PWM

INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

                                                   

INTRODUCCIÓN   

Los tiristores son los dispositivos semiconductores de potencia más antiguos y uno de los más empleados en la actualidad. En un primer momento se les denominó SCR(Semiconductor Controlled Rectifiers) y surgieron a mediados del siglo XX como resultado de las investigaciones llevadas a cabo en los laboratorios de investigación de la General Electric.

Los tiristores se comportan, de forma aproximada, como un diodo rectificador con

Iniciación de la conducción controlada por un tercer terminal denominado puerta.

Poseen casi todas las ventajas de los diodos de silicio, como son el funcionamiento a temperaturas muy altas, fiabilidad, robustez, etc. Presentan, además, una disipación pequeña y, por tanto, un elevado rendimiento, característica fundamental en todo dispositivo semiconductor de potencia.

La importancia de los tiristores en los circuitos de electrónica de potencia reside en su capacidad de bloquear grandes tensiones y conducir grandes corrientes. En este capítulo se estudia su estructura básica, formas de funcionamiento y circuitos de protección de los tiristores convencionales SCR. También se analizan en detalle diversas variantes de los tiristores, en concreto los denominados GTOs, TRIACs, SCSs y DIACs.

OBJETIVOS

1)Desactivación de un Tiristor en un circuito DC:

2) Desactivación con switch  

3)Desactivación con otro tiristor

4)Aplicación práctica

5)Control del ángulo de disparo con resistencia

6)Control del ángulo de disparo con condensador

ELABORACIÓN DE LAS PRUEBAS EN EL LABORATORIO.

 1)  DESACTIVACIÓN DE UN TIRISTOR   EN UN CIRCUITO DC.

El rectificador controlado de silicio (SCR) es un dispositivo pn-pn de 4 capas, en las cuales tiene tres terminales: ánodo, cátodo y compuerta. El SCR tiene dos estados posibles de operación. El estado de apagado actúa idealmente como un circuito abierto entre el ánodo y cátodo; en realidad, en vez de haber un circuito abierto existe una impedancia muy alta. En el estado de encendido, el SCR actúa como un corto circuito del ánodo al cátodo; en realidad se tiene una pequeña resistencia en directa. Se realiza el montaje del circuito en la protoboard para realizar las pruebas concernientes al laboratorio.

a)    Monte el circuito de la figura 1

                                              

Se activa el SCR con el pulsador , Medimos la corriente en el SCR y es de 0.004 DC se midió en el bombillo, la corriente de Mantenimiento (IH) es de 3 mA.  Al abrir el SW1 lo que pasa es que el bombillo se apaga.

¿Sugiere el uso de este circuito para la desactivación en una red de alta tensión?

No se sugiere apertura por este medio puesto que tiene que tener una etapa de control si es una red de alta tensión. 

Elementos para la elaboración de este laboratorio:

• Osciloscopio
• Multimetro
• Sonda

2) DESACTIVACIÓN CON SWITCH.  
                                                                  

Se activa el SCR con S1 y medimos en:
Vo= 13.66 VDC 

Al oprimir S2 se desactiva el SCR 

Características de desactivación del SCR 

Para desactivar un tiristor, debemos reducir la corriente de ánodo por debajo de la de mantenimiento (IH). Esto se puede lograr en forma natural, por el cambio de polaridad de la tensión externa de alimentación, o por métodos de conmutación forzosa, por medio de circuitos auxiliares. Una vez lograda que la corriente este por debajo de la mínima de mantenimiento, es necesario esperar un tiempo relativamente largo, de manera tal que todos los portadores de carga en exceso, en las cuatro capas se eliminen; caso contrario, el tiristor volverá a activarse, cuando se le aplique una tensión directa, sin necesidad de aplicar una señal de compuerta. De ocurrir esto ultimo, por sobrepasarse la frecuencia de conmutación máxima del dispositivo, se pierde el control de la potencia convertida.

trr : Corresponde al tiempo de recuperación inversa de las junturas J1 y J3. 

trc : Corresponde al tiempo de recuperación inversa de la juntura J2. 

Qrr : Es la carga de recuperación inversa durante el proceso de desactivación; representa el área encerrada por la corriente (área rayada). Su valor depende del tipo de tiristor, de la corriente previa a la conmutación y de la velocidad de reducción de la corriente. 
Los fenómenos de activación y desactivación, producen perdidas de potencia. 

                Vo=13.66 V

                             
3) DESACTIVACIÓN CON OTRO TIRISTOR.

    Monte el circuito de la Figura

Cuando se activa el Tiristor (U3) con el pulsador (S1) se tomamos las medidas en:        

 VC= 11.30 VDC                            
 VA-K= 0.845 VDC                          
 Vo= 11.30 VDC                               

Ahora activamos el Tiristor (U4) con el pulsador (S2) y volvemos a medir en:


VC= 11.30 VDC
VA-K= 0.779 VDC
Vo= 0.299 VDC

Se activa el tiristor  TP explique el funcionamiento del circuito desactivado, cual debe ser la condición inicial del condensador C2.

Al comenzar a circular corriente positiva por la puerta, la corriente de ánodo a cátodo se   concentra en las zonas situadas entre los terminales de puerta, aumentando la densidad de corriente en estas zonas .

De esta forma, el GTO no comienza a apagarse hasta que la corriente de ánodo a cátodo ha quedado reducida a pequeños filamentos entre los terminales de puerta. Entonces la tensión VAK, hasta entonces muy pequeña al estar el GTO en funcionamiento, comienza a aumentar. Como la gran densidad de corriente que circula por estos pequeños filamentos podría ocasionar su destrucción, se utiliza un condensador snubber en paralelo con el GTO, que ofrece a la corriente un camino alternativo por donde circular. Así, cuando vAK comienza a aumentar el condensador comienza a cargarse, por lo que parte de la corriente que circulaba por el GTO lo hace ahora por el condensador.

4)APLICACIÓN PRACTICA

 Monte el circuito de la Figura

  

Active el SCR, mida Vo.

CIRCUITOS DE RECTIFICACIÓN CONTROLADA (RC) EL CONTROL DE FASE

El control de fase se aplica siempre en corriente alterna, y si es obterido por medio de un tiristor, el resultado es siempre corriente continua, por la sencilla razón de que el tiristor es un diodo, que se puede hacer conducir, o no. Al hacer conductor un tiristor (disparo) durante el semicilo positivo, la conducción permanece hasta que la polaridad de la corriente alterna cambia a su semiciclo negativo. No puede ser llevado a no conducción (bloqueado) por otro medio. El control de fase consiste en disparar el tiristor, pasado un ángulo de fase determinado respecto del cruce por cero hacia tensión positiva. Por lo tanto exige el conocer cuando el cruce por cero se produce. Como la medida de la fase de la corriente alterna es dificultosa, el control se sustituye por uno del tiempo que transcurre, desde el cruce por cero y la fase deseada, habida cuenta de que la duración del semiperido es igual a una fase de 180º. La forma en que varía la tensión continua producto del control de fase de un semiperíodo de corriente alterna, respecto del tiempo de retraso de cebado, toma la forma de, es decir de cosinusoide, es decir es máxima cuando el tiempo es cero y cero cuando el tiempo es máximo, e igual al semiperíodo, t max = T/2.

5) CONTROL DE ÁNGULO DE DISPARO CON RESISTENCIA.

ángulo de disparo:  número de grados de un ciclo de ac que transcurren antes de que el SCR sea encendido. 

                                

Ø  Verifique los componentes y ubique R3 al máximo

Ø  Disminuya R3 hasta tener un ángulo de disparo de 45°

Ø  Mida Vs, Va-k, Vg, Vo.

 MIDA:Vs                              MIDA: Va-K               MIDA: Vg                               MIDA:Vo

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES 

Pudimos observar el cambio de disparo en el circuito de los bombillos gobernado por los pulsos mandados por el tiristores utilizado mediante la variación en la excursión del potenciómetro y su cambio en amplitud en cada una de las etapas del montaje, notando el comportamiento con y sin carga y con y sin fuente. También observamos la variación en el ancho del pulso mediante el uso del potenciómetro pero esta variación siempre fue simétrica, igual el tiempo en alto que en bajo y el tiempo de uno en alto era igual al del otro en bajo.  Se nos presentaron problemas al momento de trabajar con la fuente del zéner puesto que no nos brindaba el voltaje exactamente con los mismos componentes de amplitud y rizado del que nos brindaba la fuente, pero con algunos arreglos de resistencias y un capacitor se corrigió fácilmente.  Pudimos observar los picos de corriente cuando hay cambios o conmutación en el circuito. 

DESCRIPCIÓN DE ELEMENTOS

POTENCIÓMETRO

Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. de esta manera indirectamente se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.

normalmente los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. para circuitos de corrientes mayores se utilizan los reóstatos, que pueden disparar más potencia.

TIPOS

Potenciómetros de mando. Son adecuados para su uso como elemento de control  en los aparatos electrónicos. El usuario acciona sobre ellos para variar los parámetros  normales de funcionamiento. Por ejemplo, el volumen de una radio. 

Potenciómetros de ajuste. Controlan parámetros pre ajustados, normalmente en  fábrica, que el usuario no suele tener que retocar, por lo que no suelen ser accesibles  desde el exterior. Existen tanto encapsulados en plástico como sin cápsula, y se  suelen distinguir potenciómetros de ajuste vertical, cuyo eje de giro es vertical, y  potenciómetros de ajuste horizontal, con el eje de giro paralelo al circuito impreso.

Potenciómetros lineales. La resistencia es proporcional al ángulo de giro esto nos da  a entender que son aquellos que modifican su valor de uno en uno. Ósea girando su cursor tendremos como ejemplo 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 etc., siempre de uno en uno 

Logarítmicos. La resistencia depende logarítmicamente del ángulo de giro. El logaritmo es lo contrario del lineal, al girar su curso el mismo modifica su resistencia de uno y luego salta a valores mas altos, como ejemplo.1.2.3.4.5.6.10.20.30.40.etc. 

Tipos de potenciómetros de mando

Potenciómetros rotatorios. Se controlan girando su eje. Son los más habituales pues son de larga duración y ocupan poco espacio. 

Potenciómetros deslizantes. La pista resistiva es recta, de modo que el recorrido del  cursor también lo es. Han estado de moda hace unos años y se usa, sobre todo, en ecualizadores gráficos, pues la posición de sus cursores representa la respuesta del ecualizador. Son más frágiles que los rotatorios y ocupan más espacio. Además suelen ser más sensibles al polvo.

Potenciómetros múltiples. Son varios potenciómetros con sus ejes coaxiales, de modo que ocupan muy poco espacio. Se utilizaban en instrumentación, autorradios, etc.

NOTA: Para el laboratorio utilizamos un potenciómetro rotatorio , puesto que este es el mas común

RECTIFICADOR AXIAL  ( DIODO 1N4001)

Un diodo muy usado en electrónica como rectificador en fuentes de alimentación y supresor de picos en bobinas y relés es el 1N4001 y sus compañeros 1N4002, 1N4003, 1N4004, 1N4005, 1N4006 y 1N4007. El número mas grande indica que soporta un mayor voltaje.

Algunas de sus características mas interesantes son:

• Baja caída de tensión directa.
• Capacidad de picos elevados de corriente.
• Alta fiabilidad.
• Capacidad de alta corriente.
• Precio reducido unos 9 centimos.
• Encapsulado DO-41.
• Intensidad que soporta 1 Amperio.

Voltajes máximos soportados por:

• 1N4001   35V.
• 1N4002   70V.
• 1N4003  140V.
• 1N4004  280V.
• 1N4005  420V.
• 1N4006  560V
• 1N4007  700V.

Como el precio es muy similar a la hora de comprar un modelo u otro, escoger siempre el 1N4007.

CONDENSADOR  C1= 0,1 uf, 50 V.

Capacitor cerámico clase 2, de 0,1 mF (micro faradios) a 50 V, tolerancia de +80%-20% coeficiente de temperatura Z5B, de alta estabilidad, perdida de frecuencia mínima y dimensiones de 6x6 mm.

DEFINICION DE TIRISTOR Y REPRESENTACIÓN ESTRUCTURAL

TIRISTORES

Es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Los materiales de los que se compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido. Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica.  

Un tiristor se utiliza en forma extensa en los circuitos electrónicos de potencia. Operan como conmutadores biestables. 

                                   Representación: simbologia estructura de un tiristor.

En esta dirección electrónica podemos encontrar que es un (scr: silicon-controlled-rectifier.) 

fhttp://epower.wikispaces.com/file/view/presentacion5.1.pdf

Una introducción al conocimiento de los tirisrores.
http://www.reocities.com/bosernitzan/utn/electr_indust/tiristores.pdf

RECTIFICADORES CONTROLADOS.

Rectificadores Controlados.

Para obtener voltajes de salida controlados, se usan tiristores con control por fase en lugar de diodos. El voltaje .de salida de los rectificadores de tiristor se varía controlando el ángulo de retardo o de disparo de los tiristores. Un tiristor controlado por fase se activa aplicando un pulso corto a su compuerta, y se desactiva por conmutación natural o de línea; en caso de que la carga sea muy inductiva, se desactiva disparando otro tiristor del rectificador durante el medio ciclo negativo del voltaje de entrada. Estos rectificadores controlados por fase son sencillos y menos costosos, y su eficiencia es, en general, superior al 95%. Como convierten de CA a CD, a esos rectificadores controlados se les llama también convertidores CA-CD, y se usan en forma extensa en aplicaciones industriales, en especial en propulsores de velocidad variable, desde potencia fraccionaria hasta niveles de mega watts.

En la siguiente dirección electrónica podemos ver un vídeo, que nos da una  introducción de que son los tiristores.

 https://www.youtube.com/watch?v=2bk_Brv0DBw

En la siguiente dirección electrónica podemos ver un vídeo que nos permite visualizar el montaje de un circuito en una protoboard para el funcionamiento de los tiristores

 https://www.youtube.com/watch?v=Lm4beERRKH4

BIENVENIDA

Durante mucho tiempo ha existido la necesidad de controlar la potencia eléctrica de los sistemas de tracción y de los controles industriales impulsados por motores eléctricos, así pues la electrónica de potencia ha revolucionado la idea del control para la conversión de potencia y para el control de los motores eléctricos.

Bienvenidos a este blogger donde publicaremos la elaboración de los laboratorios de electrónica de potencia, y estamos pendientes de todos los comentarios de nuestras publicaciones.

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