Circuitos controladores de energía

5/13/2018 Circuitos controladores de energía - slidepdf.com

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El tiristor es un componente electrónico constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir

una conmutación. Son dispositivos unidireccionales porque solamente transmiten la corriente en un único sentido. Los rectificadores

controlados de silicio SCR se emplea como dispositivo de control.

El rectificador controlado de silicio SCR, es un semiconductor que presenta dos estados estables: en uno conduce, y en otro está en

corte (bloqueo directo, bloqueo inverso y conducción directa).

El objetivo del rectificador controlado de silicio SCR es retardar la entrada en conducción del mismo, ya que como se sabe, unrectificador controlado de silicio SCR se hace conductor no sólo cuando la tensión en sus bornes se hace positiva (tensión de ánodo

mayor que tensión de cátodo), sino cuando siendo esta tensión positiva, se envía un impulso de cebado a puerta.

CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

Tensiones transitorias

Son valores de tensión que van superpuesto a la señal sinusoidal de la fuente de alimentación. Son de escasa duración, pero de

amplitud considerable.

CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓN

Los tiristores necesitan un tiempo para pasar de bloqueo a conducción y viceversa. Para frecuencias inferiores a 400hz podemos ignorar

estos efectos. En la mayoría de las aplicaciones se requiere una conmutación mas rápida por lo que este tiempo de tenerse en cuenta.

CARACTERÍSTICAS POR TEMPERATURA

Dependiendo de las condiciones de trabajo de un tiristor, este disipa una cantidad de energía que produce un aumento de la

temperatura en las uniones del semiconductor. Este aumento de la temperatura produce un aumentó de la corriente de fuga, creando

un fenómeno de acumulación de calor que debe ser evitado. Para ello se colocan Disipadores de calor.

El transistor monounión (UJT) se utiliza generalmente para generar señales de disparo en los SCR. En la fig.5 se muestra un circuito

básico de disparo UJT. Un UJT tiene tres terminales, conocidas como emisor E, base1 B1 y base2 B2. Entre B1 y B2 la monounión tiene

las características de una resistencia ordinaria (la resistencia entre bases RBB teniendo valores en el rango de 4.7 y 9.1 K). Cuando se

aplica el voltaje de alimentación Vs en cd, se carga el capacitor C a través de la resistencia R, dado que el circuito emisor del UJT está en

estado abierto.

Circuitos controladores de energíaeléctrica mediante SCR y/o TRIAC

Normalmente el SCR se comporta como un circuito abierto hasta que activa su compuerta (GATE) con una pequeña

corriente (se cierra el interruptor S) y así este conduce y se comporta como un diodo en polarización directa

Lo que sucede después de ser activado el SCR, se queda conduciendo y se mantiene así. Si se desea que el tiristor deje de conducir, el

voltaje +V debe ser reducido a 0 Voltios



El circuito anterior RC produce un corrimiento de la fase entre la tensión de entrada y la tensión en el condensador que es la

que suministra la corriente a la compuerta del SCR.

Puede verse que el voltaje en el condensador (en azul) está atrasado con respecto al voltaje de alimentación (en rojo)

causando que el tiristor conduzca un poco después de que el tiristor tenga la alimentación necesaria para conducir. Durante

el ciclo negativo el tiristor se abre dejando de conducir.

Características y funcionamiento del GTO.

El disparo se realiza mediante una VGK >0

El bloqueo se realiza con una VGK < 0.

La ventaja del bloqueo por puerta es que no se precisan de los circuitos de bloqueo forzado que requieren los SCR.

La desventaja es que la corriente de puerta tiene que ser mucho mayor por lo que el generador debe estar mas dimensionado.

El GTO con respecto al SCR disipa menos potencia

Mientras el GTO se encuentre apagado y no exista señal en el gate, el dispositivo se bloquea para cualquier polaridad en el ánodo, pero

una corriente de fuga (IA leak) existe. Con un voltaje de bias en directa el GTO se bloquea hasta que un voltaje de ruptura VAK = VB0 es

alcanzado. En este punto existe un proceso dinámico de encendido., VAK = 3V y la corriente IA es determinada por la carga. Cuando elGTO se apaga y con la aplicación de una voltaje en inversa, solo una pequeña corriente de fuga (IA leak) existe. Una polarización en

inversa VAK puede ser alcanzada cuando ocurra un corte. El valor del voltaje del voltaje de ruptura inverso depende del método de

fabricación para la creación de una regeneración interna para facilitar el proceso de apagado.

Con un voltaje de polarización directo aplicado al ánodo y un pulso de corriente positiva es aplicada al gate, el GTO se enciende y

permanece de esa forma. Para ésta condición, existen 2 formas de apagarlo. Una forma es reduciendo la corriente de ánodo IA por

medios externos hasta un valor menor a la corriente de holding Ih, en la cual, la acción regenerativa interna no es efectiva. La segunda

forma de apagarlo es por medio de un pulso en el gate, y este es el método más recomendable porque proporciona un mejor control.

La ganancia se calcula con la siguiente formula.

Para conseguir cortar el GTO, con una corriente soportable por la puerta, debe ser lo mayor posible, para ello debe ser a2=1 (lo mayor

posible) y a1=0 (lo menor posible):

·alfa2=1 implica que la base de T2 (capa de control) sea estrecha y poco dopada y que su emisor (capa catódica) este muy dopado. Estas

condiciones también son normales en los SCRs.

·alfa1=0 implica que la base de T1 (capa de bloqueo) sea ancha y tenga una vida media de los huecos muy corta



Para entrar en conducción, se necesita una subida rápida y valor IGM suficientes para poner en conducción todo el cristal. Si solo entra

en conducción una parte y circula toda la corriente se puede dañar. Si solo entra en conducción bajara una parte de la tensión ánodo-

cátodo y el resto de celdillas que forma el cristal no podrán entrar en conducción.

Cuando se ha establecido la conducción se deja una corriente IGON de mantenimiento para asegurar que no se corta espontáneamente(tiene menos ganancia que el SCR).

Como el GTO tiene una conducción de corriente unidireccional, y puede ser apagado en cualquier instante, éste se aplica en circuitos

chopper (conversiones de dc- dc) y circuitos inversores (conversiones dc -ac) a niveles de potencia en los que los MOSFET's, TBJ's e

IGBT's no pueden ser utilizados. A bajos niveles de potencia los semiconductores de conmutación rápida son preferibles.

En la conversión de AC - DC, los GTO's, son útiles porque las estrategias de conmutación que posee, pueden ser usadas para regular la

potencia, como el factor de potencia.

a nivel industrial algunos usos son:

troceadores y convertidores.

Control de motores asíncronos.

Inversores.

Caldeo inductivo.

Rectificadores.

Soldadura al arco.

Sistema de alimentación ininterrumpida (SAI).

Control de motores.

Tracción eléctrica.

aplicaciones

Segunda exposición

Características y funcionamiento del ujt



El transistor UJT (transistor de unijuntura - Unijunction transistor) es un dispositivo con un funcionamiento diferente al de otros

transistores. Es un dispositivo de disparo. Es un dispositivo que consiste de una sola unión PN

Físicamente el UJT consiste de una barra de material tipo N con conexiones eléctricas a sus dos extremos (B1 y B2) y de una conexión

hecha con un conductor de aluminio (E) en alguna parte a lo largo de la barra de material N. En el lugar de unión el aluminio crea una

región tipo P en la barra, formando así una unión PN.

Como se dijo antes este es un dispositivo de disparo. El disparo ocurre entre el Emisor y la Base1 y el voltaje al que ocurre este disparo

está dado por la fórmula: Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + n x VB2B1

Donde:

- n = intrinsic standoff radio (dato del fabricante)

- VB2B1 = Voltaje entre las dos bases

La fórmula es aproximada porque el valor establecido en 0.7 puede variar de 0.4 a 0.7 dependiendo del dispositivo y la temperatura.

Dos ejemplos sencillos

1.- Un UJT 2N4870 tiene un n = 0.63 y 24 voltios entre B2 y B1.

Cuál es el voltaje de disparo aproximado?

Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + (0.63 x 24) = 15.8 Voltios

2.- Un UJT 2N4870 tiene un n = 0.68 y 12 voltios entre B2 y B1.

Cuál es el voltaje de disparo aproximado?

Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + (0.68 x 12) = 8.86 Voltios.

Nota:

- Un dato adicional que nos da el fabricante es la corriente necesaria que debe haber entre E y B1 para que el UJT se dispare = Ip.

- Es importante hacer notar que también se ha construido el UJT donde la barra es de material tipo P (muy poco). Se le conoce como el

CUJT o UJT complementario. Este se comporta de igual forma que el UJT pero con las polaridades de las tensiones al revés

TRANSISTOR MONOUNION UJT El transistor monounión (UJT) se utiliza generalmente para generar señales de disparo en los SCR. En la

fig.5 se muestra un circuito básico de disparo UJT. Un UJT tiene tres terminales, conocidas como emisor E, base1 B1 y base2 B2. Entre

B1 y B2 la monounión tiene las características de una resistencia ordinaria (la resistencia entre bases RBB teniendo valores en el rango

de 4.7 y 9.1 K).

Cuando se aplica el voltaje de alimentación Vs en cd, se carga el capacitor C a través de la resistencia R, dado que el circuito emisor del

UJT está en estado abierto. La constante de tiempo del circuito de carga es T1=RC. Cuando el voltaje del emisor VE, el mismo que el

voltaje del capacitor llega a un valor pico Vp, se activa el UJT y el capacitor se descarga a través de RB1 a una velocidad determinada por

la constante de tiempo T2=RB1C. T2 es mucho menor que T1. Cuando el voltaje del emisor VE se reduce al punto del valle Vv, el emisor

deja de conducir, se desactiva el UJT y se repite el ciclo de carga.

El voltaje de disparo VB1 debe diseñarse lo suficientemente grande como para activar el SCR. El periodo de oscilación, T, es totalmente

independiente del voltaje de alimentación Vs y está dado por:

T = 1/f = RC ln 1/1-n



Transistor monounion programable

El transistor monounión programable (PUT) es un pequeño tiristor que aparece en la fig.7. Un PUT se puede utilizar como un oscilador

de relajación, tal y como se muestra en la fig.7b. El voltaje de compuerta VG se mantiene desde la alimentación mediante el divisor

resistivo del voltaje R1 y R2, y determina el voltaje de punto de pico Vp. En el caso del UJT, Vp está fijo para un dispositivo por el voltaje

de alimentación de cd, pero en un PUT puede variar al modificar al modificar el valor del divisor resistivo R! y R2.

Si el voltaje del ánodo VA es menor que el voltaje de compuerta VG, le dispositivo se conservará en su estado inactivo, pero si el voltajede ánodo excede al de compuerta en una caída de voltaje de diodo VD, se alcanzará el punto de pico y el dispositivo se activará. La

corriente de pico Ip y la corriente del punto de valle Iv dependen de la impedancia equivalente en la compuerta RG = R1R2/(R1+R2) y

del voltaje de alimentación en cd Vs. N general Rk está limitado a un valor por debajo de 100 Ohms.

R y C controlan la frecuencia junto con R1 y R2. El periodo de oscilación T está dado en forma aproximada por:

T = 1/f = RC lnVs/Vs-Vp = RC ln (1+R2/R1

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