LAB_ELIN_2.pdf

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

LABORATORIO DE ELECTRóNICA INDUSTRIAL TI - 3181

Prof. Alexander Bueno M. Mayo 2002

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

Laboratorio de Electrónica Industrial I.

Objetivo:

La ejecución del Laboratorio de Electrónica Industrial permitirá al estudiante de Tecnología Eléctrica y Electrónica consolidar de forma práctica sus conocimientos teóricos sobre los distintos puentes convertidores de potencia analizados durante el curso de Electrónica Industrial (TI - 3113). Adicionalmente conocerá algunas de las aplicaciones de los autómatas programables P. L. C. , los cuales son utilizados en el control y supervisión de procesos industriales y con un mayor auge en el control de máquinas eléctricas. Logrando así la Formación Básica para un desempeño profesional satisfactorio en está área de alta demanda en la Industria de Manufactura Nacional. II. Estructuración del curso: i. ii. iii.

PRACTICA 1: PRACTICA 2: PRACTICA 3:

iv. v. vi.

PRACTICA 4: PRACTICA 5: PRACTICA 6:

vii. viii.

PRACTICA 7: PRACTICA 8:

Puente Rectificador de Media Onda. Puente Rectificador Monofásico y Trifásico. Puentes Rectificadores De Media Onda Controlado Y Controlador AC - AC. Fuentes por Conmutación o Chopper. Inversores. Control de Velocidad de Motores Eléctricos de Campo Rotante. Autómatas Programables P.L.C. Práctica Especial.

III. Evaluación: i. ii. iii.

Preinforme Realización de la Práctica Informe

25 % 50 % 25 %

IV. Notas: i. ii. iii. iv. v.

Mantenga el circuito conectado sólo para realizar mediciones. No energize el circuito sin autorización del Profesor o Preparador. Se prohibe el uso de prendas metálicas en el laboratorio. El estudiante que no apruebe el examen no podrá realizar la práctica. La pérdida de una práctica injustificada significa la pérdida del laboratorio en su totalidad.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

PRACTICA 1: PUENTES RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA I.

Material a utilizar: a) b) c) d)

Diodo 1N4007 Bobina de 223 mH y 60 Ω. Resistencia de 1 kΩ, 10kΩ. y 2 kΩ. Condensadores de 0.1 y 0.01 µF (Cerámico o de papel)

II. Prelaboratorio: i. Analice el funcionamiento, importancia, esquema y aplicación de los circuitos auxiliares de conmutación o snubber dentro de la electrónica de potencia. ii.

Utilizando el Simulink del Matlab realice para los puentes de la figura 1.1 y 1.2: 1. Formas de Onda sobre las componentes electrónicas y carga para diferentes tipos de carga (R,RL,RC). 2. Efecto del circuito snubber sobre la carga a nivel de: forma de onda y mediciones eléctricas para los siguientes arreglos RC: (Utilice sólo carga RL) a) R1 = 1 kΩ y C1 = 0.1 µF. b) R2 = 10 kΩ y C2 = 0.1 µF. c) R3 = 1 kΩ y C3 = 0.01 µF. d) R4 = 10 kΩ y C4 = 0.01 µF. 3. Contenido armónico y factor de distorsión de tensiones y corrientes para los diferentes Snubber. 4. Investigue y diseñe un circuito de disparo para el puente rectificador de media onda controlado.

iii. Para el puente rectificador de media onda no controlado de la figura 1.3. Calcule analíticamente: 1. Angulo de extinción de la corriente. 2. Valor medio y eficaz de la corriente y tensión sobre la carga. 3. Factor de distorsión armónica y rizado de la tensión y corriente. iv. Para el puente rectificador de media onda no controlado con diodo de descarga libre de la figura 1.4. Calcule analiticamente:

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

1. Valor medio y eficaz de la corriente y tensión sobre la carga. 2. Factor de distorsión armónica y rizado de la tensión y corriente. v. Evalúe las perdidas eléctricas sobre los diodos del circuito de la figura 1.3 y 1.4. Adicionalmente, verifique sus especificaciones térmicas. III. Laboratorio: i. Realice el montaje del circuito de la figura 1.3 y 1.4. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Dibuje las formas de onda de la tensión y corriente sobre la carga. ii.

Determine el ángulo de extinción de la corriente.

iii. Compare las formas de onda y valores medios y efectivos de tensión y corriente para el circuito de la figura 1.3, al utilizar o no el circuito snubber con dos resistencias distintas. iv. Obtenga la forma de onda en régimen transitorio y permanente del puente rectificador no controlado de media onda con diodo de descarga libre. Adicionalmente, evalúe el tiempo necesario para que el circuito alcance el régimen permanente, en función de la constante de tiempo de la carga. IV. Informe: i. Compare los resultados teóricos y experimentales. ii. Compare las formas de onda obtenidas de tensión y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. iii. Analice, compare y discuta los resultados obtenidos.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

V. Figura de los puentes convertidores en simulink:

Figura 1.1: Puente Rectificador de Media Onda no Controlado (PuenteMediaOndaNC.MDL)

Figura 1.2: Puente Rectificador de Media Onda Controlado (PuenteMediaOndaC.MDL)

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

VI. Figura de los montajes sugeridos para el laboratorio

R

L

Figura 1.3 : Puente Rectificador no Controlado de Media Onda

R

L

Figura 1.4: Puente Rectificador no Controlado de Media Onda con Diodo de Descarga Libre

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

PRACTICA 2: PUENTES RECTIFICADORES MONOFASICOS Y TRIFASICOS

I. Material a utilizar: a) b) c) d) e)

Diodo 1N4007 Bobina de 223 mH y 60 Ω. Resistencia de 1 kΩ y 2 kΩ. Resistencia de 120 Ω Condensador de 0.1 µF

II. Prelaboratorio: i.

Para los convertidores de las figuras 2.1 a la 2.5, Estudie: 1. Fomas de onda y contenido armónico sobre cada componente del circuito para los distintos tipos de carga (R, RL, RC, RLE). 2. Factor de distorsión sobre la carga para los diferentes tipos de carga. 3. Límite de controlabilidad de los puentes convertidores para una carga activa y pasiva de R = 60 Ω, L = 223 mH y E = 60 VDC. 4. Analice los puentes convertidores en condición continuada y no continuada a nivel de forma de onda, contenido armonico y factor de distorsión. 5. Investigue sobre el efecto de la inductancia de fuente sobre los puente rectificadores y su impacto a nivel de contenido armónico. 6. Varie la inductancia de la fuente de los diferentes puentes rectificadores y analice su incidencia a nivel de forma de onda y contenido armonico para las cargas pasivas y activas y el sistema eléctrico de potencia.

ii. Para el puente rectificador monofásico de la figura 2.6. Calcule para la carga RL y la resistencia de 120 Ω: 1. Valor medio y eficaz de la corriente y tensión sobre la carga. 2. Factor de distorsión armónica y rizado de la tensión y corriente. 3. Valor mínimo de la corriente en régimen permanente. iii. Para el puente rectificador trifásico de la figura 2.7. Calcule para la carga RL y la resistencia de 120 Ω: 1. Valor medio y eficaz de la corriente y tensión sobre la carga. 2. Factor de distorsión armónica y rizado de la tensión y corriente. 3. Valor mínimo de la corriente en régimen permanente. Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

iv. Evalúe las perdidas eléctricas sobre los diodos del circuito y verifique sus especificaciones térmicas. III. Laboratorio: i. Realice el montaje del circuito de la figura 2.6. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Dibuje las formas de onda de la tensión y corriente sobre la carga y línea monofásica. Sustituya la resistencia de 120 Ohm por la bobina de 223 mH. y repita la experiencia. ii. Realice el montaje del circuito de la figura 2.7. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Dibuje las formas de onda de la tensión y corriente sobre la carga y la línea trifásica. Sustituya la resistencia por dos bobinas de 223 mH y repita la experiencia. iii. Obtenga la forma de onda en régimen transitorio y permanente del puente rectificador monofásico y trifásico. Adicionalmente, evalúe el tiempo necesario para que el circuito alcance el régimen permanente en función de la constante de tiempo de la carga. iv. Repita la experiencia de los puntos i e ii alimentando el puente rectificador a través de un variac monofásico o trifásico según el caso. IV. Informe: i.

Compare los resultados teóricos y experimentales.

ii. Compare las formas de onda obtenidas de tensión y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. iii.

Analice y discuta los resultados obtenidos.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

V. Figura de los puentes convertidores en simulink:

Figura 2.1: Puente Rectificador de Onda Completa Monofásico no Controlado con Carga Pasiva (PuenteOndaCompletaNC.MDL)

Figura 2.2: Puente Rectificador de Onda Completa Monofásico y Trifásico no Controlado con Carga Activa (PuenteOndaCompletaNC3F.MDL) Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

Figura 2.3: Puente Rectificador de Onda Completa Monofásico Controlado con Carga Pasiva (PuenteOndaCompletaC.MDL)

Figura 2.4: Puente Rectificador de Onda Completa Monofásico Controlado con Carga Activa (PuenteOndaCompletaCactiva.MDL)

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

Figura 2.5: Puente Rectificador de Onda Completa Trifásico Controlado con Carga Activa (PuenteOndaCompletaC3F.MDL) VI. Figura de los Montajes Sugeridos

Carga

Figura 2.6: Puente Rectificador no Controlado Monofásico

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

Carga

Figura 2.7: Puente Rectificador no Controlado Trifásico

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

PRACTICA 3: PUENTES RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA CONTROLADO Y CONTROLADOR AC - AC

I. Material a utilizar: a) b) c) d) e) f) g)

Tiristor C -106 Bombillo de 60 W. Diac. Bobina de 223 mH. Triac 3Amp Resistencia de 1 kΩ Condensador de 0.1 µF

II. Prelaboratorio: i. Explique brevemente el funcionamiento del Diac y S.C.R. Investigue las características de los disponibles en el almacén. ii.

Para los puentes convertidores de las figuras 3.1 a la 3.3, analice: 1. Limites de controlabilidad para carga R, RL y RC. 2. Contenido armónico de tensiones y corrientes para cada una de las componentes del puente convertidor. 3. Factor de distorsión de tensiones y corrientes. 4. Compare el efecto del circuito snubber sobre la carga a nivel de: forma de onda y mediciones eléctricas para los siguientes arreglos RC: (Utilice sólo carga RL) a) R1 = 1 kΩ y C1 = 0.1 µF. b) R2 = 10 kΩ y C2 = 0.1 µF. c) R3 = 1 kΩ y C3 = 0.01 µF. d) R4 = 10 kΩ y C4 = 0.01 µF.

Explique el funcionamiento del circuito de la figura 3.4 y realice los cálculos de resistencias y capacitancia para obtener un ángulo de disparo de 38° y 110º. Utilice como ejemplo de cálculo el anexo A. iii. Analice la posibilidad de conectar en el puente en vez de un tiristor, un triac o dos tiristores en antiparalelo.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

iv. Realice los cálculos de ángulo de apagado si se conecta el circuito de la figura 3.4, con una carga con una resistencia de 60 Ohm y inductancia de 223 mH. con un ángulo de encendido de 38° y 140º. v. Evalúe las perdidas eléctricas sobre el tiristor del circuito y verifique sus especificaciones térmicas.

III. Laboratorio: i. Realice el montaje del circuito de la figura 3.4. Verifique el ángulo de disparo de la componente. Dibuje las formas de onda de la tensión y corriente sobre la carga. Invierta la posición del tiristor y verifique la operación del puente. Coloque el circuito snubber y repita la experiencia para ambos ángulos de disparo. ii. Coloque la bobina de 223 mH y verifique los ángulos de disparo. Dibuje las formas de onda de la tensión y corriente sobre la carga. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Invierta la posición del tiristor y verifique la operación del puente. Coloque el circuito snubber y repita la experiencia para ambos ángulos de disparo. iii. Coloque un Triac al circuito de la figura 3.4 y obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados para ambas cargas. Dibuje las formas de onda de la tensión y corriente sobre la carga. Coloque el circuito snubber y repita la experiencia para ambos ángulos de disparo.

IV. Informe: i. Compare los resultados teóricos y experimentales. ii. Compare las formas de onda obtenidas de tensión y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. iii. Explique el efecto de cada componente del circuito de disparo sobre el valor de α. y entre que valores de alfa puede suministrar al tiristor este circuito de disparo. iv. Explique por que el circuito de disparo no funciona igual cuando se invierte la posición del tiristor. v. Investigue sobre otros circuitos de disparo para tiristores y triac. vi. Analice y discuta los resultados.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

V. Figura de los puentes convertidores en simulink:

Figura 3.1: Puente Rectificador de Media Onda No Controlado con Carga Activa (PuenteMediaOndaNCactiva.MDL)

Figura 3.2: Puente Rectificador de Media Onda Controlado con Carga Activa (PuenteMediaOndaCactiva.MDL)

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

Figura 3.3: Puente Controlador AC_AC (ControladorAC.MDL)

VI. Figura de los Montajes Sugeridos

Carga

Diac

Figura 3.4: Puente Rectificador de Media Onda Controlado

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

PRACTICA 4: FUENTES POR CONMUTACION O CHOPPER

I. Material a utilizar: a) Fuente de tensión DC. b) LM 555 c) Transistor ECG 130 / ECG 186 d) Diodo 1N4004 o 1N4007 e) Bobina de 223 mH. f) Filtro: (1) Bobina de 0.5 mH. (2) Condensador de 2200µF

II. Prelaboratorio: i. Explique brevemente la operación de los transistores en corte y saturación. Investigue las características de los disponibles en el almacén. ii.

Para los chopper de las figuras 4.1 y 4.2, analice: 1. Forma de onda sobre cada componente del circuito. 2. Compare el efecto del circuito snubber sobre la carga a nivel de: forma de onda y mediciones eléctricas para los siguientes arreglos RC: a) R1 = 1 kΩ y C1 = 0.1 µF. b) R2 = 10 kΩ y C2 = 0.1 µF. c) R3 = 1 kΩ y C3 = 0.01 µF. d) R4 = 10 kΩ y C4 = 0.01 µF. 3. Analice el efecto del filtro LC sobre las formas de onda y mediciones eléctricas.

iii. Para el Accionamiento de Máquinas de Continua de la figura 4.3, analice la respuesta dinámica y estacionaria de la velocidad y de las variables eléctricas ante una variación de velocidad del 35 % en la referencia y una toma de carga. iv. Investigue la operación del LM 555 y como se ajusta la frecuencia de operación y la relación Ton / Toff. v. Realice los cálculos para que el LM 555 suministre una frecuencia de 1 kHz. con una relación de Ton / Toff de 0.75 y 0.45. vi.

Explique el funcionamiento y operación del circuito de la figura 4.4. Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

vii. Evalúe las perdidas eléctricas sobre el Transistor del circuito (Bloqueo, Conducción y Conmutación) y verifique sus especificaciones de potencia. viii. filtro.

Calcule el valor de las componentes adicionales del circuito y la frecuencia de corte del

III. Laboratorio: i.

Realice el montaje del circuito de la figura 4.4.

ii. Verifique el rizado de la tensión sobre la carga con el filtro pasa bajo y sin este. Dibuje la forma de tensión y corriente en la carga para ambas razones de conducción. iii. Varíe la relación de Ton / Toff manteniendo la frecuencia de salida del timer constante. Comente. iv. Con una relación de Ton / Toff de 0.75. Calcule el ripple en función del voltaje DC de salida.

IV. Informe: i. Compare los resultados teóricos y experimentales. ii. Compare las formas de onda obtenidas de tensión y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. iii. Compare los resultados de utilizar en el chopper un filtro pasa bajos o no. iv. Proponga un circuito que mantenga el voltaje constante para variaciones de carga.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

V. Figura de los puentes convertidores en simulink:

Figura 4.1: Chopper tipo A con GTO (Chopper_RL.MDL)

Figura 4.2: Chopper tipo A con Transistor y Filtro DC (Chopper_RL_filtro.MDL) Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

Figura 4.3: Accionamiento para Máquinas de Corriente Continua. (Chopper.MDL) VI. Figura de los Montajes Sugeridos

Filtro L C

Carga

ECG 186

LM 555

R

ECG 130

Con un Disipador de 3°C/W soporta 10 Amp. Figura 4.4: Fuente por Conmutación o Chopper a Transistores. Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

PRACTICA 5: INVERSORES

I. Material a utilizar: a) b) c) d) e)

Transistor: ECG 123 Transistor: ECG 159 Diodo 1N4004 / 1N4007 Compuerta TTL LS7404 LM 555

II. Prelaboratorio: i.

Estudie la teoría del inversor monofásico de dos y cuatro interruptores.

ii.

Estudie la utilización del transistor como interruptor y su especificaión por pérdidas.

iii.

Para el puente convertidor DC/DC de la figura 5.1, analice: 1. Formas de onda de tensión y corriente sobre la carga. 2. Impacto a nivel de forma de onda y tensión media ante la variación del indice de modulación y el carrier de frecuencia.

iv.

Para los puentes inversores monofásicos de la figura 5.1, analice: 1. Formas de onda de tensión y corriente sobre la carga. 2. Impacto ante la variación del indice de modulación y el carrier de frecuencia de la forma de onda de tensión y corriente, valor efectivo de la fundamental de tensión y espectro armónico de la tensión.

v.

Explique el funcionamiento del inversor tipo puente “H” de la figura 5.2 (en detalle).

vi. Evalúe las perdidas eléctricas sobre los Transistores principales del circuito y verifique sus especificaciones de potencia. vii. Plantee las modificaciones del circuito para sustituir la compuerta negadora por un transistor en esta misma configuración y el generador de señales por un Timer LM 555 ajustado aun 1 kHz y un dutty cycle del 50 %.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

III. Laboratorio: i. Realice el montaje del circuito de la figura 5.2. Realice mediciones y dibuje las forma de onda de la tensión y corriente sobre la carga. ii.

Varie la forma de onda y frecuencia del generador de señales.

iii.

Sustituya el generador y la compuerta negadora por un transistor y un reloj LM 555.

iv.

Compare los resultados obtenidos con el generador de señales y el timer LM 555.

IV. Informe: i.

Compare los resultados teóricos y experimentales.

ii. 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. iii. Resalte de las formas de onda obtenidas los puntos de interés para las dos configuraciones del puente inversor con y sin generador de señales: 1. Corriente que circula por los diodos. 2. Corriente que circula por los transistores. iv. Realice las varaicaciones necesarias para que el circuito de la figura 5.2 se puedan sustituir los transistores del inversor por transistores NTE 130. Adicionalmente, calcule las nuevas especificaciones de tensión, corriente y potencia que podria manejar este nuevo inversor.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

V. Figura de los puentes convertidores en simulink:

Figura 5.1: Chopper Tipo C e Inversores Monofásicos (Inversor.MDL)

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

VI. Figura de los Montajes Sugeridos

+ Vcc

2k

2k 1k

1k

1k

1k

1k

1k

Generador de Señales

Figura 5.2: Inversor monofásico tipo puente “H” a transistores

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

PRACTICA 6: CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES AC

I. Material a utilizar: a) b) c) d) e)

Inversor ASEA 480 V. Motor de Inducción 3φ de 3 HP. Puntas de Colrriente LEM. Osciloscopio Digital Tektronix. Puntas de Tensión x100 Tektronix.

II. Prelaboratorio: i. Estudie las estrategias de control de velocidad de motores de corriente alterna a través de cambios de frecuencia, y el efecto de corriente armónicas en el motor con respecto a su eficiencia y par de salida. ii.

Estudie las técnicas de modulación por ancho de pulso P.W.M .

iii.

Para el cicloconvertidor de la figura 6.1, analice: 1. El esquema de control utilizado en el cicloconvertidor. 2. Compare las formas de onda de tensiones y corrientes a la entrada y salida del transformador de alimentación. 3. Compare las formas de onda de tensiones y corrientes a la entrada y salida del filtro LC de la carga. 4. Estudie el efecto de variaciones del filtro LC de la carga en las formas de onda de tensión y corriente. 5. Estudie el efecto del filtro LC del Bus DC sobre la carga y el sistema eléctrico de potencia. 6. Estudie el efecto de la variación del Carrier de frecuencia sobre la tensión y corriente de la carga y del espectro armónico de la tensión.

III. Laboratorio: i. Realice el montaje del circuito de la figura 6.2. Observe y dibuje las forma de onda de la tensión y corriente en el motor y la línea de alimentación. ii.

Calcule la frecuencia de conmutación de los transistores del inversor trifásico.

iii.

Varíe la frecuencia de salida del inversor y observe el cambio de velocidad del motor. Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

iv. Coloque la frecuencia del inversor a un 20 % de la nominal y observe que sucede con la temperatura del motor. Comente. v.

Grafique la tensión línea a línea vs. la frecuencia de alimentación del motor.

vi.

Observe la tensión en bornes del motor al desconectarse. Nota: No utilice el Inversor con frecuencias menores a 10 Hz.

IV. Informe: i.

Compare los resultados teóricos y experimentales.

ii. Compare las formas de onda obtenidas de tensión y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. iii. Calcule el contenido armónico de la señal de voltaje aplicado en bornes de motor y sistema de potencia. iv. Discuta los resultados abtenidos y explique la razón por la cual aparece tensión an los bornes de la máquina posterior a su desconexión del convertidor estático.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

V. Figura de los puentes convertidores en simulink:

Figura 6.1: Cicloconvertidor Trifásico (Cicloconvertidor.MDL)

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

VI. Figura de los Montajes Sugeridos

Sistema Trifásico

Alimentación Transformador de aislamiento

Ciclo Convertidor Rectificador - Inversor Osciloscopio

Canal “B” Canal “A”

Resistencia de Medida Tierra

Motor de Inducción

Figura 6.2: Esquema del control de velocidad del motor AC.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

PRACTICA 7: AUTOMATAS PROGRAMABLES P.L.C.

I. Material a utilizar: a) b) c) d)

Autómata programable P.L.C. y módulo de programación. Motor de Inducción 3φ de 2 HP. Contactores. Bombillos de 60 W. con bases.

II. Prelaboratorio: i. Estudie las características de operación de un autómata programable, sus potencialidad, limitaciones y programación. ii.

Diseñe el control de un semáforo inteligente de transito de 3 luces. 1. Luz roja = salida 51 tiene una duración de 15 segundos. 2. Luz amarilla = salida 52 tiene una duración de 3 segundos. 3. Luz verde = salida 53 tiene una duración de 15 segundos. 4. La secuencia de luces ocurre indefinidamente, siendo interrumpida por una señal proveniente desde un reloj mecánico que coloca el semáforo con luz amarilla intermitente en la madrugada y este permanece de esta manera hasta que la señal del reloj externo desaparezca. esta señal es introducida por la entrada 01.

iii. Diseñe un circuito de control que permita el control de un portón automático de estacionamiento, el cual funciona de la siguiente manera: 1. S1: Pulsador con llave que ordena la apertura del portón y enciende una señal luminosa intermitente para los peatones. (Entrada 00). 2. LS1: Microswitch que detecta que el portón esta completamente abierto y coloca la señal luminosa fija. (Entrada 01). 3. LS2: Microswitch que detecta que el portón esta completamente cerrado y desconecta la señal luminosa. (Entrada 02). 4. KM1: Conector del arrancador del motor. (Salida 51). 5. KM2: Contactor de inversión de giro del motor. (Salida 53). 6. OL1: Relé térmico del arrancador. (Entrada 03). 7. H1: Indica sobrecarga del motor.(Salida 52). 8. Al accionarse S1, arranca el motor y se enciende una luz intermitente para avisar a los peatones la salida o entrada de un vehículo al estacionamiento hasta que el microswitch LS1 detecta que la puerta esta completamente abierta. Al accionarse LS1 el motor se para durante 1 minuto y la señal luminosa permanece fija para impedir el Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

paso de peatones por la puerta, una vez transcurrido el tiempo vuelve arrancar el motor pero en sentido contrario para cerrar la puerta y se apaga la señal luminosa. El movimiento se detiene cuando el microswitch LS2 es accionado indicando que la puerta esta completamente cerrada. Si el relé térmico OL1 se dispara por atascamiento del portón, deberá parpadear una luz piloto H1.

III. Laboratorio: i.

Compruebe el funcionamiento de los programas antes de realizar los montajes.

ii.

Realice el montaje del semáforo de transito con tres bombillos.

iii. Realice el montaje del portón con el motor y los contactores del motor para inversión de giro. El montaje debe poseer un sistema de protección ( Enclavamiento Eléctrico) que evite que los dos contactores se energizen al mismo tiempo para evitar un cortocircuito línea a línea en la red de alimentación.

IV. Informe: i. Discuta las modificaciones realizadas al programa para su adecuado funcionamiento en su implementación.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

ANEXO A

I. Cálculo del Circuito de Disparo del Puente Rectificador de Media Onda Controlado Datos: Angulo de disparo: Voltaje de disparo promedio del diac: Tensión de entrada: Frecuencia de la línea: Potencia del bombillo:

α = 50° 30 Volts. 117 Volts. (R.M.S.) 60 Hz. 70 W.

Forma de Onda:

Tensión de la Fuente

1 0.8 0.6

Tensión de ruptura del Diac

Tensión [p.u.]

0.4 0.2

α

Angulo de Disparo

0

φ

−0.2 −0.4 −0.6

Tensión de la Capacitancia

−0.8 −1

0

1

2

3

4 5 Tiempo [p.u.]

6

7

8

9

φ : ángulo mínimo de disparo del SCR con diac. (ángulo inicial para cálculos = φ0 ).

V   30  φ0 = sen −1  diac  = sen −1   = 10.45°  117 2   Vmax  El ángulo mínimo de conducción que se puede obtener es de 10.45°. Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

(1)

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

φ = tan −1 (ω CR1 ) = 10.45°

(2)

Recuerde: ω = 2π f Escogiendo el condensador (C) en 100 nF de la ecuación 2 se obtiene el valor de R1:

R1 = 4890 Ω Calculando la tensión que aparece sobre el capacitor a través de un divisor de tensión se obtiene:

 1  j0  jω C  *117 e  Vc =   1  R1 +    jω C 

(3)

De la ecuación 3 se obtiene la expresión en el tiempo de la tensión sobre la capacitancia:

Vc (t ) =162.72 sen (ω t − 10.45° )

(4)

Con la ecuación 4 se evalúa para el ángulo de disparo α si la tensión sobre la capacitancia es igual al voltaje promedio del Diac para que este dispare el SCR:

Vc ( α ω ) = 103.72 Volts Como el voltaje en el condensador para el ángulo de disparo supera el voltaje promedio del Diac es necesario escoger un ángulo φ mayor y repetir los cálculos. Interacciones:

Angulo (φ)

Resistencia R1

Capacitancia

Voltaje en el Diac

40°

22257 Ω

100 nF

22 Volts.

36°

19272 Ω

100 nF

32.38 Volts

Se escoge el valor de φ de 36° debido a que el voltaje en el Diac se encuentra dentro de la tolerancia de disparo del mismo. De esta manera se determina R1 = 19300 Ω Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

Potencia disipada por R1 en el peor de los casos:

PR1 = I2 R1 I=

V Z

(5)

I = 3.56 mA PR1 = 0.25 Watts. Cálculo del potenciómetro Rp : Forma de Onda en la condición más desfavorable:

Tensión de la Fuente

1 0.8

Tensión de Ruptura del Diac 0.6

Tensión [p.u.]

0.4

α

0.2

Angulo de Disparo 0 −0.2 −0.4 Tensión de la Capacitancia −0.6 −0.8 −1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Tiempo

Para el límite mínimo se cumple:

V  Xc =  diac  R  Vmax  Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

(6)

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

Donde:

R = R1 + R p

(7)

De donde se deduce que:

 V   1   117 2    1 R =  max   = 146298 Ω    =  −9   Vdiac   ω C   30   2π 60100*10 

(8)

Rp = 146298 Ω − 19300 Ω ≈ 127 kΩ

(9)

Se escoge un Rp de: 150 kΩ Corriente máxima por la carga:

Ic arg amax =

2 Pbombillo = 0.906 Amp. VRMS

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

(10)

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

ANEXO B

Listado del Programa ARMONICAS.M para graficar las armonicas de tensión y corriente de los archivos generados por los modelos de los puentes convertidores de I.

Simulink. % Programa para el Calculo de Armonicas de Tension y Corriente % Prof. Alexander Bueno % Variables de entrada: Frecuencia Fundamental % Paso de Integracion del Simulink (Ts) % Nombre del Archivo (File name del Simulink) con la Corriente y Tension % (El nombre de la variable (Variable name) es "carga" para la Salida a Archivo del Simulink) Frec=input('frecuencia de la Fundamental '); Deltat=input('Paso de integracion '); Nombre=input('Nombre del archivo entre comillas simples '); load(Nombre); carga=carga'; largo=length(carga); Np=round((1/Frec)/Deltat); a=carga(largo-Np+1:largo,:); t=(0:Np-1)*Deltat; %plotyy(t,a(:,1),t,a(:,2)); %grid a1=fft(a(:,2))*2/(Np); a2=fft(a(:,3))*2/(Np); a1(1)=a1(1)/2; a2(1)=a2(1)/2; figure(1) bar((0:49),abs(a1(1:50))) xlabel('Armonica de la fundamental') ylabel('Corriente [A]') title('Contenido Armonico de Corriente') grid figure(2) bar((0:49),abs(a2(1:50))) grid xlabel('Armonica de la fundamental') ylabel('Tension [V]') title('Contenido Armonico de Tension')

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

II. Listado del programa GRAFICAR.M para graficar la tensión y corriente de los archivos generados por los modelos de los puentes convertidores de Simulink. % Programa de Graficacion para los archivos generados en Simulink % Prof. Alexander Bueno % Nombre=input('Nombre del Archivo a Graficar entre comillas simples '); load(Nombre); t=carga(1,:); I=carga(2,:); V=carga(3,:); figure(3) subplot(2,1,1) plot(t,I); xlabel('Tiempo [s]') ylabel('Corriente [A]') NOM=upper(Nombre); title(NOM); grid; subplot(2,1,2) plot(t,V); xlabel('Tiempo [s]') ylabel('Tension [V]') grid;

III. Listado del programa FASE.M para generar el archivo de cada una de las fases del sistema eléctrico de potencia trifásico (a,b,c), necesarios para utilizar los programas ARMONICAS.M y GRAFICAR.M. % % Este programa permite escoger la fase del sistema trifasico y la almacena en un % Archivo llamado "trifasico" para ser procesado por los programas de armonicas o % % graficar . % Nom=input('Nombre del archivo entre comillas simples '); load(Nom) Entrada=input('Fase a procesar entre comillas simples '); if Entrada=='a' i=1; end if Entrada=='b' i=2; end if Entrada=='c' i=3; Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial end carga(1,:)=carga3f(1,:); carga(2,:)=carga3f(i+1,:); carga(3,:)=carga3f(i+3,:); save trifasico carga disp(' ') disp('Se creo un Archivo llamado "trifasico" con su requerimiento')

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

BIBLIOGRAFIA [1]

Dewan; Straughen. “Power Semiconductor Circuits” John Wiley & Sons, Inc.

[2]

Dewan; Slemon; Straughen. “Power Semiconductor Drives”. John Wiley & Sons, Inc.

[3]

Heumann “Fudamentos de la Electrónica de Potencia”. AEG – Telefunken. Selecciones Técnicas. Editorial Paraninfo.

[4]

Mohand; Underland; Robbins. “ Power Electronics Converters, Applications and Desing”. John Wiley & Sons, Inc. Second Editions.

[5]

Kassakian; Schlecht; Verghese. “Principles of Power Electronics”. Addison – Wesley Publishing Company.

[6]

Masda. “ Electrónica de Potencia”. Editorial Paraninfo.

[7]

Bose. “Adjustable Speed AC Drive Systems”. IEEE Press.

[8]

Séguier. “Electrónica de Potencia”. Colección Semiconductores GC.

[9]

Gaudry. “Rectificadores, Tiristores y Triacs”. Biblioteca Técnica Philips.

[10]

Rashid. “ Electrónica de potencia. Circuitos, Dispositivos y Aplicaciones”. Prentice – Hall. Segunda Edición.

[11]

SIEMENS “Convertidores estáticos, introducción a su teoría y funcionamiento”. Boixareu Editores.

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A

UNIVERSIDAD SIMON BOLIVAR SEDE DEL LITORAL Lab. Electrónica Industrial

Hojas de Datos Técnicos

Universidad Simón Bolívar. Valle de Sartenejas. Baruta. Caracas 1080-A