Label 1 2 3 y 4(Elect. Potencia)

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Ing. José Emmanuel Cruz de la Cruz Electrónica de Potencia

Laboratorio I- Tiristores Objetivos • Armar con un SCR un oscilador de relajación. • Armar con un SCR un circuito de control de potencia de media onda.

Listado de Componentes Cantidad 1 1 1 1 1 1 1 1

Componentes SCR TIC116 LED Diodos 1N4007 Resistencia de 330 . 1/4 W Resistencia de 330 . 1/2 W Resistencia de 560 . 1/2 W Capacitor electrolítico de 10 µF / 50Volt Capacitor cerámico (o de poliester) de 0.1 µF / 50Volt – – –

Listado de Instrumental • Transformador 220 Vac = 12 o 15 Volt • Osciloscopio • Multímetro digital

1. Oscilador de relajación 1.1. Armar el circuito de la figura fi gura 1.

1.2. Observar en el osciloscopio la señal de tensión en el capacitor. 1.3. Graficar la señal en el capacitor. Indicando el período de oscilación y los valores extremos de tensión. 1.4. Calcular la resistencia de Thevenin que ve el capacitor cuando el SCR está abierto. 1.5. Usando el valor de resistencia de Thevenin, determinar la constante de tiempo de relajación de la tensión en el capacitor. 1.6. ¿Cuál es la relación rela ción porcentual entre la constante de tiempo y el período de oscilación?

2. Centro

de Enseñanza Técnica Industrial

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PRINCIPIO DE CONTROL DE FASE

El principio de control de fase, se puede explicar así 

El flujo de potencia hacia la carga, queda controlado, retrasado el ángulo de disparo del tiristor T1, se muestra los pulsos de compuerta del tiristor T1, y las formas de onda de los voltajes de entrada y salida. Debido a la presencia del Diodo D1, el rango de control esta limitado y el voltaje rms efectivo de salida, solo puede variar entre el 70.7 % y 100 %, el voltaje de salida y la corriente de entrada son asimétricos y contienen una componente de C.D. Si hay un transformador de entrada, puede ocurrir un problema de saturación. Este circuito es un controlador monofasico de media onda, adecuado solo para cargas resistivas de poca potencia, como lo son la calefacción y la iluminación. Dado que el flujo de potencia esta controlado durante un semiciclo del voltaje de entrada, este tipo de controlador también se conoce como controlador unidireccional 

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Y como prueba máxima...

2.1. Armar el circuito de la Figura 2. Colocar inicialmente el valor del preset en 0 ..

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2.2. Conectar las puntas del osciloscopio de la siguiente forma: GND (de una de las puntas) en el punto A, un canal en el punto B y el otro canal en la tierra del circuito (observe que las tierras del osciloscopio y del circuito no deben conectarse entre sí). 2.3. Alimentar el circuito con el transformador. El diodo LED debería encender. 2.4. Observar en el osciloscopio simultáneamente las formas de onda de la señal de entrada y la tensión sobre la carga. 2.5. Variar el preset. ¿Qué sucede con la intensidad de luz emitida por el LED? ¿A qué se debe este comportamiento? 2.6. Eliminar el LED y colocar en su lugar un cortocircuito. 2.7. Calcular los ángulos de disparo y conducción para distintos valores del preset. Registrar los valores en la tabla. Utilizar como referencia la Figura 3 y emplear las siguientes ecuaciones.

Angulo de disparo

 

  

Angulo de conducción

 

  

2.8. Calcular la potencia máxima y mínima que debe disipar la resistencia de carga. Registrar los valores.

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Simulación - Tiristores 1. Oscilador de relajación

1.1. Simule el siguiente circuito

1.2. Medir el período de oscilación 1.3. ¿Cuánto vale la resistencia de Thevenin que ve el capacitor cuando el SCR está abierto? 1.4. ¿Cuál es la relación porcentual entre la constante de tiempo y el período de oscilación? 2. Control de fase de media onda

2.1. Simule el siguiente circuito

2.2. Observar la tensión de salida para diferentes valores del potenciómetro. ¿Qué sucede cuando la resistencia disminuye? 2.3. ¿Para qué valor de resistencia del potenciómetro la potencia entregada a la carga es la mitad de la potencia máxima? 2.4. El SCR conduce durante el semiciclo positivo de la señal de entrada. Sin embargo, el osciloscopio muestra que lo hace durante el semiciclo opuesto. Explique brevemente a qué se debe esta aparente discrepancia (Ayuda: observar detalladamente la forma en que se han dispuesto las puntas del osciloscopio). 2.5. Con el potenciómetro en cero cambie la resistencia de carga por una de 100 k.. ¿Qué sucede con el corte del SCR? ¿A qué se debe esto?

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Resultados – Tiristores Ejercicios de Laboratorio 1. Oscilador de relajación

1.3.

2. Control de fase de media onda

2.5. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2.7.

2.8.

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Resultados – Tiristores Ejercicios de Simulación 1. Oscilador de relajación.

2. Control de fase de media onda.

2.2. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………

2.3.

2.4. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2.5. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………

Conclusiones y recomendaciones

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Laboratorio II- Disparo y bloqueo de Tiristores

Objetivo: Experimentar con algún tipo de encendido y apagado de los SCR. Introducción: Se llama disparo al paso de conducción en forma estable. Se sabe que un tiristor tiene un estado estable de conducción y otro de bloqueo. La diferencia de los dos estados es una cuestión de densidad de corriente. La intensidad de mantenimiento marca el paso irreversible del estado de conducción a bloqueo directo, el paso contrario de bloqueo a conducción consistirá en la creación de las condicione necesarias para que la densidad de corriente en algún punto de la pastilla alcance un valor suficiente para que se mantenga el proceso regenerativo que caracteriza este estado. El proceso normal empleado para disparar un tiristor consiste en la aplicación en puerta de un impulso positivo mediante la conexión de un generador adecuado entre la compuerta y el cátodo mientras se mantiene un voltaje positivo de ánodo cátodo. –

Material requerido. 2 multímetro digitales medidor de potencia modelo fluke30 o fluke40  juego de puntas de conexión 15+15 Fuente de CD Transformador de impulsos Interruptor 1T 1P banana - caimán       

Desarrollo: 1.- Arme el siguiente circuito de la figura 2.1, que muestra un bloqueo estático (cruce por cero). Usando una fuente de Vcd disparo directo a un SCR. Abrir el interruptor de disparo y cierre el sw1 de bloqueo. Nota: El pulso del disparo debe de ser muy rápido, ya que si es prolongado puede dañar el tiristor.

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Figura 2.1: Bloqueo estático (cruce por cero).

a.- Conecte la fuente de 120Vcd y los amperímetros para medir la IGK del SCR. b.- Conecte un voltímetro y mida VGK del SCR. c.- Coloque un amperímetro en serie con la resistencia de compuerta. d.- Ajuste a cero volts la fuente de compuerta, cierre el interruptor de la compuerta del SCR e incremente gradualmente su valor hasta 5V. e.- Mida el valor de la corriente de compuerta y su voltaje justo antes de disparar el SCR. f.- Una vez que entra en conducción, abra el interruptor de la compuerta, observe que sucede con el estado de conducción. ¿Se mantiene? g.- Abra el interruptor de bloqueo y observe que sucede con el estado de conducción.

2.- Arme el siguiente circuito de la figura 2.2, que muestra un bloqueo por voltaje inverso.

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Figura 2.2: Bloqueo por voltaje inverso. Repita el proceso a partir del paso a al g, pero esta vez con un capacitor y un sw1, que cuando se conecta a la posición superior va a disparar el SCR y se bloquea cuando el sw1 está en la posición inferior.

3.- Arme el siguiente circuito de la figura 2.3, que muestra un circuito de disparo con transformador de impulsos.

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Figura 2.3: Circuito de disparo con transformador de impulsos. a.- Aplique un pulso mediante el cierre-apertura de sw1en la entrada y observe la conducción del SCR. b.- ¿Qué función tiene el transformador de impulsos? c.- ¿Se bloqueo por si solo el SCR? ¿Por qué?

4.- Arme el siguiente circuito de la figura 2.4, que muestra el circuito de disparo con transformador y apagado natural (cruce por cero).

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Figura 2.4: Circuito de disparo con transformador y apagado natural. a.- Dispare mediante el sw1 el SCR y observe si continua en estado de conducción como el caso anterior, después del pulso de disparo. b.- ¿Se bloquea solo el SCR? ¿Por qué? c.- ¿Es necesario usar el interruptor de bloqueo? d.- Dibujar la forma de onda de la carga. 5.- Conclusiones. (Elabore un reporte técnico de los resultados).

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Laboratorio III - Inversores 3.1. Material a utilizar: Transistor: ECG 123 Compuerta TTL LS7404  

Transistor: ECG 159 Resistencias de 1 k y 2 k

Diodo 1N4004 / 1N4007 LM 555

3.2. Prelaboratorio: Estudie la teoría del inversor monofásico de dos y cuatro interruptores. Explique el impacto de la variación del índice de modulación de amplitud y frecuencia en el control de inversores desde el punto de vista de: valor efectivo de la fundamental de tensión y espectro armónico de la tensión. Explique el funcionamiento del inversor tipo puente “H” de la figura 3.1 (en detalle). Nota R1;8 = 2 kΩ, R2;3;4;5;6;7 = 1 kΩ, T1;3;4;5;6;8 = ECG123 y T2;7 = ECG159 Evalúe las perdidas eléctricas sobre los Transistores principales del circuito y verifique sus especificaciones de potencia. Plantee las modificaciones del circuito para sustituir la compuerta negadora por un transistor en esta misma configuración y el generador de señales por un reloj LM 555 ajustado aun 1 kHz y un ciclo de trabajo del 50%.  

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3.3. Laboratorio: Realice el montaje del circuito de la figura 3.1. Realice mediciones y dibuje las formas de onda de la tensión y corriente sobre la carga. Varíe la forma de onda y frecuencia del generador de señales. Sustituya el generador y la compuerta negadora por un transistor ECG123 y un reloj LM 555. Compare los resultados obtenidos con el generador de señales y el reloj LM 555. 

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3.4. Informe: Compare los resultados teóricos y experimentales. Compare las formas de onda obtenidas de tensión y corriente sobre la carga con respecto a las presentadas en clase ante las variaciones de forma de onda y frecuencia del generador. Resalte de las formas de onda obtenidas los puntos de interés para las dos configuraciones del puente inversor con y sin generador de señales: o . Corriente que circula por los diodos. o . Corriente que circula por los transistores. Realice las variaciones necesarias para que el circuito de la figura 3.1 se puedan sustituir los transistores del inversor por transistores NTE 130. Adicionalmente, calcule las nuevas especificaciones de tensión, corriente y potencia que podría manejar este nuevo inversor.  

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3.5. Montaje Sugerido

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Laboratorio IV- Trabajo Final 1.- Presente el marco teórico del proyecto escogido por Ud. a inicios del semestre. Para ello utilice lo recopilado en el foro creado a inicios de semestre 2.- En el circuito presentado: analícelo teóricamente 3.- Realice la simulación del circuito, en el simulador de su preferencia. 4.- Detalle los valores prácticos resaltantes en el circuito final. 5.- Realice la comparación entre los valores teóricos, de simulación y los reales obtenidos en el circuito 6.- Realice sus conclusiones y adjunte la bibliografía correspondiente. Nota: Este laboratorio se sustenta con diapositivas y correctamente presentado, una vez aprobado los anteriores ítems.