Lab#3 SCR

 

 

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE ELÉCTRICA INGENIERÍA ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES TELECOMUNICACIONES LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE POTENCIA

LABORATORIO N° 3 ACTIVACIÓN DE UN SCR  SCR 

 

 

INTRODUCCIÓN  El campo de los diodos semiconductores semiconductores ha avanzado a tal punto que ya existen numerosos dispositivos de tres, cuatro y hasta cinco capas. En esta oportunidad nos enfocaremos en un dispositivo pnpn de cuatro capas, el rectificador controlado de silicio (SCR). El SCR es uno de los tiristores más importantes, ya que se comporta como una puerta que se abre y permite el paso de corriente a través de ella, controlando la potencia que se le entrega a la carga. Un tiristor es un dispositivo semiconductor que utiliza realimentación interna para producir un nuevo tipo de conmutación. Este diodo de cuatro capas está hecho, como su nombre lo indica, de silicio debido a sus altas capacidades de temperatura y potencia. Está conformado por tres terminales: ánodo (A), cátodo (C) y compuerta (G), como se muestra en la figura 1 (a). La tercera terminal (compuerta) funciona como control, ya que determina cuando el rectificador cambia del estado de circuito abierto al estado de cortocircuito.

Figura 1. (a) Símbolo del SCR; (b) construcción básica.

El tiristor SCR funciona en dos estados: estado de conducción con baja impedancia y estado de corte con alta impedancia. Para un correcto funcionamiento se debe establecer la conducción directa, donde el ánodo debe ser positivo con respecto al cátodo. También se debe aplicar un pulso de magnitud suficiente a la compuerta para establecer una pequeña corriente de encendido en la compuerta, ya que si no existe dicha corriente el SCR no conduce. Al activarse la compuerta se empieza a cond conducir ucir y se comporta como un diodo en polarizació polarización n directa. Cuando se activa el SCR, éste se mantiene conduciendo corriente, pero cuando se desactiva es necesario reducir el voltaje a 0 voltios. Poco a poco se disminuye el voltaje hasta que la corriente sea menor a la corriente de mantenimiento. Hay algunas características fundamentales que hay que tomar en cuenta al trabajar con un SCR, ellas son:   Voltaje de conducción en directa: voltaje sobre el cual el SCR entra a la región de conducción.   Corriente de mantenimiento I H: valor de la corriente por debajo de la cual el SCR cambia del estado de conducción a la región de bloqueo en directa en las condiciones establecidas.   Regiones de bloqueo en directa y en inversa: regiones correspondientes a la condición de circuito abierto para el rectificador controlado que bloquean el flujo de carga (corriente) del ánodo al cátodo.   Voltaje de ruptura en inversa: voltaje negativo que produce un cambio abrupto de las características, donde la corriente se incrementa muy rápido en una dirección opuesta a la de la región de voltaje

 





positivo. En fin, la principal característica de un SCR es la conmutación de grandes corrientes, lo que lo hace muy útil en aplicaciones de control de relevador, control de grandes corrientes de carga para motores, control de sistemas

 

 

de iluminación, para circuitos de retardo de tiempo, fuentes de potencia reguladas, interruptores estáticos, recortadores, inversores, cicloconvertidores, cargadores de baterías, circuitos de protección, controles de calefactores y controles de fase. Cabe añadir que en el campo de la electrónica de potencia, en los últimos años los SCR han ido modificándose para el control de altas potencias (10 MW con valores nominales individuales hasta de 2000 A a 1800 V), lo que ha ocasionado que su frecuencia de aplicación aumentara hasta 50 kHz, haciendo que el SCR también sea de gran utilidad en aplicaciones como calefacción por inducción y limpieza ultrasónica.

OBJETIVO El alumno aprenderá a conectar de forma adecuada un SCR para su modo de operación.

 

 

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA 1-  1-  Conectar el diagrama de conexión físicamente en protoboard.

Figura 2. Diagrama de conexión de la carga y en el e l cátodo con respecto a tierra (switch abierto).

Figura 3. Circuito elaborado físicamente.

2-  2-  Graficar la señal en la carga y en el cátodo con respecto a tierra, un transformador de 12V al estar encendido y apagado. Figura 4. Gráficas con las formas de ondas obtenidas.

3-  3-  4-  4-  5-  5-  6- 

Explique las diferencias en las gráficas. ¿Cuál es el funcionamiento de cada uno de los switchs para cada caso? Explica la diferencia en el modo de operación. Realizar el siguiente circuito, ahora con corriente alterna.

Figura 5. Diagrama de conexión de la carga y en el cátodo con respecto a tierra con corriente alterna.

7-  7-  Graficar las señales obtenidas. Figura 6. Gráficas con las formas de ondas obtenidas.

 

 

SIMULACIÓN Para una mejor experiencia del desarrollo de la práctica se procedió a realizar la simulación del circuito y a su vez tener un punto de comparación entre el circuito físico y el simulado.

SW2

SW1 V1

R1

D1

V2

2N6404

12V

330Ω

12V

Figure 6 Diagrama de conexión simulado en Multisim

Utilizando un osciloscopio obtenemos la gráfica de la señal en la carga y en el cátodo con respecto a tierra.

Figura 7 señal en la carga con fuente Dc

Simulación siguiente inciso el cual se plantea en la figura 8

 

 

SW2 V2 D1 SW1 V1

R1

2N6404

12Vrms 5Hz 0°

330Ω

12V

Figure 8 diagrama del inciso planteado con fuente AC

SW1 cerrado

Vemos que al cerrar el SW1 la caída de tensión en el ánodo es de 0.8 V y encenderá el bombillo.

Figure 9 Gráfica de la señal en el ánodo

SW1 abierto Al abrir SW1 se desactiva el scr (se corta el paso entre ánodo y cátodo) y el bombillo se apaga.

Figure 10 Gráfica de la señal en el ánodo á nodo

 

 

INFORMACIÓN ADICIONAL   

Aplicaciones

Como se mencionó en la introducción un SCR es muy útil en diversas aplicaciones. A continuación se hará énfasis en la utilización del SCR en aplicaciones como: un interruptor estático, un sistema de control de fase y un controlador de temperatura.   Interruptor estático en serie

Interruptor estático en serie de media onda.

Al estar el interruptor cerrado, durante la parte positiva de la señal de entrada fluirá una corriente de compuerta y el SCR se encenderá. El resistor R1 limita la magnitud m agnitud de la corriente de compuerta. Para la región negativa de la señal de entrada, el SCR se apagará puesto que el ánodo es negativo con respecto al cátodo. Se incluye el diodo D 1  para impedir una inversión en la corriente de compuerta. Se obtendrá como resultado una señal rectificada de media onda a través de la carga. El interruptor puede ser electrónico, electromagnético o mecánico.   Control de fase de resistencia variable

Control de fase de resistencia variable de media onda.

Este tipo de circuito funciona con un ángulo de conducción de entre 90° y 180°C. Trabaja con un resistor variable y se le elimina el interruptor. La combinación de ambos resistores (R y R 1) limitará la corriente de compuerta durante la parte positiva de la señal de entrada. A medida que R1 se reduce, la corriente de compuerta se incrementará a partir del mismo voltaje de entrada. valor voltaje de R 1 es el SCR se encenderá casi de el inmediato. Si R 1 se incrementa, se requeriráSiunelmayor debajo, entrada (positivo) para encender SCR. Es un método efectivo de controlar la corriente rms y la potencia suministradas a la carga.

 

 

  Controlador de temperatura

En los controladores de temperatura se utilizan los termostatos. Estos instrumentos son muy sensibles a los cambios de temperatura y su aplicación es limitada, ya que sólo pueden manejar niveles de corriente muy bajos. En esta aplicación el SCR sirve como amplificador de corriente en un elemento de conmutación de carga. No es un amplificador en el sentido de que amplifique el nivel de corriente del termostato. En cambio, es un cuyo más rectificado alto nivel dedecorriente es controlado comportamiento del termostato. Sedispositivo obtendrá un voltaje onda completa a travéspor delelSCR.  

Datasheet: SCR NEC3S4M NEC3S4M  

 

 

CONCLUSIÓN 

BIBLIOGRAFÍA   Malvino, A (2007). Principios de electrónica (7° Ed.) México. Mc Graw Hill.



  Boylestad, Robert & Nashelsky, Louis. (2009). Electrónica: Teoría de circuitos y dispositivos electrónicos. México: Pearson.

