Scr Control De Energía.docx

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA INGENIERÍA ELÉCTRICA

ACADEMIA DE ELECTRÓNICA LABORATORIO DE ELECTRÓNICA II PRACTICA No.6

“CONTROL DE ENERGÍA CON EL SCR” Integrantes del equipo: GALICIA JIMÉNEZ DAVID LÓPEZ RAMÍREZ ALDO

2016301985 2016

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GRUPO: 5EM5 ING. ALMENDARES AMADOR DOMINGO

Fecha de entrega: 17 de Mayo de 2018(Atrasado) 1

INDICE MARCO TEORICO………………………………………………2 OBJETIVO………………………………………………………7 EQUIPO Y MATERIAL EMPLEADO……………………………8 CALCULOS INICIALES ………………………………………… 9 PROCEDIMIENTO…………………………………………… .11 FORMAS DEONDA……………………………………………14 PREGUNTAS……………………………………………………17 CONCLUSION………………………………………………18

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MARCO TEÓRICO. Los tiristores son una familia de dispositivos semiconductores de cuatro capas (pnpn), que se utilizan para controlar grandes cantidades de corriente mediante circuitos electrónicos de bajo consumo de potencia. La palabra tiristor, procedente del griego, significa puerta. El nombre es fiel reflejo de la función que efectúa este componente: una puerta que permite o impide el paso de la corriente a través de ella. Así como los transistores pueden operar en cualquier punto entre corte y saturación, los tiristores en cambio sólo conmutan entre dos estados: corte y conducción. Dentro de la familia de los tiristores, trataremos en este tutorial los tipos más significativos: Diodo Shockley, SCR (Silicon Controlled Rectifier), GCS (Gate Controlled Switch), SCS (Silicon Controlled Switch), Diac y Triac. 4 SCS (SILICON CONTROLLED SWITCH) Es similar en cuanto a construcción al SCR. La diferencia está en que posee dos terminales de puerta, uno para entrar en conducción y otro para corte. El SCS se suele utilizar en rangos de potencia menores que el SCR.

Figura 11: Símbolo del SCS El SCS tiene aplicaciones muy similares a las de SCR. Este último tiene la ventaja de poder abrirse más rápido mediante pulsos en cada uno de los terminales de gate, pero el inconveniente que presenta respecto al SCR es que se encuentra más limitado en cuanto a valores de tensión y corriente. También se utiliza en aplicaciones digitales como contadores y circuitos temporizadores. 5 EL DIAC Es un tipo de tiristor que puede conducir en los dos sentidos. Es un dispositivo de dos terminales que funciona básicamente como dos diodos Shockley que conducen en sentidos opuestos.

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Figura 12: Construcción básica y símbolo del diac La curva de funcionamiento refleja claramente el comportamiento del diac, que funciona como un diodo Shockley tanto en polarización directa como en inversa. Cualquiera que sea la polarización del dispositivo, para que cese la conducción hay que hacer disminuir la corriente por debajo de la corriente de mantenimiento IH. Las partes izquierda y derecha de la curva, a pesar de tener una forma análoga, no tienen por qué ser simétricas.

Figura 13: Característica V-I del diac 6 EL TRIAC Este dispositivo es simular al diac pero con un único terminal de puerta (gate). Se puede disparar mediante un pulso de corriente de gate y no requiere alcanzar el voltaje VBOcomo el diac.

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Figura 14: Construcción básica y símbolo del TRIAC. En la curva característica se indica que, para diferentes disparos, es decir, para distintas corrientes aplicadas en gate, el valor de VBO es distinto. En la parte de polarización positiva, la curva de más a la izquierda es la que presenta un valor de VBO más bajo, y es la que mayor corriente de gate precisa en el disparo. Para que este dispositivo deje de conducir, como en el resto de los casos, hay que hacer bajar la corriente por debajo del valor IH.

Figura 15: Característica V-I del triac Al igual que el SCR, se emplean para controlar la potencia suministrada a una carga. El triac puede dispararse de tal modo que la potencia en alterna sea suministrada a la carga durante un tiempo determinado de cada ciclo. La diferencia con el SCR es que se puede disparar tanto en la parte positiva que, en la negativa del ciclo, de tal manera que la corriente en la carga puede circular en los dos sentidos.

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Figura 16 Control básico de potencia con un Triac

TRANSISTOR UJT: El transistor monounion UJT tiene dos regiones impurificadas con tres terminales de conexión externas tiene un emisor y dos bases el emisor está altamente impurificado, tiene muchos huecos (región p) la (región n) que son la base 1 y la base 2 esta levemente impurificada. por esta razón la resistencia entre bases es generalmente de un valor de 5 a 10 kilo omhs. cuando en emisor está abierto. estas son unas cuantas de sus aplicaciones. como oscilador, en circuitos de disparo, generadores de diente de sierra, control de fase circuitos temporizadores, redes biestables, y alimentaciones regulas de voltaje o corriente.

EL TRANSISTOR DE UNIJUNTURA:

Es un tipo de tiristor que contiene dos zonas semiconductoras. Tiene tres terminales denominados emisor (E), base uno (B1) y base dos (B2). Está formado por una barra semiconductora tipo N, entre los terminales B1-B2, en la que se difunde una región tipo P+, el emisor, en algún punto a lo largo de la barra, lo que determina el valor del parámetro , standoff ratio, conocido como razón de resistencias o factor intrínseco. Cuando el voltaje Veb1 sobrepasa un valor (vp) de ruptura, el ujt presenta un fenómeno demodulación de resistencia que, al aumentar la corriente que pasa por el dispositivo, la resistencia de esta baja y por ello, también baja el voltaje en el dispositivo, esta región se llama región de resistencia negativa, este es un proceso realimentado positivamente, por lo que esta región no es estable, lo que lo hace excelente para conmutar, para circuitos de disparo de tiristores y en osciladores de relajación 6

OBJETIVO. La finalidad de esta práctica es la de comprobar la operación del Rectificador Controlado de Silicio, regulando a un circuito rectificador de onda completa realizado con diodos rectificadores; operando el SCR por control de ángulo de fase disparado por un circuito de pulsos empleando un transistor del tipo UJT.

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EQUIPO Y MATERIAL QUE EMPLEAR.            

1 Pz Fuente de C.A. de 50V. 1 Pz Vóltmetro de C.D. 1 Pz Miliampérmetro de C.D. 1 Pz Osciloscopio de dos canales. 4 Pz Diodos rectificadores D1, D2, D3 Y D4 matrícula 1N 4007. 1 Pz Resistencias R1, R2 y R3 (ver nota). 1 Pz Potenciómetro RE (ver nota). 1 Pz Resistencia RL de 1 kΩ - 10 W. 1 Pz Capacitor CE. 1 Pz Diodo zener DZ capacidad 15 V - 1 W. 1 Pz Transistor UJT matrícula 2N 2646. 1 Pz Tiristor SCR NTE 5468 (400 V. 5 A.) o equivalente.

Efectuar los cálculos del circuito de la figura 1, para generar de más 10 Pulsos de disparo del UJT, en el intervalo del semiciclo positivo, de una amplitud suficiente para que entre en conducción el SCR.

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CÁLCULOS: TRANSISTOR UJT 𝜂 = 0.6 𝑅𝐵𝐵 = 6 𝐾Ω 𝑉𝑏12 = 20 𝑉, 𝐼𝑣 = 4𝑚𝐴, 𝑉𝑣 = 3 𝑉 𝑉𝑧 = 15 𝑉 𝐼𝑝 = 5𝜇𝐴 Para UJT bloqueado 𝐼 𝑅1 =

𝑉𝑧 𝑉𝑧 15 𝑉 ≅ = = 2.5 𝑚𝐴 𝑅1 + 𝑅𝐵𝐵 + 𝑅2 𝑅𝐵𝐵 6000Ω

Tensión de disparo del SCR VGT = 0.7 V a 1.0 V y para garantizar disparos seguros en R1 será: VR1 =0.4 V 𝑉𝐺 𝑚𝑖𝑛 − 𝑉𝑅1 0.7 − 0.4 𝑉 𝑅1 = = = 120 Ω 𝐼𝑅1 2.5𝑥 10−3 𝐴 Los 0.3 V de la diferencia en la tensión de disparo en la puerta será para cubrir un margen de ruido (disparo en falso) 𝐿𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑊𝑅1 = 2.5 𝑚𝐴 ∗ 120 Ω = 0.3 𝑊 Calculo de la tensión de pico del UJT 𝑉𝑝𝑝 = 𝜂𝑉𝐵𝐵 + 𝑉𝐷 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑉𝐵𝐵 = 𝐵12 , 𝑉𝐷 = 0.6 𝑉 𝑉𝑝𝑝 = 0.6 𝑥20 + 0.6 = 12 .6 𝑉 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝑝 20 − 12.6 𝑅𝑒 𝑚𝑎𝑥 = = = 1.48 𝑀Ω 𝐼𝑝 5𝑥10−6 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝑣 20 − 3 𝑅𝑒 𝑚𝑖𝑛 = = = 4.25 𝐾Ω 𝐼𝑣 4𝑥10−3 𝑅𝐸 = √𝑅𝑒 𝑚𝑎𝑥 ∗ 𝑅 𝑒𝑚𝑖𝑛 = √1.48 𝑀Ω ∗ 4.25 𝐾Ω = 62.90 𝐾Ω ≅ 100 𝐾Ω Calculo del capacitor del emisor (CE) SE tomará una constante del tiempo media del 50 % del semiciclo a la frecuencia de alimentación de 60 Hz 𝜏 = 𝑅𝐸 ∗ 𝐶𝐸 = 8𝑥10−3 𝑠 𝜏 8𝑥10−3 𝑠 𝐶𝐸 = = = 0.08μF = 0.068 μF 𝑅𝐸 100 𝐾Ω Calculo de la resistencia base R2 del Transistor UJT 𝑅2 = 0.15 𝑅𝐵𝐵 = 0.15 ∗ 6000 = 900 Ω = 1𝐾Ω Corriente de Zener 𝐼𝑧 =

𝑃𝑧 1𝑊 = = 66.66 𝑚𝐴 𝑉𝑧 15 𝑉

La resistencia R3 limitara la corriente a 66 mA 𝑉𝑅3 = 𝑉 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 − 𝑉𝑧 = 50 𝑉 − 15 𝑉 = 35 𝑉 35 𝑉 𝑅3 = = 525.525 Ω ≅ 500 Ω 66.66 𝑚𝐴

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La potencia desarrollada en la resistencia limitadora R3 (35𝑉)2 𝑊𝑅3 = = 2.45 𝑊 ≅ 2 𝑊 500 Ω

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PROCEDIMIENTO: Por medio de un multímetro en función de óhmetro, se midió la resistencia del ánodo, cátodo y el disparo (G), obteniendo los valores que se muestran en la tabla siguiente.

Tabla 1 Resistencia en terminales del Tiristor Terminal Resistencia (𝛀) R A-C 62.4 K Ω R C-G N/A R A-G N/A Por medio de un multímetro en función de óhmetro, se midió la resistencia de las bases y emisor, obteniendo los valores que se muestran en la tabla siguiente. Terminal R E-B2 R E-B1 R B1-B2

Resistencia (𝛀) 4.42 K Ω 4.48 K Ω 4.46 K Ω

Observe y registre las formas de onda de los puntos F, Referencia contra el punto E para la posición del potenciómetro de valores de resistencia máximo, medio y mínimo; (tomado como referencia de medición el punto de medición E). Mediciones reales de los elementos del circuito R1 RL R2 R3

142.7 Ohms 989 Ohms 1.166 K Ohms 539 Ohms

Observe y registre las formas de onda de los puntos A,B,C,D y E. Para la posición del potenciómetro de valores de resistencia máximo, mínimo y medio. Se armo el circuito de la práctica, se realizaron mediciones de tensión y corriente antes de registrar las formas de onda en los puntos especificados

Tabla 1 Mediciones con Potenciómetro a Mínimo valor Parámetro Rl Zener A

Tensión 11.51 𝑉 3.42 𝑉

Corriente 11.8 mA 0 mA 13.87 𝑚𝐴 11

Tabla 2 Mediciones con Potenciómetro a Medio valor Parámetro Rl Zener A

Tensión 1.57 𝑉 11.19 𝑉

Corriente 1.58 mA 10.8 𝑚𝐴 2.54 𝑚𝐴

Tabla 3 Mediciones con potenciómetro a máximo valor Parámetro Rl Zener A

Tensión 0.32𝑉 11.19 𝑉

Corriente 0.312 mA 10.94 𝑚𝐴 0.76 𝑚𝐴

Graficas de formas de onda en los puntos A, B, C, D y E al punto de referencia. Tabla 4 Forma de onda en el punto A con referencia. Valores registrados Vmedio 15.82 V. Frecuencia 121 Hz. Periodo. 8.065 ms. Tabla 5 Forma de onda en el punto B con referencia. Valores registrados Vmedio Frecuencia Periodo.

5.91V. 118 Hz. 8.44 ms.

Tabla 6 Forma de onda en el punto C con referencia. Valores registrados Vmedio Frecuencia Periodo.

7.44 V. 119.5 Hz. 8.66 ms.

Tabla 7 Forma de onda en el punto D con referencia (Máximo Valor). Vmedio 5.18 V. Frecuencia 122 Hz. Periodo. 8.45 ms.

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Tabla 8 Forma de onda en el punto D con referencia (Medio Valor). Vmedio 6.18 V. Frecuencia 315.6Hz. Periodo. 8.25 ms. Tabla 9 Forma de onda en el punto Y con referencia (Máximo Valor). Vmedio 4.48 V. Frecuencia 119.9 Hz. Periodo. 8.39 ms. Tabla 10 Forma de onda en el punto E con referencia (Medio Valor). Vmedio 2.84 V. Frecuencia 120 Hz. Periodo. 8.45 ms. Observar y registras las diferentes formas de onda en diferentes puntos de circuito. Se observaron las formas de onda de los puntos F y E con el punto de referencia ajustando el potenciómetro en valores mínimo, medio y máximo. Tabla 11 Forma de onda de F con respecto a E (valor máximo). Vmedio 138mV. Frecuencia 119.9 Hz. Periodo. 8.26 ms. Tabla 12 Forma de onda de F con respecto a E (valor medio). Vmedio 3.35 V. Frecuencia 120.5 Hz. Periodo. 8.36 ms. Tabla 13 Forma de onda de F con respecto a E (valor mínimo). Vmedio 4.29 V. Frecuencia 122 Hz. Periodo. 8.28 ms.

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FORMAS DE ONDA.

Forma de onda punto(A)

Forma de onda punto (B)

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PREGUNTAS. a) ¿Qué relación existe entre los pulsos de disparo del UJT y la conducción del SCR? Cuando el UJT toma su tiempo para su ciclo de operación, entrega sus pulsos de disparo al SCR para un ángulo de 0 a 180 grados, El SCR se apagará por polarización inversa que es cuando hay un semiciclo negativo, existe una sincronía entre el pulso de disparo y la polarización del SCR, haciendo que cada vez que exista el pulso del UJT el SCR tenga una polarización correcta y entrara en conducción. b) ¿Qué entiende por control de ángulo de fase? La regulación por ángulo de fase se basa en la posibilidad de poder realizar la conexión de la tensión de red en cualquier punto de la semionda de forma sincronizada. Se puede recortar la tensión senoidal en sectores más pequeños, lo que permite, regular la potencia aplicada a la carga. Considerando que cada semionda senoidal corresponde a una conducción de 180º, retardando la conexión de 180º a 0º conseguimos regular la potencia aplicada a la carga del 0 al 100%, a este valor de retardo se le llama «ángulo de retardo» y se indica normalmente con la letra α. En algunos casos se habla también del «ángulo de conducción», que corresponde al valor 180-α. c) ¿Qué entiende por sincronía del circuito? Cada vez que exista el pulso del UJT el SCR tenga una polarización correcta y entrara en conducción. La sincronía se referirá como el momento o semiciclo donde ambos dispositivos entren en funcionamiento.

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Conclusiones. En esta práctica se pudo hacer de forma experimental el funcionamiento sincrónico en un circuito, cuando el UJT estaba en la polarización correcta mandaba pulsos hacia el SCR haciendo que este funcionara, esto se entiende como síncrona del circuito, viendo las gráficas en cada punto se observó que en unos puntos la señal no se mostraba del todo completa en un punto era la mitad de la onda y en otro era la onda restante solo en la salida se observó la onda completa.

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