Informe 4

 

 

Departamento de Eléctrica y Electrónica Electrónica de Potencia

Informe de Laboratorio N° 4 Control de Potencia Utilizando Triacs Tutor: Ing. Víctor Proaño

Integrantes: Sebastián Noboa Alex Suquillo Luis Tapia

NRC: 2674 Fecha: 2016-06-23

Sangolquí – Ecuador

 

 

Objetivo principal: El DIMMER, circuito de control de potencia usando triacs.

Objetivos específicos:



Identificar, los materiales y equipos a utilizar. Verificar el control de potencia por ángulo de disparo.



Medir las características de las señales en e n los diferentes puntos de prueba.



Comparar datos reales, simulados y calculados.



       

Materiales. • 

Triac y diac.

• 

Capacitores, resistencias.

• 

Luminaria de 40W.

•

 

Cables, suelda, puntas de osciloscopio y material fungible.

Herramientas: • 

Multímetro.

• 

Osciloscopio.

• 

Cautín, pinzas.

Marco Teórico 1.  Tipos de circuitos de control para tiristores. CIRCUITOS DE DISPARO:

Se puede definir los siguientes modos según el e l tipo de señal que se aplique a la compuerta:

-

Disparo por corriente continua:

 

 

Los valores de RS y de VS se determinan a partir de la curva característica de compuerta del tiristor, teniendo en cuenta que la recta de carga definida por el circuito de disparo, debe cortar a la característica de compuerta en la región marcada “zona preferente de cebado”: 

-

Disparo por corriente alterna

Se debe considerar que:   Debe existir un diodo de protección debido a la excursión inversa de   la cual debe permanecer menor al máximo permitido.   La potencia de pico máxima,    puede aumentarse siempre y cuando no sobrepase la potencia media de compuerta permitida por el e l fabricante. 



-

Disparo por impulso único 

  El cebado por impulsos, permite una potencia de pico superior a la potencia media



de compuerta admisible, pudiendo aplicarse criterios de tolerancia más amplios al circuito de disparo.   Es posible reducir a un valor mínimo el retardo que existe entre la señal de puerta y la subida de la corriente de ánodo, lo que permite obtener una sincronización muy



precisa.

 

 

  Se reduce la disipación de potencia debida a la corriente residual en las



proximidades del nivel de cebado    El tiempo de retardo, td disminuye cuando se aumenta la amplitud del impulso de mando. 



-

Disparo por trenes de onda 

  Se utilizan para evitar, en c.a. con cargas inductivas, que la corriente en el elemento



inductivo persista tras el paso por cero de la 1ª semionda de tensión que produjo el cebado delpoca elemento, no permitiendo recebado el siguiente energía, y facilita elel ataque al en elemento porimpulso. transformador   Consume



aislándolo de los circuitos de control.

CIRCUITOS DE MANDO:

-

Circuitos todo o nada 

El tiristor o triac trabajan t rabajan como interruptores aleatorios substituyendo a relés o contactores más rápidos, más pequeños y sin “chispeo” entre contactos, a continuación se describe el montaje de interruptores aleatorios:

  Orden de cierre del tiristor: con el interruptor auxiliar S.   Tensión de mando: positiva respecto al cátodo.

 

 

 

  Si la tensión de alimentación a interrumpir procede de una rectificación, abierto S,



el SCR se extinguirá ext inguirá por si mismo al anularse la corriente.   En caso de no se anularse la corriente en cada semiperíodo (c.c), incorporamos un circuito de extinción “h” forzando al tiristor al corte cor te al abrir S ( - - -).   La impedancia Z para VG continua (tiristor) será una resistencia RS, y para VG alterna (triac) un condensador CS de valor:





  >

-

     ∙    2 2√  √ 2

Control de Fase 

Para disparar un Tiristor, es necesario aplicar una serie de impulsos a su puerta. Estos impulsos deben tener un cierto ángulo de retardo del disparo , respecto al paso por cero de las tensiones alternas que alimentan el convertidor. Para poder variar este ángulo, será necesaria la ayuda de una tensión de control continua, Uc. Se utiliza una tensión en dientes de sierra que debe estar sincronizado con la red de alterna que alimenta al convertidor. En este caso existe una relación lineal entre el ángulo de retardo y la tensión de control Uc.

 

 

DISPARO MEDIANTE CIRCUITOS SEMICONDUCTORES

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Disparo por UJT

-

Disparo por PUT

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Disparo por DIAC

El DIAC (Diode Alternative Current) Curre nt) es un dispositivo formado por tres ccapas apas de silicio con la estructura (npn ó pnp) y dos terminales principales de conducción. No tiene terminal de control, se trata de un dispositivo bidireccional como se muestra en la curva característica. caracter ística.

 

  Cuando se conecta la fuente de tensión, el condensador comienza a cargarse a través del potenciómetro y de la resistencia en serie. Cuando el condensador alcanza el valor de la tensión de disparo del DIAC (aproximadamente 30V) éste se hace conductor y el condensador se descarga sobre el circuito de puerta del TRIAC, que se dispara permitiendo la alimentación de la carga. Cuanto más baja sea la resistencia de carga, en serie con el condensador, más rápidamente se alcanzará la tensión de 30V, y antes se disparará el TRIAC. Inversamente, cuanto mayor sea esta resistencia, mayor será el ángulo de disparo y menor la potencia recibida por la carga.

-

Optoacopladores

Una de las aplicaciones de los Optoacopladores es el control de disparo de Tiristores y Triacs de potencia que conmutan cargas que consumen una gran potencia, puesto que con el empleo de este tipo de dispositivos se garantiza un perfecto aislamiento entre el circuito de disparo y el circuito de potencia. 

2.  Aplicaciones industriales del control de potencia potencia con TRIACs

-

Arrancador estático de motor de corriente alterna

 

 

Este circuito se utiliza para arrancar el motor de corriente alterna suministrando progresivamente tensión en cada una de las fases del motor mediante los diferentes triac. (Cuando la potencia del motor es e s elevada, se utilizan normalmente dos tir tiristores istores en cada rama). r ama).

-

Arrancador estático con cambio de giro

En este caso existe la posibilidad de intercambiar las fases provocando un cambio de giro en el motor.

-

Control de calor con sensor de la temperatura temperatura

El circuito de disparo se realiza a través de un UJT que introduce un ángulo de conducción de los triacs que va a depender de la temperatura de la habitación medida a través de una resistencia térmica RT. Un incremento en la temperatura disminuye el valor de RT, y por

 

  consiguiente, disminuye el valor de corriente de colector del transistor aumentando a su vez el tiempo de carga del condensador (disminuye el ángulo de conducción).

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Control de potencia mediante microcontrolador

En este caso se utiliza el circuito de interfase de entrada/salida de un microcontrolador. El aislamiento entre el circuito de control y el circuito de potencia se realiza mediante optoacopladores MAC301. Para evitar una falta de sincronización entre la señal de control digital y la fase de la línea se añade un detector de paso por cero.

3.  Característ Características icas técnicas de control de potencia con TRIACs comerciales

El TRIAC es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El TRIAC puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa (ángulo de disparo). Las características de los TRIAC se parecen a las de dos tiristores conectados en paralelo inverso, que sólo tienen una terminal de compuerta.

 

 

Cuando el TRIAC conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia de una terminal te rminal a la otra, dependiendo la dirección de flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es más positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye de MT1 a MT2. En ambos casos el TRIAC se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el TRIAC deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto actúa como un interruptor abierto.

 

 

En el circuito determinar:

  Voltajes en la carga para tres valores de P1    Potencia activa en la carga para cada valor de P1 





Realice la simulación del circuito y realice las mediciones de: 

       

 



Forma de voltaje en la carga y en el TRIAC Voltajes en la carga para tres valores de P1. Potencia activa en la carga para cada valor de P1. Voltajes en los diferentes puntos de prueba.

Circuito

  Forma de Voltaje en la Carga



 

 

Circuito

  Forma de Voltaje en el TRIAC a)  Voltaje G-A1



Circuito

b)  Voltaje G-A2

 

 

Circuito

C) Voltaje A1-A2

Circuito

  Voltajes en la Carga para 3 Valores de R3



 

  Con R3=250k 

Circuito

  Δ  = 1 ⋅360  60

 

 

 4.4 ⋅ 10− ⋅360  = 1 60  = 95.04° 

Con R3=500k

Circuito

 

 

  Δ  = 1 ⋅360  60  2.4 ⋅ 10− ⋅360  = 1 60  = 51.84° 

Con R=0k

 

 

Circuito

 

 

  Δ  = 1 ⋅360  60  7.2 ⋅ 10− = ⋅360  1 60  = 155.52° 

  Potencia activa en la carga para cada valor de p1



Voltaje en la carga ≈ 79.61[V] R2=10[kΩ]  P1=250[kΩ]  Potencia activa

≈ 13.36[W]

Voltaje en la carga ≈79.58[V] R2=10[kΩ]  P1=500[Ω]  Potencia activa ≈13.39[A]

Voltaje en la carga ≈ 79.92[V] R2=10[Ω]  P1=0[kΩ]  Potencia activa

≈13.58 [W]

 

 

Preguntas: 1.  ¿Explique las formas de onda de la carga y del TRIAC?

Las formas de onda que parecen son los ciclos de trabajo de la ccarga arga con el cual se puede controlar la potencia que consume la carga.

2.  ¿Qué significa una variación del ángulo de disparo?

El principio general del gobierno por ángulo de conducción consiste en retardar sistemáticamente el instante de disparo introduciendo una constante de tiempo, obtenida por lo general mediante un circuito RC. En efecto el condensador se carga a través del resistor, retardando el momento en que se alcanza la tensión de cebado. La forma de onda de la señal de salida es solo una fracción de la onda, reduciendo así el valor medio de la corriente de carga.

3.  ¿Qué función realizan las ramas RC en el circuito?

El conjunto resistor R y capacitor C se utiliza para filtrar picos transitorios de alto voltaje que pudieran aparecer. En la mayoría de las aplicaciones en carga car ga inductiva de los tiristores o de los Triacs, el usuario se ve impulsado a montar entre ánodo y cátodo una red RC destinada a eliminar los riesgos de cebados intempestivos por parásitos o de recebados re cebados espontáneos por dv/dt. La capacidad C y la impedancia de la carga atenúan los frentes de tensión transmitidos por la red o reaplicados en conmutación en la carga inductiva. Esta red RC posee también una segunda ventaja. La energía acumulada en el condensador C en el e l momento del descebado se reinyecta seguidamente en el tiristor en el cebado. La velocidad de crecimiento de la corriente en el tiristor durante la descarga del condensador no está entonces limitada más que por la tensión de pico de carga del condensador y la inductancia de conexión del circuito “snubber” al tiristor. La amplitud de la corriente es el cociente entre la tensión de pico de carga del condensador y la resistencia en serie R. Este circuito permite, así, superar muy rápidamente la corriente de enganche IL . En la utilización del circuito RC es, sin embargo, recomendable no trabajar con una resistencia en serie R demasiado pequeña. En la práctica, el efecto conjugado en el momento del cebado de la corriente IT1 (igual al cociente entre la tensión de carga del condensador y la resistencia R) y de la pérdida de corriente dIT/dt (igual al cociente entre la tensión de carga del condensador y la inductancia de las conexiones triac-circuito RC) puede resultar peligroso para el semiconductor. Se aconseja aco nseja un valor de R superior a 10 ohmios. Conclusiones:

 

 

  Se comprobó el funcionamiento del dimmer para el control de potencia de un circuito

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

 

de corriente alterna. Este control se logra mediante la manipulación de un potenciómetro, y a mayor resistencia menor será ser á la potencia entregada a la carga. c arga.  Se verificó en el osciloscopio el ángulo de disparo, el cual está dado por la red RC conectada al diac, y la diferencia que tiene esta con las otras redes RC del circuito, las cuales actúan como filtro para transitorios. 

Recomendaciones:

  Se debe tener en cuenta que si la carga es bastante sensible, se debe utilizar las redes

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RC como filtros de transitorios, sin embargo, si proteger la carga no es tan crítico, como en el caso de un foco, se puede obviar estos filtros para simplificar el circuito y reducir costos. Al utilizar instrumentos de medición como osciloscopios para observar parámetros de   un circuito alimentado con la red eléctrica, se debe aislar la tierra de dichos instrumentos para evitar un cortocircuito entre tierra y neutro.