Informe 1 De Potencia Harrison.docx

Departamento de tecnología - Informe de laboratorio N° 1

Universidad pedagógica nacional ELECTRÓNICA DE POTENCIA INFORME DE LABORATORIO I Méndez Sarmiento Harrison Camilo [email protected] RESUMEN— A partir de los conocimientos adquiridos en la clase de Electrónica de Potencia se lleva a cabo la implementación de los circuitos conocidos como: rectificación de media onda y de onda completa con diodos de silicio, por otra parte, se emplea una alarma con un SCR que se activa por medio de pulsadores y para terminar se realiza la implementación de un Cargador de batería de 9v, con 2 SCR. Palabras claves— Tiristor SCR, Diodo, Transformador, cargador, Alarma. ABSTRACT— From the knowledge acquired in the class of Power Electronics is carried out the circuits are implemented are known as: rectification of wave media and full wave with silicon diodes, another part is Use an alarm with an-SCR that is activated by means of pushbuttons and for the implementation of a 9v battery charger, with 2. KEYWORDS— Thyristor SCR, Diode, Transformer, charger, Alarm.

I. INTRODUCCIÓN En la primera parte del laboratorio, se ensamblaron los rectificadores de media onda y onda completa, estos iban alimentados directamente de los 120v del tomacorriente del laboratorio, mientras que su resistencia de carga tiene un valor de 2MΩ, por dicha resistencia se midieron los voltajes tanto en DC como en AC, además de realizar sus respectivas simulaciones. Para la segunda parte se simulo un SCR para demostrar sus curvas características. Seguido a esto para la tercera se ensamblo un circuito de una alarma de emergencia el cual por medio de 2 pulsador permite el paso de corriente al SCR logrando su activación, por ultimo se emplea el circuito para un cargador de batería de 9v el cual a su entrada tiene un transformador y en su salida se deben reflejar los 9v que cargaran la batería. II. MARCO TEORICO El rectificador de onda completa utiliza ambas mitades de la señal senoidal de entrada, para obtener una salida unipolar, invierte los semiciclos negativos de la onda senoidal. En la Imagen 1 se muestra una posible estructuración en la que el devanado secundario es con derivación central para obtener dos voltajes vs, en paralelo con las dos mitades del devanado secundario con las polaridades indicadas.

tres uniones pn con la disposición pn-pn Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez. El SCR se asemeja a un diodo rectificador, pero si el ánodo es positivo en relación con el cátodo no circulará la corriente hasta que una corriente positiva se inyecte en la puerta. Luego el diodo se enciende y no se apagará hasta que no se remueva la tensión en el ánodo-cátodo, de allí el nombre rectificador controlado. III. PROCEDIMIENTO Montaje N° 1: Realice un circuito rectificador de Media Onda para una señal de entrada de 120 V en AC tomados directamente desde él toma corriente. IMPLEMENTACION: Para la implementación de este circuito utilizamos los siguientes materiales para revisar su funcionamiento:  DIODO 1N4004  RESISTENCIA DE 2MΩ Antes de explicar la simulación y el circuito análogo utilizado, vamos a repasar el funcionamiento de estos componentes electrónicos para comprender como logramos la Rectificación de media onda. Como hemos visto en cursos previos, el Diodo es un componente electrónico con la capacidad de conducir corriente en un solo sentido, ya que cuenta con dos partes en su infraestructura, el ánodo, haciendo de su parte negativa, y el cátodo, haciendo como su parte positiva. Debido a esto el diodo permite rectificar la señal de entrada AC y la convierte en DC debido a su característica de conducir solo en un sentido, ya que al utilizarla en polarización directa así:

Es un dispositivo semiconductor biestable formado por 1

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Como se puede ver el funcionamiento sería el de un Circuito Abierto y no permitirá el paso de corriente, gracias a esto es que podemos hacer la rectificación de la señal de entrada que pase por el diodo permitiendo que esta se quede con su ciclo positivo alimentando el circuito y el ciclo negativo se vuelve cero, siguiendo en lo netamente teórico podemos evidenciar lo anteriormente dicho en esta gráfica:

Figura 1 Polarización Directa

Se permite el paso de corriente en ese sentido y no permite que haya un rebote de corriente en el sentido contrario al que va la corriente en el circuito. Esto sucede porque el Cátodo, frena toda energía que intente pasar por el provocando un funcionamiento tipo Lazo Abierto, esto lo podemos observar cuando implementamos la Polarización Inversa con el Diodo así:

Figura 3 Grafica conducción del diodo

Evidenciando así el funcionamiento correctamente del diodo, sin más preámbulo, este es el circuito que implementamos de forma digital para prevenir errores en las mediciones previas:

Imagen 4 Montaje rectificador media onda

Siendo esta la salida en DC a una entrada en AC como se ve en el circuito, la gráfica se da de la siguiente manera:

Figura 2 Polarización indirecta Figura 5 rectificador media onda Multisim

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Como se puede observar en la gráfica se cumplen las bases teóricas respecto al funcionamiento del diodo y de esta forma obtenemos un rectificador de media onda, finalmente, la implementación en la herramienta Protoboard quedo de la siguiente manera:

Pero ¿Cómo funciona en realidad este Puente de Diodos?, daremos una breve explicación de su funcionalidad y en corto seguiremos con el resto de la implementación. Un puente rectificador de diodos, también llamado puente de diodos o puente rectificador es un componente electrónico cuya funcionalidad es la de ingresar una señal AC en dos de estos diodos y obtener así una señal DC a la salida de los otros dos, y como explicábamos antes, su uso se data a lo industrial o lo domestico, según la necesidad que desee cumplirse. Ya explicado el para que utilizarse el Puente Rectificador de Diodos, veremos que, para este circuito, la simulación que hemos realizado para pruebas digitalizadas es la siguiente:

Figura 6 Montaje rectificador media onda

Montaje N° 2: Realice un circuito rectificador de Onda Completa para una señal de entrada de 120 V en AC tomados directamente desde él toma corriente. IMPLEMENTACION: Para la elaboración de este circuito utilizamos el esquema teórico del Diodo como lo vimos anteriormente, pero esta vez agregamos tres diodos más a nuestro circuito, esto se hace con el fin de elaborar un Puente de Diodos, esto se hace para que el circuito conduzca el ciclo negativo y se encargue de rectificarlo para que nos arroje una señal directa, siendo este el funcionamiento de los cargadores, televisores, radios, y demás dispositivos electrónicos conImagendos para conectarse a una entrada de 120 V y funcionar con una tensión Directa y no Alterna. Los elementos que utilizaremos en este circuito serán:  Resistencia de 2M Ω  4 diodos 1N4004

Imagen 8 Montaje Rectificador onda completa

Así, como nos podemos dar cuenta, la señal ha sido rectificada con una perdida mínima por condiciones del ambiente y del no ser un sistema con características ideales. De igual manera, hemos comprobado la función del Puente de Diodos en este circuito y nuestro esquema físico se montó así:

Figura 7 Puente Rectificador de diodos

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común y corriente, debido a que cumple la misma característica con sus partes de ánodo y cátodo, y también las polarizaciones que maneja un Diodo de Silicio (Directa e Inversa), algo así:

Imagen 9 Montaje rectificador onda completa

Montaje N° 3: Realice un montaje para comprobar las curvas características de un SCR a través de la tabulación de los datos obtenidos variando el voltaje o la resistencia del circuito a implementar según el criterio que decidan tomar. IMPLEMENTACION: Para la elaboración de este circuito tenemos que aprender cómo utilizar un SCR y que es lo que provoca que pase a estado de conducción y funcione sin problema. De igual forma, utilizaremos los siguientes elementos:  Resistencia de 330 Ω  Resistencia de 20K Ω  SCR C106 El dispositivo semiconductor SCR pertenece a la familia de los tiristores, los cuales son implementados para controlar la cantidad de potencia que se entrega mediante las cargas eléctricas a las que son expuestas. El Rectificador Controlado de Silicio (SCR) tiene cuatro capas de material p y n alternados en su infraestructura, de la siguiente manera:

Figura 11 Circuito SCR polarización directa

Figura 12Circuito del SCR en Polarización inversa

Ya con esto en mente, vamos a analizar las dos posibles formas de activar este nuevo dispositivo que vamos a trabajar, debido a que el SCR necesita ser activado para entrar en funcionamiento y cumplir el comportamiento de un Diodo de Silicio, entonces, las dos formas son:  Ruptura de Voltaje: De este modo, hacemos una sobrecarga de voltaje o corriente en el cátodo del SCR hasta generar una Ruptura entre sus dos componentes de polarización y de esa forma empezara a conducir nuestro dispositivo y podremos utilizarlo desde ahora.  Disparo por Compuerta: Utilizando este método lo único que necesitamos hacer es otorgar una corriente o un voltaje de disparo a la Compuerta del SCR para que este conduzca y nos permita utilizarlo según la necesidad que tengamos para este mismo.

Imagen 10 Descripción SCR

Entre otras palabras, el SCR cumple con un funcionamiento similar o más bien idéntico al de un Diodo

Teniendo estas dos formas de activación en mente, cabe aclarar que para visualizar las curvas características del Tiristor que estamos trabajando, implementaremos el Disparo por Compuerta para activarlo y evidenciar ese Disparo de activación que hace tan característico tal componente.

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Siendo así, nuestra simulación es la siguiente:

correcto funcionamiento. IMPLEMENTACION: Para la elaboración de este circuito utilizaremos los siguientes componentes:       

Imagen 13 Simulación de un SCR

Con esta simulación se comprobó que el SCR conducirá en el momento que reciba la corriente o voltaje necesarios para funcionar, comprobando su curva de funcionamiento de la siguiente forma:

Resistencia de 22 Ω 4 Resistencia de 100K Ω Diodo 1N4004 Condensador de 0.1 µF 2 Switch SCR C106 Led

Para comprobar el funcionamiento y la debida comprensión de lo que es un SCR y lo que hace un Diodo de Silicio en un circuito, implementaremos la siguiente alarma anti-intrusos que nos alertara mediante el led el estado de peligro al activarse, será una alarma de tipo visual y funcionara por ciertos lapsos determinados por el ejercicio. Para explicar su correcto funcionamiento, veremos la simulación que será:

Imagen 14 Curva característica del SCR

Con la curva característica comprobamos el funcionamiento de manera práctica del SCR y notamos que se comporta como un Diodo de Silicio una vez se active, permitiendo su conductividad mediante el Disparo de Compuerta que se le otorgue según el circuito para el que se quiera implementar. Montaje N° 4: Realice un circuito que funcione como una alarma implementando un SCR, que tenga un intervalo de tiempo para llevar a cabo su función principal, sea esta prender un led, hacer sonar un parlante o encender un zumbador para notar que esta implementación tiene un

Imagen 15 Simulación del Circuito de alarma

El principal funcionamiento del circuito es el presionar los interruptores, debido a que al presionar alguno de estos, se activara la alarma haciendo que el led se encienda y el dispositivo de audio comience a sonar, en dado caso de que se utilice alguno. Al presionar cualquiera de los interruptores se llega a activar el circuito debido a que la fuente de alimentación 5

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otorga corriente a través de las resistencias R1 y R2 visualizadas en el circuito anteriormente visto, esto dado que cuando se pulse alguno de nuestros pulsadores el circuito permita el paso de corriente a la compuerta del del SCR que tenemos en el circuito implementado y este conduzca y cierre el circuito que permitirá la activación del led o el dispositivo de audio dispuesto a sonar para activar la alarma y cuya única forma de detenerla sea retirando la alimentación que el circuito posee, en este caso de 9V.

El sistema que vamos a implementar consiste en la correcta utilización de implementos como el SCR, el Diodo de Silicio, el Diodo Zener, Resistencias y demás, cosas que hemos tratado con anterioridad y que simplemente vamos a utilizar para realizar un proyecto mucho más complejo donde se involucra la carga y desconexión automática de una batería de 9V. El funcionamiento de este circuito lo podemos detallar mejor mirando el circuito simulado así:

El circuito implementado finalmente nos quedó de la siguiente manera:

Figura 16 Montaje circuito de alarma

Como se puede notar, los pulsadores son los que se encargaran de activar nuestra alarma visual y en un caso real alertar a las autoridades según el sistema de seguridad que se requiera y en donde se planee implementar. Montaje N° 5: Realice el circuito de un cargador implementado con SCR, de baterías de 9v con desconexión automática al momento de tener su carga completa, colocando un led a la entrada del segundo SCR que entra en funcionamiento al cargarse por completo la batería para que demuestre lo anteriormente planteado. IMPLEMENTACION: Para la elaboración de este circuito los elementos que utilizamos son:       

3 diodo 1N4004 2 SCR C106 Potenciómetro de 750 Ω Diodo Zener 3 Resistencia 47 Ω Resistencia 1K Ω Condensador Electrolítico de 1µF

Imagen 17 Simulación cargador de baterías

Para la explicación del circuito vemos que a través de los diodos D3 y D4 del circuito simulado hacen de rectificadores de onda completa y permiten el paso de una señal AC a una DC que comienza a alimentar el circuito con su carga superior a 9V para lograr el objetivo principal: CARGAR UNA BATERIA DE 9V. Con el paso del tiempo a través del SCR D2 se va alimentando la batería hasta que llegue a su tope máximo, en el caso de la simulación utilizamos un condensador como batería por su característica de cargarse de voltaje a través del tiempo hasta llegar a su punto máximo, por esto es un buen reemplazo en medidas como estas donde no se cuenta con el recurso exacto para implementación en escala real. 6

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Luego de alimentar por completo la batería de 9V (en este caso condensador), el potenciómetro ha sido precisado para que otorgue la energía suficiente para que deje pasar la carga que viene de la batería para alimentar ahora el SCR D1 visto en la simulación y de esta forma se active el led que nos permita saber de modo visual que dicha batería ya está cargada y que el circuito esta por desconectarse, ya que al conducir el SCR D1, se hace un divisor de tensión suficiente para que el voltaje del diodo D5 empiece a reducir el voltaje de entrada a la compuerta del SCR D2 haciendo que este deje de estar en funcionamiento y así se desconecte de forma automática el circuito que estamos probando.

desconexión automática, sin la necesidad de estar al pendiente de en qué momento debemos desconectar dicha pila. ANÁLISIS MATEMÁTICO No 1: Realice el análisis

matemático del circuito de un secador de cabello. IMPLEMENTACION:

Y de esta manera, el circuito finalmente quedó así:

Imagen 18 Montaje cargador de baterías de 9v

Imagen 19 Voltaje de salida en el cargador de baterías

Con esto queda demostrado el correcto funcionamiento del cargador y su capacidad para otorgarle energía para cargarse a una batería de 9v con la posibilidad de tener

Lamentablemente SW1, SW2, el fusible térmico, la energía térmica recorte, el electrodo y el motor se ha equivocado esquemáticos símbolos: 

SW1 es una de tres posiciones interruptor de eje de balancín, modelo SR-71, el tipo de función de "K". Sus tres posiciones de apagado (circuito abierto) - ventilador de baja (lado derecho) ventilador de alta (ambos lados derecho e izquierdo se conecta al común).



SW2 es idéntica a la de tres posiciones interruptor de eje de balancín. Sus tres posiciones son fríos (circuito abierto) - cálido (lado derecho) - caliente (ambos conectados).

Para el pleno de la velocidad del motor o completo, calentador de salida de la tensión de alimentación ALTERNA se alimenta a través del respectivo interruptor y se va a la carga. El total 120 v ca rms de voltaje es aplicado al motor o la calefacción. 7

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Introduccion a la Electronica de Potencia . (s.f.). Electronica Industrial.

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Rashid, M. (s.f.). Electronica de potencia. Tercera Edicion en Español.

Para disminuir la velocidad o el calentador de nivel de la tensión de alimentación ALTERNA se alimenta a través de un diodo para cada una de las cargas. El diodo tiene la característica de que sólo conduce la corriente en una sola dirección, por lo que sólo los positivos partes de la ca forma de onda de voltaje hace que el motor o la calefacción. La negativa de las partes de la ca forma de onda de voltaje son cortados por el diodo y por no entregar la energía a la carga. El efecto neto de esto es que el motor o el calentador de obtener la mitad de la potencia y por lo tanto el motor se vuelve más lento o el calentador no emiten mucho calor. IV. CONCLUSIONES  El diodo de silicio tiene un gran funcionamiento a la hora de querer rectificar señales AC para cualquier dispositivo que desee implementarse, permitiendo hacer un circuito de Acople capaz de reducir el costo de materiales al solo necesitar 4 ítems de la misma referencia para hacer una rectificación de onda completa.  El SCR es un diodo de conductividad con muchas características que le permiten hacer circuitos tan llamativos y sencillos como el cargador de batería o una alarma, siendo así en cierto modo económicos, a tal punto que podría pensarse implementarlo a nivel empresa colocando una mentalidad de Ingeniero en su uso.  Ejecutar lo que se ve en clase en la parte teórica a lo practico nos permite comprender el tema en una mejor manera, dándonos un espacio de plantear un método científico para llegar a la solución de los problemas que se plantean al querer recurrir a la demostración de lo teórico y permitiendo que cada concepto quede mucho más claro de lo que se ve en el aula de clase V. BIBLIOGRAFÍA

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Hart, D. W. (s.f.). Electronica de Potencia. Primera Edicion.

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