Como valores importantes para definir el funcionamiento de un tiristor se suelen considerar: -Tensión máxima inversa soportable (Vinvmax) entre A y K. Según la FIG.2 debemos considerar los siguientes parámetros: -Tensión máxima directa de puerta Vgmax). -Tensión inversa máxima de puerta (Vginmax). -Corriente máxima de puerta (Igmax). -Potencia máxima disipable (Pgdis). -Tensión mínima directa de puerta (Vgmin). -Corriente mínima de puerta (Igmin • La zona 1 representa los valores de tensión e intensidad de puerta en los que no se consigue el disparo del tiristor. La zona 2 es el conjunto de valores que consigue un disparo adecuado. • • La zona 3 es de destrucción del tiristor. En lo que se refiere a las características dinámicas del tiristor, según el circuito del que forme parte, interesa conocer los siguientes parámetros: 1) Tensión inversa accidental ánodo-cátodo. 2) Angulo de conducción. 3) Tiempo de retardo. 4) Tiempo de subida. 5) Tiempo de respuesta. 6) Factor de conmutación (dv/dt). Cuando se dispone un tiristor en un circuito electrónico trabajando en conmutación, se utiliza para cebarlo un impulso de puerta que genera una corriente inicial entre la puerta y el cátodo, para después propagarse la conducción al resto del dispositivo de forma muy rápida. 17 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia Además hay que considerar que el tiristor no tendrá un cebado efectivo antes de que la corriente de ánodo alcance un valor denominado "corriente de enganche" por lo que no debe retirarse el pulso de puerta antes de alcanzar dicho valor. La extinción del tiristor se produce cuando la corriente de ánodo cae por debajo de un valor denominado "corriente de mantenimiento". Si el circuito exterior exige un crecimiento de la corriente rápido en el cebado, como la tensión entre ánodo y cátodo no disminuye de forma instantánea, puede producirse un consumo de potencia importante que puede llevar a la destrucción del tiristor por variación de la corriente (di/dt). Cuando se produce un crecimiento muy rápido de la tensión entre ánodo y cátodo en el bloqueo, esta dv/dt puede producir el cebado del tiristor aún en ausencia de la señal de puerta. La elección del modelo a utilizar depende fundamentalmente de la aplicación práctica, sin embargo, en general habrá que considerar los siguientes criterios: • La tensión a bloquear: No solo la tensión máxima o valor de cresta de la red, si no también las sobretensiones de conmutación o elementos parásitos. • La intensidad de la corriente eficaz y la de pico, sin olvidar las posibles corrientes de cortocircuito. • Los parámetros de conmutación (dv/dt y di/dt) que pueden ser primordiales. • La sensibilidad, siendo preferidos elementos de sensibilidad media, ya que poseen mayor inmunidad ante los parásitos. Entre los tiristores se pueden encontrar diferentes categorías atendiendo a sus distintos procedimientos de fabricación y constitución propios. Pueden destacar: Los tiristores sensibles, los tiristores rápidos, el tipo darlistor, el complementario, el de doble puerta, el tiristor bloqueable, los fototiristores, el triac, etc. • TRIAC El TRIAC es un dispositivo del tres-terminal similar en la construcción y la operación al SCR. El TRIAC controla y conduce flujo actual durante ambas alternaciones de un ciclo de la CA, en vez de solamente uno. Los símbolos esquemáticos para el SCR y el TRIAC se comparan en el cuadro 3-23. El SCR y el TRIAC tienen un plomo de la puerta. Sin embargo, en el TRIAC el plomo en el mismo lado que la puerta es el "terminal principal 1," y el plomo enfrente de la puerta es el "terminal principal 2." Este método de etiquetado del plomo es necesario porque el TRIAC es esencialmente dos SCR de nuevo a la parte posterior a, con una puerta común y terminales comunes. Cada terminal es, en efecto, el ánodo de un SCR y el cátodo de otro, y cualquier terminal puede recibir una entrada. De hecho, las funciones de un TRIAC pueden ser duplicadas conectando dos SCR reales. El resultado es un dispositivo del tres-terminal idéntico al TRIAC. 18 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia Las conexiones comunes del ánodo-cátodo forman los terminales principales 1 y 2, y la puerta común forma el terminal 3. Figura 3-1, Comparación de los símbolos del SCR y del TRIAC. Figura 3-2, Circuito equivalente trasero del SCR. La diferencia en control actual entre el SCR y el TRIAC puede ser considerada comparando su operación en el circuito básico demostrado en el cuadro 3-1. En el circuito demostrado en la visión A, el SCR está conectado en el arreglo de media-onda familiar. La corriente atravesará el resistor de la carga (R L) para una alternación de cada ciclo de la entrada. El diodo CR1 es necesario asegurar un voltaje de disparador positivo. Figura 3-3 (a), Comparación de los circuitos del SCR y del TRIAC. 19 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia la corriente atraviesa el resistor de la carga durante ambas alternaciones del ciclo de la entrada. Para clarificar esta diferencia. Cuadro 3-4. Corriente que atraviesa la dirección contraria de la voluntad de la carga para la mitad de cada ciclo de la entrada. y los puntos de la salida de los dos dispositivos se demuestra en el cuadro 3-4.En el circuito demostrado en la visión B. 20 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . bloquear. Figura 3-3 (b). Comparación de los circuitos del SCR y del TRIAC. Comparación de las formas de onda del SCR y del TRIAC. una comparación de las formas de onda vistas en entrar. Porque cualquier alternación accionará la puerta del TRIAC. con el TRIAC insertado en el lugar del SCR. CR1 no se requiere en el circuito. lo cual hace que el gatillo se dispare y conduzca corriente como se muestra en la figura 4 En esta polarización se muestra que la fuente del gatillo se encuentra en inverso y la del triac en directo.COMBINACIONES DE POLARIZACIONES APLICADAS 1 En esta polarización se muestra que ambas fuentes se encuentran polarizando tanto al gatillo como a la parte superior del triac en positivo. Las corrientes son electrónicas (en el sentido real de los electrones) 2 En esta polarización se muestra que la fuente del gatillo se encuentra polarizando positivamente y la fuente del triac esta en inverso. lo cual hace que el gatillo se dispare y conduzca corriente como se muestra en la figura. lo cual hace que el gatillo se dispare y conduzca corriente como se muestra en la figura Desarrolllo: Desarro o: 21 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . con lo cual hace que el gatillo se dispare y conduzca corriente como se muestra en la figura 3 En esta polarización se muestra que ambas fuentes se encuentran polarizando tanto al gatillo como a la parte superior del triac en inverso. Circuito temporizador 2. 3. Dispositivo de Disparo. el cual establece el tiempo de entrada para una carga en AC. 2. Configuración para entrar en conducción: 1. Se utiliza un SCR para realizar el disparo hacia el TRIAC. Configuración para entrar en conducción. 3. El triac en esta configuración entra en conducción. Dispositivo de Disparo.Implementar el circuito de la siguiente figura. 22 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . 1. Se ha realizado un circuito temporizador y disparo con PUT. Circuito temporizador. al realizar el disparo. Configuración para entrar en conducción. Dispositivo de Disparo. 1. Se ha realizado un circuito temporizador y disparo con PUT. Se utiliza un SCR para realizar el disparo hacia el TRIAC. 2. Circuito temporizador. Concllusiiones Conc us ones Podemos concluir que el Triac es un elemento bidireccional. 23 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . que además de tener las mismas prestaciones que un SCR. donde su objetivo es establecer el tiempo de salida de una carga en AC. Dispositivo de Disparo. 3. Configuración para salir de conducción: 1. El triac en esta configuración deja de conducir. Circuito temporizador. Configuración para salir de conducción. Configuración para salir de conducción. al realizar el disparo. nos sirve para trabajar cargas en alterna y puede hacer las labores de switcheo del voltaje de alterna.Implementar el circuito de la siguiente figura. 3. además que maneja niveles grandes de corriente. 2. es útil disponer de una corriente con una potencia constante. y poder comparar la señal de entrada para detectar un posible fallo de fase de las líneas de alimentación del motor trifásico de 3 líneas. la curva roja de arriba se desplaza un tercio de ciclo tras la curva azul. y adicionalmente. y la curva amarilla está desplazada dos tercios de ciclo respecto de la curva azul.Práctica 4 Inversor de Rotación de un Motor Trifásico y Sistema de Falla de Fase Objetiivo: Objet vo: Analizar y diseñar un circuito que controle la conexión de líneas trifásicas para aplicaciones de motores. De hecho.’s Timer 555 Capacitores Comparador LM741 Relevadores de contacto magnético IInttrroducciión:: n oducc ón Corriente alterna trifásica Para el funcionamiento de motores. Materiiall: Mater a : • • • • • • • • • • PUT SCR Fuente de DC 12V Resistencias Diodos (1N4007) Led. que detecte cuando una de las fases no este presente Comprender el funcionamiento de los PUT's junto con los SCR´s para determinar tiempos de arranque y de paro de un sentido a otro por medio de relevadores de contacto magnético.. 24 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . es decir. es posible obtener una potencia constante de un sistema de de corriente alterna teniendo tres líneas de alta tensión con corriente alterna funcionando en paralelo. etc. y donde la corriente de fase está desplazada 1/3 de ciclo. Realizar un circuito que controle el cambio de sentido de giro de un motor trifásico. y que la diferencia de tensión entre dos fases cualesquiera fluctúa como una corriente alterna.732 es la raíz cuadrada de 3). 25 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . existe otra forma en la que una red trifásica puede ser conectada: También puede conectar uno de los extremos de cada una de las tres bobinas de electroimán a su propia fase. y puede llegar a dañarse si no actúan las protecciones. La diferencia de tensión entre cada par de fases será superior a la tensión que definíamos en la página anterior.En cualquier punto a lo largo del eje horizontal del gráfico de arriba. Conexión de la corriente alterna trifásica Conexión triángulo Si llamamos a los conductores trifásicos L1. Si se carga el motor. Cuando se interrumpe una fase el motor sigue en rotación. de hecho será siempre 1. de hecho. Habrá una diferencia de tensión entre cada dos fases que en sí misma constituye una corriente alterna. posible. Esto puede parecer imposible. Conexión estrella Sin embargo. y después conectar el otro extremo a una conexión común para las tres fases. Mottorres Trriiffásiicos Mo o es T ás cos El motor asincrónico trifásico gira arrastrado por el campo rotante que tiene origen en las corrientes de fase. pero considere que la suma de las tres fases es siempre cero y se dará cuenta de que esto es. L2 y L3. no arrancará. Este tipo de conexión se denomina conexión triángulo. Si el motor está detenido y se lo alimenta con sólo dos fases. aunque su característica par velocidad cae notablemente. entonces se conectará el primer imán a L1 y L2. para poder entregar la potencia requerida por la carga. encontrará que la suma de las tres tensiones es siempre cero. alimentado con dos fases podrá entregar una potencia sensiblemente reducida en comparación a sus dimensiones (que corresponden al motor trifásico). ya que los conductores se disponen en forma de triángulo. el segundo a L2 y L3 y el tercero a L3 y L1.732 veces superior a esa tensión (1. Absorbe entonces mayor corriente. es necesario hacerlo girar mediante un impulso para iniciar el movimiento. En la tabla numérica 13 figuran los valores de la velocidad síncrona para una frecuencia de 50 Hz y diversos números de pares de polos. necesitan para su funcionamiento como generador o como motor: • • Un campo magnético inductor. Velocidades síncronas a 50 Hz Todas las maquinas trifásicas tienen además en común el arrollamiento trifásico estatórico. Adoptando otra distribución para el arrollamiento estatórico pueden obtenerse arrollamientos adecuados para corriente alterna monofásica o bifásica. el arrollamiento de excitación necesario para crear el campo magnético situado en el rotor (rueda polar). El campo magnético común a todas las maquinas trifásicas es un campo giratorio que puede generarse de distintas manera. sean de C. Particularidades comunes: Todas las maquinas eléctricas. Un arrollamiento inducido. Velocida d síncrona ns rev / min.Maquinas trifásicas síncronas y asíncronas. La máquina es excitada independientemente por medio de una batería o de un generador de corriente continua (excitatriz) acoplado al mismo eje.C. La tensión de excitación puede escogerse libremente de modo que resulte un arrollamiento de fácil ejecución. Este campo gira siempre a la velocidad sincrona de la maquina que depende del numero de pares de polos de ésta y de la frecuencia de la corriente alterna. sean de C. Esté está repartido simétricamente en tres ramas (fases). cada una de las cuales va dispuesta en las ranuras que ha dicho efecto existen en el paquete de chapas estatórico. 3000 1500 1000 750 600 500 Nº de Pares de Polos p 7 8 9 10 12 15 Tabla Numérica. estas cifras resultan un 20 % más elevado.A monofásica o trifásica. Forma constructiva y funcionamiento de una maquina síncrona La maquina asíncrona es generalmente de polos interiores contrariamente a la de corriente continua. 26 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Si la frecuencia es de 60 Hz. 429 375 333 300 250 200 Nº de Pares de Polos p 1 2 3 4 5 6 Velocidad síncrona ns rev / min. y siempre que sea posible. Sin embargo. aparece en esta última un efecto motor. Esta condición es exigida en muchos casos. la maquina funciona como generador trifásico. etc. es que precisan de un sistema para arrancar. la interacción entre los campos magnéticos variables en las tres fases genera la aparición de un campo magnético de módulo constante aunque giratorio en el espacio. las máquinas asíncronas han encontrado su principal aplicación como motores. Si el estator está conectado a una red trifásica con carga. convendrá trabajar con motores asíncronos trifásicos.Al montar este arrollamiento sobre la rueda polar deben preverse soportes especiales para cada bobina con objeto de contrarrestar de forma segura las fuerzas centrifugas que aparecen en servicio. motores con resistencias de arranque. debido a la sencillez de su construcción. Si la maquina síncrona recibe energía eléctrica de una red trifásica en vez de energía mecánica en su rueda polar. motores de polos sombreados. los arrollamientos del mismo suministraran corriente a dicha red en cuanto actúe sobre la rueda polar la fuerza de accionamiento necesario. En este caso puede notarse que los polos no giran uniformemente. Por lo general. 27 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Motor Asíncrono Trifásico Un problema con los motores monofásicos. sino que su magnitud varía alternadamente a lo largo del eje principal. Por lo anterior. El arrollamiento estatórico de la mayoría de generadores existentes en las centrales eléctricas suele trabajar a tensiones elevadas de hasta 10000 V. existen motores con arranque con condensador. El motor asíncrono trifásico es hoy el motor usual de accionamiento en todas las redes de distribución. Estas tres tensiones están desfasadas 120º entre si. en el caso de los motores trifásicos. se crea un campo rotatorio que induce en cada uno de los tres arrollamientos estatóricos una tensión alterna. Máquinas asíncronas Contrariamente a las máquinas síncronas empleadas normalmente como generadores. conservando siempre un mismo numero de revoluciones constante (velocidad síncrona). Excitando una maquina síncrona con corriente continua y haciéndola girar luego su rueda polar. El motor síncrono puede accionar entonces cualquier máquina de trabajo acoplada al eje de su rueda polar. El circuito detecta la presencia de las 3 fases. controla los switches para trabajen alternados. en sentido contrario. Este oscilador astable. 2. Los timer controlan el tiempo de entrada y salida de los Switches. 1. 3. Construir un oscilador (555 monoestable) con una constante de tiempo de 20 segundos arriba (tiempo de apagado) y 5 segundos abajo (tiempo de encendido).Desarrollllo Desarro o Por medio de un circuito rectificador trifásico. Su sentido de giro es de acuerdo a la conexión de los Sw. Control de Ausencia de fase. Estos switches controlan el cambio de fase para realizar el cambio de sentido de giro. es la que el motor trabaja. Los switches están gobernador por los timers y estos a su vez por el circuito detector de falla de fase. Cuando las tres fases están presentes. se detecta la ausencia de fase. El tiempo de trabajo esta determinado por circuitos temporizadores con PUT. Líneas de Trifásica. 1. Control de Ausencia de fase. reduciendo el voltaje y comparándolo contra una referencia fija. Motor Trifásico. 3. haciendo girar a un tiempo el motor en un sentido y en otro tiempo. 4. 2. Switches Controlados. si una de ellas está ausente el sistema no trabaja. Cuando el disparo se ha realizado el ciclo del astable esta cerca del cambio de semiciclo y la diferencia de este tiempo. se habilita un sistema astable para controlar el tiempo de entrada y de trabajo del motor trifásico. Implementar un sistema de prueba de fase mediante un comparador y puente trifásico. 5. 5. 28 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Motor Trifásico. Switches Controlados. Timers para el control de Sw. los cuales retardan el tiempo de disparo a partir del inicio del ciclo de trabajo del astable. Líneas de Trifásica. 4. Lo primero es obtener la alimentación de trifásica. Aplicar el oscilador para la etapa hacia delante del motor y para la etapa de reversa del motor (mediante la conmutación de los relevadores). Timers para el control de Sw. Aplliicaciión A p cac ón Arreglo de Relevadores Diiagrama de lla Práctiica D agrama de a Práct ca 29 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . observándose la precisión que se puede conseguir con los tiristores. 30 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . La práctica se presentó funcionando perfectamente. para poder ser probado con la acometida de Trifásica.Con llos ciircuiitos temporiizadores 1 y 2 Con os c rcu tos tempor zadores 1 y 2 Concllusiiones Conc us ones Queda la gran satisfacción de haber realizado en su perfección una práctica que requiere de precisión en cuanto a la implementación de los elementos y un correcto funcionamiento. Relevadores 12V Resistencias (varias) Introducciión: Introducc ón: TECNICAS DE CONMUTACION DE TIRISTORES. generalmente por arriba de 500 A y de 1 KV. sin la correspondiente aplicación de la señal de compuerta. y por lo general causa la transferencia del flujo de corriente a otras partes del circuito. para llevar a cabo la desactivación en un circuito de conmutación se utilizan componentes adicionales. cuyo objetivo es reducir el proceso de desactivación de tiristores. desactivando por lo tanto el dispositivo de potencia. entre 0. etc. La conmutación es el proceso de desactivación de un tiristor. Las Técnicas de conmutación ponen de manifiesto las formas de onda del voltaje y la corriente transitorios de los circuitos LC bajo varias condiciones. se han desarrollado muchos circuitos de conmutación. simulando un semáforo de luz. 31 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Junto con el desarrollo de los tiristores.. Esto ayuda en la comprensión del fenómeno transitorio de CD bajo condiciones de interrupción o de conmutación. Una vez activado el tiristor y satisfecho los requisitos de la carga. por lo general es necesario desactivarlo. esto significa que ha cesado la conducción directa del tiristor y que la reaplicación de un voltaje positivo al ánodo no causara un flujo de corriente. Por lo común un tiristor se activa mediante un pulso de señal de compuerta. Cuando el tiristor esta en modo de conducción.25 y 2 V. Normalmente.Práctica 5 Semáforo con Tiristores con RL en AC Objetiivo: Objet vo: El fin de esta práctica es manejar y sincronizar tanto PUT’s. su caída de voltaje es pequeña. SCR’s. un temporizador 555. Las Técnicas de conmutación utilizan resonancia LC (o un circuito RLC subamortiguado) para obligar a la corriente o el voltaje de un tiristor a pasar por cero. Materiiall: Mater a : • • • • • • • PUT 2N6027 SCR C106M Transistores PNP 3906 Circuito 555 Capacitores: 4 de 10 µF y 8 de 1 µF. Los tiristores juegan un papel importante en las aplicaciones de alto voltaje y alta corriente. En la práctica el tiristor se dispara en forma sincrónica con el cruce por cero del voltaje positivo de entrada en cada ciclo. a rectificadores controlados por fase y a cicloconvertidores. Conmutación forzada. La conmutación forzada de un tiristor se puede lograr de siete maneras diferentes. 2. 32 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . 5. un inductor y uno o más tiristores o diodos. El ángulo de retraso a se define como el ángulo existente entre el cruce por cero del voltaje de entrada y el instante en que el tiristor se dispara. En algunos circuitos de tiristor. El dispositivo queda desactivado en forma automática debido al comportamiento natural del voltaje de la alimentación. 6. Este tipo de conmutación se aplica a controladores de voltaje de CA. 4. Conmutación natural. Esta técnica se conoce como conmutación forzada y por lo común se aplica a los convertidores de CD a CD (pulsadores) y en convertidores de CD a CA (inversores). que pueden clasificarse como: 1. a fin de suministrar un control continuo de potencia. Autoconmutación Conmutación por impulso Conmutación por pulso resonante Conmutación complementaria Conmutación con pulso externo Conmutación del lado de la carga Esta clasificación de las conmutaciones forzadas se basa en la disposición de los componentes del circuito de conmutación y en la forma en que la corriente de un tiristor se fuerza a cero. Esto se conoce como conmutación natural o de línea. 3. CONMUTACION FORZADA. CONMUTACION NATURAL.Se pueden clasificar dos Técnicas principales de conmutación que son: 1. para desactivar al tiristor la corriente en sentido directo del tiristor se obliga a pasar por cero utilizando un circuito adicional conocido como circuito de conmutación. El circuito de conmutación esta formado por lo general de un capacitor. Si el voltaje de alimentación es de CA. 2. la corriente del tiristor pasa a través de un cero natural. el voltaje de entrada es CD. y a través del tiristor aparece un voltaje inverso. Conmutación por impulso El tiristor T1 esta conduciendo inicialmente. la corriente de carga se convierte en cero y el tiristor se desactiva. y T1 se desactiva... si es constante esta dado por t off = V0 C Im Dado que se aplica un voltaje inverso de Vo a través del tiristor T1 inmediatamente después del disparo del tiristor T2. a este tipo de conmutación también se conoce como conmutación auxiliar. Toff también se conoce como tiempo disponible de desactivación. a este tiempo se le llama tiempo de conmutación del circuito. es inversamente proporcional a la corriente de carga. para una carga muy pequeña o una corriente de baja carga. existe un retraso de to segundos antes de que T1 sea desactivado. Con condiciones iniciales vc(t = 0) = 0 e i(t = 0 ) = 0. el capacitor se carga desde -Vo hasta cero y la corriente dejara de fluir y desactivara al T2. toff. Cuando se dispara el tiristor auxiliar T2.1.Autoconmutación El tiristor es desactivado debido a las características naturales del circuito. así. El tiempo requerido para que se descargue el capacitor desde -Vo hasta cero se conoce como tiempo de desactivación del circuito toff y debe ser mayor que el tiempo de desactivación del tiristor tq. esto se conoce como conmutación por voltaje. Una vez que el tiristor es disparado. el T1 queda con polarización inversa. El tiempo de desactivación depende de la corriente de carga. Debido a la utilización de un tiristor auxiliar T2. 2. debido al voltaje del capacitor. el tiempo de desactivación será muy grande y para una corriente de carga alta el tiempo de desactivación será pequeño. El tiempo de desactivación del circuito. la solución de la corriente de carga i como i(t ) = V s Y el voltaje del capacitor C sen ω m t L v c (t ) = V s (1 − cos ω m t ) donde ωm = 1 LC Después del tiempo t = to. 33 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . 3.. y el capacitor se cargara hasta 2V. Una vez desactivado. la corriente en sentido directo del tiristor T1 se reduce a cero en t = t1. Si T1 esta conduciendo y se aplica una corriente de carga a partir de la fuente principal Vs. El tiempo t1 debe satisfacer la condición i(t = t1) = Im. el voltaje del capacitor se invierte a -Vs a través de R1. un pulso resonante de corriente pico.Conmutación por pulso externo Para desactivar un tiristor que esta conduciendo. El capacitor se descargara desde -V1 hasta cero y su voltaje empezara a elevarse hasta el voltaje de CD de la fuente. Cuando se dispara el tiristor T1. y al mismo tiempo se carga el capacitor C hasta Vs a través de la otra carga con R2. Cuando se conecta el tiristor T2. Una vez desactivado el tiristor T1. la carga con R1 se conecta el voltaje de alimentación.Conmutación por pulso resonante Cuando se dispara el tiristor T2. C. Si se dispara T3.. el tiristor T2 se desactiva y el ciclo se repite. el capacitor queda colocado a través del tiristor T1 y la carga con R2 se conecta al voltaje de alimentación. Vs es el voltaje de la alimentación principal y V es el voltaje de la fuente auxiliar. cuando la corriente de resonancia se iguala con la corriente de carga Im. 5. Suponiendo que el capacitor al principio no estaba cargado.Conmutación complementaria La conmutación complementaria se utiliza para transferir corriente entre dos cargas.. el capacitor se cargara a partir de la fuente auxiliar. El disparo de un tiristor conmuta a otro. En la figura se muestra un circuito de tiristor mediante la conmutación de pulso externo y dos fuentes de alimentación. El tiristor T3 esta autoconmutado. el capacitor se descargara a través de la carga a una velocidad determinada por la magnitud de la corriente de carga Im.. T1 adquiere polarización inversa y se desactiva por medio de la conmutación por impulso. se forma un circuito resonante constituido por L.En todos estos métodos la conmutación se produce por el lado de la carga. 4. 6. Vs. El voltaje del capacitor se invierte desde Vc (=Vo) hasta -Vo mediante el disparo de T3. T2 y la alimentación. La polaridad del capacitor C es como aparece en la figura. y T1 se desactivara. el disparo de T2 aplicara un voltaje inverso Vs .2V a través de T1. y se determina como t1 = LC sen −1 ( Im Vo L ) C La corriente a través del tiristor T1 dejara de fluir y el capacitor se volverá a cargar a una velocidad determinada por la corriente de carga Im. La energía almacenada en el inductor L debido a la corriente de pico de la carga Im se transfiere al capacitor. 34 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . se utiliza un pulso de corriente que se obtiene de un voltaje externo. haciendo que se sobrecargue. Debido a la corriente de resonancia. fluirá a través de T3. Si el tiristor T1 se vuelve a disparar. Vs. 5. De esta manera los tiempos de duración de la señalización del semáforo dependerán de los cálculos realizados en cada etapa para la carga del capacitor atreves de una resistencia donde la constante de tiempo t = RC determina dicho tiempo. 3.Desarrollllo: Desarro o: Señalización o o o o Etapa Etapa Etapa Etapa A = Luz verde (siga) B = Luz verde intermitente (etapa de atención) C = Luz anaranjada (preventiva) D = Luz Roja (alto “stop”) Procedimiento La etapa A comienza a partir del reset con luz verde (ya disparada) a partir de aquí se comienza a cargar la etapa 1 y se dispara mediante la carga de un capacitor por la constante RC para disparar un PUT y este habilite la conducción (enclavamiento del SCR) de un SCR de Ánodo a Cátodo. 35 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Estado de “PREVENIDO PARA DETENERSE”. Estado de “AVANCE PREVENTIVO”. posteriormente disparamos la etapa D y esta bloquea a la C y se cicla esperando la carga de la etapa extra que corresponde a la etapa A y vuelve a comenzar el ciclo. Pulso de inicio. . habilitando la carga que este tiene a su cargo Y mediante esta señal comenzamos a cargar la segunda etapa (que es exactamente la misma) y una ves que la etapa B se dispara esta bloquea a la etapa A por medio de corriente capacitiva inversa. 4. 2. 1. Estado de “AVANCE”. Yasí sucesivamente disparamos la etapa C y esta bloquea a la B. Estado de “NO AVANCE”. Estado de PREVENIDO PARA DETENERSE”. Estado de “AVANCE”. El SCR entra en conducción y activa un circuito astable. Pulso de inicio. El primer SCR entra en conducción y el Primer PUT inicia su ciclo de tiempo.1. 4. Estado de “AVANCE PREVENTIVO”. 36 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . logrando desenclavar a el SCR. y por medio de esta practica podemos observar que mediante corrientes capacitivas inversas es posible reducir el nivel de corriente que pasa por el SCR por debajo de Imin . Concllusiiones Conc us ones En practicas pasadas analizamos y utilizamos a los SCR donde nos dimos cuenta que dichos dispositivos una ves que se disparan (enclavan) ya no se desenclavan si no se retira la alimentación de la fuente o en este caso retirando el nivel de voltaje y corriente de DC que surte al ánodo del dispositivo. Estado de “NO AVANCE”. el PUT inicia su ciclo de tiempo y se conecta a la etapa de “NO AVANCE”. 2. El PUT correspondiente inicia su ciclo de tiempo 5. El SCR entra en conducción. El segundo SCR entra en conducción y su respectivo PUT inicia su ciclo de tiempo. 3. El problema de ésos métodos de control ha sido que son grandes. por consecuencia la intensidad luminosa de una lámpara incandescente. La electrónica de energía ha evolucionado rápidamente. entre 1960-1970 a los tiristores y los triac. Esos métodos se han utilizado en teatros de película. Este tipo de dimmer llegó a estar disponible después de 1970 y se utiliza hoy en día en muchas localizaciones como los hogares. El dimmer se basa en el ajuste del voltaje que consigue. para controlar de potencia y. La electrónica que controlaba también hizo posible hacerlos fácilmente controlables de la posición remota. escenarios y otros lugares públicos. Resistencia variable Capacitores Resistencias Zener (12V) Mux 8 a 1 (74H4051) Contador binario 74HC4040 Introducciión: Introducc ón: El dimmer es un dispositivo el cuál nos permite variar la cantidad de voltaje por ejemplo de una lámpara. por medio del recorte de fase y/o voltaje de una línea de voltaje alterno. recordemos que la causa principal de acortamiento de la vida de las lámparas normales es. de un motor etc. Realizar un circuito analógico y un circuito digital. el pico de voltaje inicial. costoso. por ejemplo.Práctica 6 Dimer AC-DC manual y automático (Digital) Objetiivo: Objet vo: Analizar el funcionamiento de dispositivos controladores de potencia. una lámpara. salas de conferencias y en la iluminación de la etapa. lo que ayuda a prolongar el tiempo de vida de estos. El dimmer nos permite comenzar desde cero volts y aumentar paulatinamente hasta alcanzar la iluminación máxima. Son muy utilizados en una casa–habitación para variar el voltaje de los focos de las recámaras. donde controlemos la potencia por medio del principio de recortar el ángulo de disparo en una señal senoidal. restaurantes. tiene una eficiencia pobre y son difíciles de controlar. Diseñar un circuito analógico y un circuito digital. El dimmer ha sido posible por muchas décadas usando resistores ajustables de energía y transformadores ajustables. 37 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Materiiall: Mater a : • • • • • • • • • • SCR PUT Puente Rectificador Carga en AC. Usando estos componentes era absolutamente fácil hacer los dimmers pequeños y baratos y con buena eficiencia. Reconocer ventajas y desventajas de lo analógico y digital e viceversa. Control de tiempo de Disparo. Control de tiempo de Disparo. Circuito Detector de Cruce por Cero. por medio de sistema digital. es la sección que se recorta de la señal. 1. 3. Circuito Detector de Cruce por Cero. Se hace notable el cambio de lo analógico con lo digital.Alimentación Alterna. Aquí se recorta la y controla la potencia por medio de una resistencia y de acuerdo al tiempo de disparo se recorta de la señal de alterna. A partir del cruce por cero. 2. 2. 2. 1. 38 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia .El dimmer digital es digno de un apartado propio dado que requiere una explicación que es amplia. microprocesador o algo por el estilo. Desarrollllo: Desarro o: • • • Implementar el dimmer analógico Implementar un dimmer digital Hacer un breve análisis respecto a los dos circuitos. Aquí se recorta la señal y controla la potencia por medio de un multiplexor que presenta diferentes valores resistivos al PUT. 3. se cuenta el tiempo para disparo y recorte de la señal de alterna. para que pueda ser manejado ya sea por un microcontrolador. se cuenta el tiempo para disparo y recorte de la señal de alterna. El circuito es alimentado con voltaje de Alterna. 1. El dimmer digital no es más que un regulador de intensidad de luz de una lámpara pero controlado digitalmente. Disparo de tiristor para el control de potencia. Circuito Detector de Cruce por Cero. El circuito es alimentado con voltaje de Alterna. A partir del cruce por cero. 2. Disparo de tiristor para el control de potencia analógico. Control de tiempo de Disparo. Alimentación Alterna. y de acuerdo a la secuencia de control. con lo que se puede variar el tiempo de la señal de disparo del PUT al SCR. 3. Alimentación Alterna. 1. Figura Dimmer digital. el cual controla el ángulo de disparo del PUT.Dimmer analógico Figura Dimmer analógico. 39 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . El control de potencia del dimmer analógico recae en el arreglo de la resistencia variable de 250 KΩ. Concllusiiones Conc us ones Esta práctica vuelve a demostrar la funcionalidad de los Tiristores. en el control de la potencia otorgada a la carga. El control de combinaciones del multiplexor es mediante un push button el activa un contador binario (a baja frecuencia de 8 estados). donde por cada pulso de reloj tiene el objetivo de ir variando la potencia en la respectiva carga de A. 40 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . El circuito con Dimmer Analógico y Digital trabajaron correctamente. disparando el sistema en la primera parte del semiciclo. estos sistemas se aplican entre otras cosas para el ahorro de energía. logrando hacer esto enclavando al SCR por la señal que es enviada por el PUT en un tiempo determinado por el valor resistivo que otorga el multiplexor.C. Su utilidad se presenta en mayor medida en casas y en la industria en aplicaciones especificas. mediante la modulación del ancho de pulso de la onda senoidal.. calculando el tiempo a partir del cual el tiristor deja pasar la onda senoidal.En el dimmer digital el control del ángulo de dispara (para el control de potencia) es mediante un multiplexor de 8 a 1. todo este sistema es reiniciado cada vez que se presenta un cruce por cero de la onda senoidal. donde los valores de las resistencias varían desde 200 kohm hasta los 0 ohm como muestra la figura. el sistema siempre trabajará cuando inicie su nivel ascendente un semiciclo. es decir. El relevador de estado sólido. con sólo eliminar la habilitación es suficiente para terminar el estado de conducción. por sus siglas en inglés (Solid State Relay). ya sea por un voltaje aplicado o por medios ópticos. Estas ventajas están ya comprobadas en el uso de semiconductores discretos. dada su construcción solo puede operar con circuitos de corriente alterna. se recomienda hacer un análisis para ver las alternativas de conmutación ofrecidas por otros sistemas. mientras que en los relevadores mecánicos. una de las desventajas que presenta. que para esta configuración debe estar cercana a 1v. pues para poder realizar un switcheo abierto–cerrado. Comparado contra el relevador mecánico. Materiiall: Mater a : • • • • • • • • • Diodos 1N4007 (4) Foco de 12 volts Foco para corriente alterna Zener de 9 volts Potenciómetro de 100 kΩ Resistencia de 120 kΩ Arreglo Darlington Opto acoplador SCR Introducciión: Introducc ón: Un Relevador de estado sólido. es la construcción de un relevador de estado sólido (Solid state relay) debido al alto costo que tiene en el mercado actual. pero menos significativa es el voltaje de conducción que consumen los semiconductores. El voltaje y el tipo de control también se hace por medio de semiconductores. SSR. y esto es una ventaja para la protección de los sistemas conectados a las terminales del relevador de estado sólido. entre otras características. es un en realidad un arreglo de semiconductores para que opere como un sistema de switcheo a altas velocidades. mayor velocidad de conmutación. comparado con un relevador mecánico. se requiere un cruce por cero para “sacar” del estado de conducción a los elementos semiconductores. puede ser despreciable. como su nombre lo indica. mayor potencia de disipación en un espacio pequeño. 41 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia .Práctica 7 Relevador de Estado Sólido SSR Objetiivo: Objet vo: La finalidad de la práctica. menor voltaje de control y mayor durabilidad. el cual comparado con una línea alterna de 127 volts. El sistema de cruce por cero evita que el circuito conectado a través de los terminales inicie operaciones cuando el voltaje de entrada esta en su pico máximo. Otra desventaja. no así cuando el voltaje de alterna sea menor y para el cual. presenta. es que este relevador de estado sólido. En un principio el foco debe estar apagado cuando presionemos el push button de no ser así se debe variar la resistencia. INTERRUPTORES DE POTENCIA Los relevadores de protección haciendo una comparación sobre el "cerebro" para sensar disturbios. Así también. Los diseños y presentaciones específicas varían mucho con los requerimientos de aplicación. esté podrá ser usado solamente para energizar o desenergizar manualmente el equipo o los circuitos Desarrollllo: Desarro o: La operación del circuito es la siguiente. Se debe accionar al fototransistor a través de un push button. y difícilmente conservan las condiciones. todos los relevadores de protección fueron del tipo electromagnético. las diferencias de construcción. Se debe ajustar la fuente a unos 20 volts. un interruptor sin relevadores tiene mínimo valor. quitar la alimentación y volver a conectar hasta que el foco por fin se apague. Originalmente. de manera que podremos decir que el colector del fototransistor estará con conexión a tierra y este no podrá enclavar el SCR. se debe ir variando el potenciómetro e ir presionando el push button hasta lograr que el foco encienda. la corriente en la base del transistor cesará y se encontrará en corte dejando el colector del fototransistor conectado a V+ a través de una resistencia y el potenciómetro. El circuito debe ser probado con corriente directa para garantizar su funcionamiento. y electromecánico que siguen estando en gran uso. Los relevadores de estado sólido son usados en sistemas de protección de bajo voltaje donde el relevador y el circuito del interruptor automático son una unidad común. pero como mecanismo de baja energía no son capaces de interrumpir y aislar el área con problemas de el sistema de potencia. Se ajusta a través de la resistencia variable de 100 kΩ y el procedimiento es el siguiente. El circuito que se propone a continuación es distinto al visto en clase. algunas veces insensibles. Cuando tengamos 20 volts o por debajo de este valor. Aquí los relevadores electromecánicos fueron generalmente y relativamente inexactos. Cuando tengamos un voltaje por arriba de los 20 volts existirá una corriente de rodilla que será capaz de saturar al transistor. Un relevador de protección sin un interruptor no tiene valor. esperando solamente que se presione el push button para enclavar al SCR. De esta manera los relevadores de protección y los interruptores de potencia son los equipos necesarios para el rápido aislamiento de un área con problemas ó equipos dañados. Se puede utilizar un fototransistor y un led por separado o bien un integrado que ya cuente con ambos elementos para la sección del opto. excepto posiblemente para alarma.ESQUEMAS DE PROTECCIÓN CON RELEVADORES. pero resulta más fácil de desarrollar debido a que requiere de muy pocos componentes. Los interruptores de potencia en sus distintos tipos son el "músculo" que puede aislar la falla. se coloca un foco para visualizar cuando el SCR se encuentre enclavado. pero los diseños de estado sólido están proliferando. y el tiempo de operación del diseño en particular. Es en este caso donde los relevadores de estado sólido son hoy en día muy efectivos. De esta manera nos aseguraremos que el foco sólo encenderá a los 20 volts o por debajo de ese valor. 42 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Ahora bien. se procede a sustituir el foco de directa por uno de alterna y se conecta a la línea de AC. Dado que la corriente alterna tiene una frecuencia de 60 Hz difícilmente podremos ver al foco entrar a los 20 volts. es por eso que previamente se ajustó con CD. Por lo que el sistema no deberá enclavarse en AC.Una vez que se ha ajustado el circuito con corriente directa. y en DC solo deberá enclavarse antes de los 20 V. pero están controlados por la etapa que corresponde a la habilitación y al disparo del SCR de conducción completa de señal. Los SCR de conducción de cada semiciclo siempre estarán disparados cuando su semiciclo este presente. Concllusiiones Conc us ones Esta práctica fue entregada funcionando a la perfección. fue sencilla. 43 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . el voltaje de umbral se controla modificando los valores de resistencia de base y colector del transistor que dispara el SCR de conducción completa de señal. Cada vez que se presione el push button el foco deberá encender. El armado y la prueba de funcionamiento del circuito. y de otro a sus propias limitaciones de potencia).). es en esencia un conversor electromecánico. etc.80º hasta unos 15º). y condiciones de amarre. para completar una vuelta serán necesarios 200 pasos.80º. Controlar un motor stepper de 2 y otro de 4 bobinas en velocidad. el motor paso a paso está concebido de tal manera que gira un determinado ángulo proporcional a la "codificación" de tensiones aplicadas a sus entradas (puede tener 2. De este modo.Práctica 8 Motores a Pasos (Steppers) a Dos y Cuatro Polos Objetiivo: Objet vo: Comprender el concepto del funcionamiento de los motores a pasos (steppers).6. sentido de giro. leds Introducciión: Introducc ón: Motores a pasos (steppers). 44 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia .4. que transforma la energía eléctrica en mecánica. es posible controlar la velocidad del mismo. La posibilidad de controlar en todo momento esta codificación permite realizar desplazamientos angulares lo suficientemente precisos. De la misma manera que se puede posicionar el eje del motor. Como todo motor. Materiiall: Mater a : • • • • • • • • • GAL16V8 74LS193 LM555 6 Transistores 2N2222A 4 MOSFET’s IRFZ44 canal N 2 STA434A Motor a Pasos 4 bobinas Motor a Pasos 2 bobinas Resistencias. En efecto. De ello se deduce que el motor paso a paso presenta una precisión y repetitividad que lo habilita para trabajar en sistemas abiertos sin retroalimentación. dependiendo el ángulo de paso (o resolución angular) del tipo de motor (puede ser tan pequeño como 1. si por ejemplo el número de grados por paso es de 1. pero de un modo tan peculiar que constituye en la actualidad una categoría aparte. Capacitores. mientras que un motor convencional gira libremente al aplicar una tensión comprendida dentro de ciertos límites (que se corresponden de un lado al par mínimo capaz de vencer su propia inercia mecánica. la cual será función directa de la frecuencia de variación de las codificaciones en las entradas. Si se desea invertir el giro del motor solamente tenemos que seguir la secuencia al revés. los puntos rellenos indican la señal activa. podemos probar nuestro motor conectando las puntas de este a esta secuencia de activación pero como se ve. tres o más fases. del tipo de polos no salientes. Tanto el rotor como el estator pueden emplear polos salientes o no salientes. 45 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . solamente queda 1 bit activado a la vez lo que nos reduce el torque del motor. Este método nos garantiza un mejor torque para el motor ya que solo existe un cambio de bit a la vez. en general. El código en binario para la secuencia es: 10b 9b 5b 6b y vuelve a repetirse. donde n es el número de fases o grupo fase y P el número de polos o dientes del rotor. Un método es el siguiente: Como se observa. Para calcular el número de grados por paso esta establecida la siguiente fórmula: α= 360º nP . Los devanados del estator son semejantes a los de un motor de inducción o síncrono convencional de dos. Los motores de pasos que tienen ángulos pequeños son. y se sacan terminales de todos los devanados para excitación de CD. La figura de la izquierda nos muestra una secuencia con rotabit. Para hacer girar estos motores tenemos que aplicar pulsos de activación.Básicamente los hay de 3 tipos: • • • De imán permanente “rotor activo” De reluctancia variable “rotor reactivo” Híbridos (combinación de los anteriores) Motor a pasos de imán permanente El rotor de un motor de imán permanente tiene número par de polos fabricados en aleación de acero de alta retentividad (Alnico) que produce un imán permanente de varios polos. Lógica Combinacional. 4. C. 3. que tiene 5 cables. Si consideramos que el motor de 4 bobinas. El contador genera una lógica secuencial y con lógica combinacional hacer girar el motor. de acuerdo a la secuencia. ya que es en este punto en el que siempre están activándose dos bobinas. 2. 46 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . El sentido de giro esta dado por el modo de operación del contador (ASC/DSC). Lógica Combinacional. La señales de la lógica combinacional se aplican a cada polo del motor haciéndolo girar. D. Aquí se genera la secuencia combinacional y entrega los pulsos con los que el motor avanza por pasos. que controla la polaridad de cada bobina haciendo girar al motor en un sentido y otro. El diagrama a bloques del control de pasos con 2 bobinas es el siguiente: Aquí se controlan las bobinas con Switch H. E siendo C el común entonces el código será Es decir: A B D E 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 Este es el diagrama a bloques del control de motor a pasos con 4 bobinas. Contador. 4. Contador.Desarrollllo: Desarro o: Sin embargo en el desarrollo de la práctica encontramos un código con el que el torque es mayor. El contador genera una lógica secuencial y con lógica combinacional hacer girar el motor. 1. B. 3. Aquí se genera la secuencia combinacional y entrega los pulsos con los que el motor avanza por pasos. Oscilador. La lógica combinaciona l se aplica a un switch H. Este oscilador entrega al reloj del contador la frecuencia/ve locidad a la que el motor girará. El sentido de giro esta dado por el modo de operación del contador (ASC/DSC). Oscilador. Este oscilador entrega al reloj del contador la frecuencia/vel ocidad a la que el motor girará. Control de Potencia. o medios pasos 1. La técnica utilizada para este motor es de avance por Micropaso. en el orden de izquierda a derecha son A. debido a que al polaridad de las bobinas debe de cambiar. y el motor queda en amarre. Switch H. 2. y las salidas son a. Y es el menos significativo. d. b. CHIP STEPER GAL16V8 w 2 X Y 5 6 7 8 9 GND 11 12 13 14 15 e d b a VCC EQUATIONS a=/X*/Y + X*Y b=X*/Y + X*Y d=/X*Y + X*/Y e=/X*/Y + /X*Y Se utilizan buffers y Fets para no permitir que se caiga la señal a la salida del Gal16V8 47 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . donde X y Y son las entradas. e.El decodificador Gal16V8 utiliza el siguiente programa. refiriéndose a las bobinas en ese orden. La practica se entrego trabajando correctamente. sistemas de recorrido. 48 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . amarre. etc. ya sea en 2 o 4 bobinas la circuitería necesaria para controlarlos en: sentido de giro. y el torque que desarrollan. Se pueden observar las alternativas de operación de estos motores.. y con esto podemos tener sistemas completos como: poleas. arregllo obteniido dell Se ap ca a secuenc a a y b para e motor de 2 bob nas con un puente H arreg o obten do de ciircuiito STA434A c rcu to STA434A Concllusiiones Conc us ones Los motores a pasos nos proporcionan precisión en cuanto al ángulo de giro. brazos. velocidad.Se aplliica lla secuenciia a y b para ell motor de 2 bobiinas con un puente H. de forma que en un transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene acompañado por la correspondiente disminución de corriente. El producto de intensidad de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador elevador. y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas (véase Electricidad).Práctica 9 Inversor DC-AC Objetiivo: Objet vo: La finalidad de la práctica. 49 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. es la conversión de voltaje directo en alterno alimentando su respectiva carga Materiiall: Mater a : • • • • • • 2 Mosfet (canal N) Oscilador Circuito inversor (7404) Transformador (3 amperes) 2 Fuentes conmutadas Carga en AC Introducciión: Introducc ón: Transformador Dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más. como su nombre lo indica. Si el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor. La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria. En el extremo receptor los transformadores reductores reducen el voltaje. frecuencias muy altas (VHF). normalmente alrededor de los 240 voltios. para la transmisión de energía eléctrica a larga distancia se utilizan voltajes elevados con intensidades de corriente reducidas. con un nivel de distorsión mínimo. Las pérdidas ocasionadas por la línea de alta tensión son proporcionales al cuadrado de la intensidad de corriente por la resistencia del conductor. que operan a la frecuencia de la red eléctrica. Por tanto. A niveles de potencia por debajo de un milivatio. en los que se utiliza la sintonización para eliminar ruidos eléctricos no deseados cuyas frecuencias se encuentran fuera del rango de transmisión deseado. pueden ser monofásicos o trifásicos y están diseñados para trabajar con voltajes y corrientes elevados. Conocidos como transformadores de audio. reduciendo con ello la intensidad. aumentando la intensidad. llamadas laminaciones. lo que hace necesario el uso de dispositivos de refrigeración. que a su vez proporcionan corriente continua (CC) al equipo. Los transformadores de potencia industriales y domésticos. Sonido). alrededor de las cuales se instalan las bobinas de hilo de cobre. Para que el transporte de energía resulte rentable es necesario que en la planta productora de electricidad un transformador eleve los voltajes.5% de la potencia de un gran transformador genera enormes cantidades de calor. televisión y alta fidelidad (véase Grabación de sonido y reproducción). Estos transformadores electrónicos de energía se fabrican normalmente con bloques de láminas de aleación de acero. Las tasas de eficacia se encuentran normalmente por encima del 99% y se obtienen utilizando aleaciones especiales de acero para acoplar los campos magnéticos inducidos entre las bobinas primaria y secundaria. El aceite circula por el transformador y disipa el calor mediante radiadores exteriores En el campo de la electrónica se suelen utilizar con más frecuencia transformadores con capacidades de alrededor de 1 kilovatio antes de los rectificadores. Los transformadores de potencia convencionales se instalan en contenedores sellados que disponen de un circuito de refrigeración que contiene aceite u otra sustancia. Una disipación de tan sólo un 0. así como para aumentar su voltaje. Estos transformadores de alta frecuencia operan por lo general en circuitos sintonizados o resonantes. y adaptan la corriente a los niveles requeridos por las industrias y las viviendas. 50 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . frecuencias de radio (RF) y frecuencias intermedias (IF). estos dispositivos utilizan sólo una pequeña fracción de su potencia nominal para la producción de señales en las frecuencias audibles. Los transformadores a niveles de entre 1 y 100 vatios se usan principalmente como transformadores reductores. Los transformadores de potencia deben ser muy eficientes y deben disipar la menor cantidad posible de energía en forma de calor durante el proceso de transformación. los transformadores se utilizan sobre todo para acoplar frecuencias extremadamente elevadas (UHF).• Transformador De Potencia Son grandes dispositivos usados en los sistemas de generación y transporte de electricidad y en pequeñas unidades electrónicas. para acoplar circuitos electrónicos a los altavoces de equipos de radio. Los transformadores se valoran según su capacidad de reproducción de frecuencias de ondas audibles (entre 20 Hz y 25 KHz) con distorsiones mínimas a lo largo de todo el espectro de sonido (véase Frecuencia. Etapa de switcheo se realiza con Mosfet.Desarrollllo: Desarro o: Construir un oscilador de señal cuadrada simétrico. 51 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Sin embargo se apreciaba un fuerte efecto de carga al caerse el voltaje al colocarle una carga de 100W. y para esta etapa se requirió una señal cuadrada Q y su negación /Q para lograr un switcheo a una frecuencia determinada de tal modo que si la derivación central esta conectada a Vdd = 12V y se conecta a una derivación del transformador (con Q) un switch con MOSFET que se conecte a tierra. le estará induciendo 12V al primario con una frecuencia de 100 Hz y este nos entregara 120V en el secundario ya que nuestro transformador es de 1:10 y en tanto a la otra fase se le este aplicando la señal invertida ya mencionada (/Q). logrando encender a la perfección un foco de 40 W. Se probo la capacidad de la fuente para suministrar corriente utilizando el voltaje variable positivo a 12V y el voltaje variable negativo a 0V. Esto nos proporcionara en nuestro primario un flujo de corriente y una caída de voltaje en el primario y este por efecto inductivo del campo magnético generado y cortando las líneas de campo en el secundario y este secundario a su ves acondicionado en calibre y vueltas se nos entregue 10 veces más en volts a lo que entra en el primario Concllusiiones Conc us ones El sistema entregó a la carga 240 V funcionando mejor a una frecuencia de aproximadamente 2. a alrededor de 30 V. simulando la Tierra del diagrama.3 KHz. 47 kΩ.• Práctica 10 Modulador de Ancho de Pulso Manual y Automático PWM Objetiivo: Objet vo: El fin de la realización de esta práctica es desarrollar un dimmer de DC a base de la modulación por ancho de pulso. 100 kΩ. Estas señales se utilizan para la modulación de radio porque la alta señal de portador de la frecuencia es necesidades de la radiación eficiente de la señal. Onda seno que modula pulsos 52 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . 82 kΩ y de 3. 0. de la frecuencia y del pulso se convierte en opciones posibles de la modulación. En muchos accione los convertidores electrónicos donde el voltaje de la salida puede ser uno de dos valores que la única opción es modulación del tiempo medio de la conducción. Cuando la comunicación por pulsos fue introducida. 1 kΩ. la anchura de la amplitud. Materiiall: Mater a : • • • • • • • TL074 LM741 (2) Capacitores (100 µF. Cuando una señal de alta frecuencia tiene una amplitud variada en respuesta a una señal frequecny más baja tenemos (modulación de la amplitud). Cuando la frecuencia de la señal se varía en respuesta a la señal de modulación tenemos FM (modulación de la frecuencia).1 µF) Resistencias (10 kΩ.3 kΩ) Potenciómetro (100 kΩ) Mosfet IRFZ44 Foco de 12 volts Introducciión: Introducc ón: Fundamentos De la Modulación De Anchura De Pulso (PWM) Hay muchas formas de modulación usadas para comunicar la información. La ventaja del proceso linear para este uso miente en la facilidad de la desmodulación. PWM Diente De Sierra La forma análoga más simple de generar la frecuencia fija PWM está por la comparación con una forma de onda linear de la cuesta tal como un diente de sierra. La señal de modulación se puede recuperar del PWM por la filtración baja del paso.1. Modulación Linear La modulación más simple a interpretar es donde el promedio EL la época de los pulsos varía proporcional con la señal de modulación. Espectros de PWM 2. la señal de salida pasa a ALTO cuando la onda del seno es más alta que el diente de sierra. Para una sola onda del seno de la frecuencia baja como señal de modulación que modula la anchura de un tren de pulso fijo de la frecuencia (fs) los espectros están según lo demostrado en el higo 2. Un filtro bajo del paso puede extraer claramente el fm componente de modulación. 53 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Otras señales con los bordes rectos se pueden utilizar para la modulación que un portador de levantamiento de la rampa generará PWM con la modulación del borde de fuga/posterior. PWM diente de sierra. Se pone en ejecución esto usando un comparador donde el voltaje de salida vaya a una lógica ARRIBA cuando la entrada es mayor que la otra. Según lo considerado en la figura. Para una onda diente de sierra de la frecuencia fs las muestras están en 2fs. PWM Muestreado Regular 54 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . 3. PWM muestreado regular hace la anchura del pulso proporcional al valor de la señal de modulación al principio del período del portador. Esto es un esquema fácil a poner en ejecución con electrónica análoga pero sufre la imprecisión y deriva de todo el cómputo análogo así como tener dificultades de generar los bordes múltiples cuando la señal tiene incluso un ruido agregado pequeño. PWM Muestreado Regular El esquema ilustrado de arriba genera un borde de la conmutación en instante de la travesía la onda del seno y el triángulo. En el higo 5 la intercepción de los valores de la muestra con el triángulo determina los bordes de los pulsos.Modulación Del Borde De fuga/posterior Es más fácil tener un integrador con un reajuste para generar la rampa en el higo 4 pero la modulación es inferior doblar la modulación del borde. Muchos moduladores ahora se ponen en ejecución digital pero hay dificultad del está computando la intercepción exacta la onda de modulación y el portador. 4. Para tres sistemas de la fase la modulación de un inversor de la fuente del voltaje puede generar una señal de PWM para cada pierna de la fase por la comparación de la forma de onda deseada del voltaje de la salida para cada fase con el mismo diente de sierra.Hay muchas maneras de generar una señal modulada anchura del pulso con excepción del diente de sierra fijo del seno de la frecuencia. La profundidad de la modulación es el cociente de la señal actual al caso cuando la saturación es el comenzar justo. Modulación De Anchura De Pulso Saturada Si se controla el voltaje de salida de los convertidores monofásicos o completos. el voltaje de salida se controla variando el ancho de los pulsos.diente de sierra. Un alternativa que es más fácil de poner en ejecución en una computadora y da una PROFUNDIDAD más grande de la MODULACIÓN está utilizando la MODULACIÓN del VECTOR del ESPACIO. Las señales de compuerta se generan comparando una onda triangular con una señal de corriente directa.2 comparado con un triángulo con el pico 2. el ángulo de extinción o el ángulo simétrico. En el control por modulación del ancho de pulso (PWM). si comparamos una onda del seno de la magnitud a partir de la -2 a +2 con un triángulo a partir de la 1 a +1 la relación linear entre la señal de entrada y la señal de salida media es perdido. los conmutadores del convertidor se cierran y abren varias veces durante medio ciclo. sólo habrá un pulso por cada medio ciclo en la corriente de entrada del convertidor.6. mediante la variación del ángulo de retraso. Una vez que la onda del seno alcance el pico del triángulo los pulsos estarán de anchura máxima y la modulación entonces saturará. Profundidad De la Modulación Para la monofásico un inversor moduló por una comparación del seno-sine. Así la onda del seno del pico 1.0 tendrá una profundidad de la modulación de m=0. como resultado la armónica de menor orden será la tercera. Ar -Ac 55 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Resulta difícil filtrar una corriente armónica de orden menor. Además. el canal se ensancha. Los Mosfet de potencia están encontrando cada vez mas aplicaciones en los convertidores de alta frecuencia y alta potencia. no tiene un canal físico. e Ids aumenta debido a la reducción en Rds. es típicamente del orden de 10 a la 9. es relativamente difícil protegerlos bajo condiciones de falla por corto circuito. puede ser positivo o negativo. el valor de Vgs se conoce como voltaje de estrechamiento. que requiere solo de una pequeña corriente de entrada. La compuerta utiliza una corriente de fuga muy pequeña del orden de los nano amperes. La velocidad de conmutación es muy alta siendo del orden de los nanosegundos. Ids y Vgs. Si Vgs es mayor o igual que un valor conocido como voltaje de umbral . se acumulara un numero suficiente de electrones para formar un canal virtual n y la corriente fluirá del drenaje a la fuente. La compuerta esta aislada del canal mediante una delgada capa de oxido. Pueden resultar dañados fácilmente por la electricidad estática. la ganancia de corriente no es un parámetro importante. con dos silicios n+ fuertemente dopados para tener conexiones de baja resistencia. Sin embargo. El Mosfet : El Mosfet de potencia es un dispositivo controlado por voltaje. uno del tipo n y otro del tipo p. Un Mosfet tipo agotamiento de canal n se forma en un sustrato de silicio de tipo p. un voltaje inducido atraerá a los electrones del substrato p. Un mosfet de enriquecimiento de canal n. que es la relación de la corriente de drenaje al voltaje de la compuerta. Ids y Vgs se invierten. *(fig1).TECNOLOGÍAS CMOS. Tienen una impedancia de entrada muy alta. Si se tarta de uno de canal p las polaridades Vds. La ganancia de corriente. Los Mosfet no tienen los problemas de los fenómenos de ruptura secundaria que tienen los BJT. De enriquecimiento. El voltaje de compuerta a fuente. Sin embargo. Si Vgs se hace suficientemente negativo. acrónimo de Complementary Metal Oxide Semiconductor (Semiconductor Complementario de Óxido Metálico). siendo un parámetro muy importante. Si Vgs es positivo. Ids = 0. el canal se agotara totalmente ofreciendo un alto valor Rds. Si Vgs es negativo algunos de los electrones del área del canal n serán repelidos y se creara una región de agotamiento por debajo de la capa de oxido que resultara en un canal efectivo mas angosto y una alta resistencia de drenaje a fuente. Cuando esto ocurre. el sustrato se conecta a la fuente. que es la relación de la corriente de drenaje. Con un Mosfet tipo agotamiento de canal p. Rds. tienen problemas de descargas electrostáticas. integrados en un único chip de silicio. drenaje y fuente. define las características de transferencia. En informática. 56 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Las tres terminales se conocen como compuerta. Utilizados por lo general para fabricar memoria RAM y aplicaciones de conmutación. Normalmente. Vgs. La transconductancia. Es un dispositivo semiconductor formado por dos transistores de efecto de campo de óxido metálico (MOSFET).Vt. Id. Los Mosfet son de dos tipos: De agotamiento. Características. se invierten las polaridades de Vds. y los acumulara en la superficie por debajo de la capa de oxido. por lo que su manejo requiere de cuidados especiales. Vp. Ig. Por otra parte. y la corriente de entrada de la compuerta. Vgs se hace positivo. estos dispositivos se caracterizan por una alta velocidad de acceso y un bajo consumo de electricidad. y no habrá flujo de corriente de drenaje a fuente. 57 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . lo que respecta al control manual del Dimer bastará con tomar una de las rampas que es la de menor frecuencia y comparar su señal con la señal proveniente de un potenciómetro. de esta manera se tendrá la segunda rampa simulada cuando se varié la resistencia y con esto se producirán pulsos de distinto ancho como en el caso del control automático. A la salida de este comparador se colocará la carga de dc (foco 12 volts) que será habilitado mediante un Mosfet. Ahora bien. El foco por tanto estará aumentando y disminuyendo de intensidad y logrará apagarse y prenderse en su totalidad.Desarrollllo: Desarro o: El circuito consta de dos osciladores que generan una onda curadaza y dos integradores. Una vez que se tienen las dos rampas a la salida del amplificador bastará con llevarlas a un comparador para producir el tren de pulsos de distinto ancho (PWM). Utilizando la teoría que se tiene acerca del amplificador operacional en modo integrador se generarán dos rampas. Ambas tendrán constantes de tiempo distintas de manera que una sea de mayor frecuencia que otra. indican las tensiones de funcionamiento...... resulta muy efectiva para controlar Potencia de DC sin desperdiciar energía como en los métodos resistivos.. Si la tensión de la red es de 380 V se conecta el motor en estrella. De hecho en comparación con la práctica de los dimmers tanto analógico como digital... Los motores....Concllusiiones Conc us ones Es prioritario hacer notar que la modulación por ancho de pulso es una técnica utilizada en áreas como las telecomunicaciones y sistemas de control (para constantes de: tiempo........... para establecer cual es la mejor manera de arrancar un motor se deben de conocer las características del proceso donde se necesita un motor y posteriormente conocer las características del motor que se tiene disponible..................... Si la tensión de la red es de 220 V se conecta el motor en triángulo....... Ejemplo: 220 / 380 V. la respuesta de este sistema fue similar pero aún así de mayor calidad.......... Sin embargo aplicada a control de potencia es una técnica que además de ser sencilla de implementar. aquí se muestran breves descripciones de cómo se arrancan los motores trifásicos. Espero haber aprovechado el curso aprendiendo la mayor cantidad de conceptos sobre el control de la potencia........... Apéndice Conexiones de los motores Trifásicos ... 58 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia .... solamente se manejó voltaje DC mientras la otra al acoplar el circuito y manejar voltaje AC como DC proporcionaba distorsión en las señales resultantes de salida. Cada bobina del motor soporta: V= 380v = 200v 3 En la conexión estrella existe el neutro que es el punto en el que las tres bobinas tienen un común.. en cambio en la conexión de triángulo no existe el neutro ya que no existe ningún punto en el que las tres bobinas coincidan...... Primero.. etc... velocidad)....... Dada la importancia de cuidar un motor por su costo... por ejemplo. Este neutro se llama neutro virtual. temperatura....... en la placa.. En el instante de cerrar el contactar del estator. Arranque Estrella . Corrientemente.Triángulo. Un motor dado desarrolla el mismo par de arranque a una tensión reducida ya sea mediante autotransformador o mediante resistencias de arranque. Arranque mediante resistencias en el rotor. A medida que el motor acelera. el motor desarrolla el máximo par de arranque y la corriente queda limitada solamente por la impedancia del motor. Los arrancadores automáticos comprenden el contactor trifásico con protección de sobrecarga y un dispositivo de protección de sobrecarga de tiempo inverso. el deslizamiento y la corriente disminuyen hasta que se alcanza la velocidad nominal. El arranque y la parada se efectúan mediante pulsadores montados sobre la caja. Los arrancadores de resistencias manuales de diferentes posiciones son normalmente del tipo de disco. 59 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . Este método de arranque no solamente evita los transitorios de corriente. si bien se refiere hoy en día confiar esta maniobra a dispositivos automáticos a base de tres contactores y un temporizador que fija el tiempo del cambio de la conexión estrella a la conexión triángulo a partir del instante de iniciarse el ciclo de arranque. evitando los picos de corriente. La resistencias se puede graduar en secciones para limitar la corriente de arranque a un valor pretendido según las normas de la compañía y el par que necesita la maquina de carga. Para este tipo de arranque se ha de utilizar un motor con el rotor bobinado.Arranque directo. Se trata de un método de arranque basado en las distintas relaciones de la tensión de línea y la compuesta. por lo que suele efectuar rara vez mediante arrancador manual. Arranque Wauchope. En consecuencia. en cuyo caso el motor desarrolla durante el arranque el par que señala su característica par–velocidad. El arranque Wauchope es una modificación del arranque estrella–triángulo. La sencillez del arranque directo hace posible el arranque con un simple contactor. sin embargo se emplea solamente una sección de la resistencia que se cortocircuita cuando el motor adquiere la velocidad deseada.triángulo. pudiéndose también disponer de control remoto si fuera necesario. a la tensión de fase que representan los acoplamientos trifásicos estrella . proporciona un impulso adicional de aceleración. Arranque mediante resistencias en el estator Este método de arranque consiste en conectar el motor a la línea mediante una resistencia en serie en cada una de las fases. sino que logra un par continuo durante el periodo de arranque sin disminución de la velocidad durante la conmutación. Introduce una resistencia al cambiar de la posición estrella a la de triángulo. Normalmente. Además de no desconectar el motor de la línea durante la conmutación. En los arrancadores de contactor se puede disponer uno de estos para obtener una aceleración adicional cortocircuitando la resistencia de arranque. el método solo será aplicado a motores trifásicos alimentados por una red trifásica cuyo devanado estatórico presente sus seis bornes accesibles. la puesta en servicio y el cambio de conexión se realiza mediante un conmutador manual rotativo de tres posiciones: paro–estrella–triángulo. La manera más sencilla de arrancar un motor de jaula es conectar el estator directamente a la línea. Se trata de conectar a las bobinas del rotor unas resistencias en serie y cortocircuitadas a su salida. A veces se emplea también el arranque por bobina aunque ésta no se pueda dividir fácilmente en secciones. A medida que la velocidad del motor aumenta no solamente disminuye la corriente. Alfaomega marcombo Esta información se ha obtenido de documentos por medio de Internet.com/tutoria1/teleip.ca/-jscouria/GSM/gsmreport. pero el aumento de tensión en bornes a medida que el motor va adquiriendo la velocidad de sincronismo.com http://ccnga.int/journal/200102/S/html/IP_telephony. Arranque por bobina.php 60 Carlos González Díaz Electrónica de Potencia . lo que produce un mayor par máximo. en el segundo se elimina la mitad de las resistencias y en el tercero se cortocircuitan las bobinas del rotor funcionando el motor a su plena tensión como si fuera una jaula de ardilla. En el primer tiempo se conectan todas las resistencias.voipweb.mx http://www. sino que el factor de potencia aumenta y la tensión que cae de la bobina se desfasa con respecto a la caída de tensión en el motor. Las características de arranque son muy parecidas a las del arranque por resistencias estatóricas.com. mientras que la tensión en bornes y el par aumenta por encima del valor que se obtiene con arranque o resistencia para las mismas condiciones iniciales.html http://www.uwaterloo.f2s.htm http://www.motorola. entre los sitios mas utilizados están: • • • • • • http://www. a medida que el motor va adquiriendo la velocidad nominal.com http://www.3com. Ramón Payas Areny. Referencia Bibliográfica “Sensores y acondicionadores de señal”.red.itu.