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ITFIP, ELECTRONICA INDUSTRIAL, RONDON OYUELA JUAN PABLO

INSTITUCIÓN DE EDUCACION SUPERIOR ITFIPFACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS AGROINDUSTRIALES

PROYECTO RELE DE ESTADO SOLIDOJUAN PABLO RONDÓN OYUELA

BRAYAN ESTEVEN BERMUDEZ DÍAZE-mail: jrondon45@itfip.edu.co

RESUMEN: El presente trabajo fue realizado de manera grupal. Describe mediante un informe la realización de un proyecto el cual consiste en realizar un relé de estado sólido con el fin de suichear cargas de potencia alta sin necesidad de usar contactos móviles. El proyecto se realizó grupalmente y se contó con la ayuda del docente de apoyo. Es de gran importancia esta experiencia para que los estudiantes se comiencen a familiarizar con los relés de estado sólido.

PALABRAS CLAVE: Relé de estado sólido, corriente alterna, corriente directa, carga, optoacoplador.

ABSTRACT: This work was done as a group. By a report describing the implementation of a project which involves making a solid state relay in order to suichear high power loads without using movable contacts. The project was carried out in groups and counted with the help of teacher support. It is very important experience for students to begin to familiarize with solid state relays.

KEY WORD: Solid state relay, alternating current, direct current, charge, optocoupler.

1 PROYECTO RELÉ DE ESTADO SÓLIDO

1.1 OBJETIVOS

Investigar un circuito para la realización de un relé de estado sólido.

Realizar el montaje del circuito que haya sido investigado en protoboard y comprobar su correcto funcionamiento.

Diseñar un circuito impreso en el simulador ARES que emule las conexiones de la protoboard y que tenga en cuenta las especificaciones del circuito investigado.

Imprimir y traspasar el circuito a una váquela y realizar un quemado con ácido especial.

Perforar e introducir los componentes electrónicos que hacen parte del relé de estado sólido.

Soldar y comprobar el funcionamiento del circuito impreso.

Experimentar con distintas cargas el funcionamiento del relé de estado sólido para poder determinar errores.

1.1.2 MATERIALES

1 Led de uso general color rojo 2 Resistencias de 2,2KΩ 2 Diodos IN4004 1 Diodo Zener De 15V 1 Transistor 2N3904 1 Resistencia de 270Ω 1 Resistencia de 330Ω 1 Optoacoplador MOC3011 2 Capacitor 470nF/220V 1 Resistencia de 10 kΩ 1 TRIAC BTA 16 600B 400V 1 Resistencia de 39Ω 1 Fusible de 10 A 1 Váquela virgen 1 Broca 1 Hoja de papel termotransferible 1 Bolsa de Acido para váquela 1 metro de soldadura de estaño 1 portafusible para váquela Alcohol isopropilico

1.2 HERRAMIENTAS Y EQUIPOS DE MEDICION

Un multímetro Digital Tijeras Celular (Para evidencias) Tomacorriente doble Cepillo de dientes Fuente de voltaje

2 MARCO TEORICO

2.1 RELE DE ESTADO SOLIDO

2.1.2 DEFINICIÓN

Un relé de estado sólido (SSR en inglés) es un dispositivo interruptor electrónico que conmuta el paso de la electricidad cuando una pequeña corriente es aplicada en sus terminales de control. Los SSR consisten en un sensor que responde a una entrada apropiada (señal de control), un interruptor electrónico de estado sólido que conmuta el circuito de carga, y un mecanismo de acoplamiento a partir de la señal de control que activa este interruptor sin partes mecánicas. El relé puede estar diseñado para conmutar corriente alterna o continua. Hace la misma función que el relé electromecánico, pero sin

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partes móviles.

Los relés de estado sólido utilizan semiconductores de potencia como tiristores y transistores para conmutar corrientes hasta más de 100 amperios. Los relés SSR pueden conmutar a muy altas velocidades (del orden de milisegundos) en comparación a los electromecánicos, y no tienen contactos mecánicos que se desgasten. A la hora de aplicar este tipo de relés debe tenerse en cuenta su baja tolerancia para soportar sobrecargas momentáneas, comparado con los relés electromecánicos, y su mayor resistencia al paso de la corriente en su estado activo.

2.2 FUNCIONAMIENTO

Un SSR basado en un único MOSFET, o múltiples MOSFET en paralelo, puede trabajar bien para cargas de CC. Los MOSFET implementan un diodo que conduce la electricidad en un sólo sentido, por lo que un único MOSFET no puede bloquear la corriente en ambas direcciones. Un SSR para CC es básicamente un MOSFET pero manejando mayor corriente y con la peculiaridad de que la entrada está aislada de la salida, además tendrán el terminal positivo y negativo identificados, ya que se pueden dañar si las polaridades se invierten. Cuando se conmutan cargas inductivas debe colocarse un diodo de protección en la salida del SSR para evitar que las corrientes inversas de retorno lo dañen.

Para CA (bi-direccional) se suele emplear un TRIAC que consta de dos SCR conectados en direcciones opuestas. Los TRIAC se utilizan porque la corriente alterna está constantemente cambiando de dirección; cuando la puerta del TRIAC deja de recibir corriente, el TRIAC cortará el paso de electricidad cuando el ciclo de la alterna pase por 0 (que sucede cada 20 ms si es de 50 Hz), por lo que nunca se se interrumpe el paso en un pico de la alterna, evitando los altos voltajes transitorios que de otra forma se producirían si se interrumpiera el paso bruscamente debido al colapso repentino del campo magnético sobre el inducido. Esta propiedad se denomina conmutación en "paso por cero".

2.2.1 VENTAJAS

La mayoría de las ventajas son comunes en los equipos de estado sólido sobre los equipos electromecánicos:

Menor tamaño, permitiendo elementos más compactos y automatizables.

Menor tensión de trabajo, se activan desde 1,5V o menos.

Funcionamiento totalmente silencioso. Los SSR son más rápidos que los relés

electromecánicos; su tiempo de conmutación depende del tiempo requerido para encender el LED de control, del orden de microsegundos a milisegundos.

Vida útil más larga, incluso si se activa muchas veces, ya que no hay partes mecánicas que se desgasten o contactos que se deterioren a altos amperajes.

La resistencia de salida se mantiene constante independientemente del uso.

Limpieza de conexión, no hay rebote en la conmutación de los contactos.

Sin chispas, no se producen arcos eléctricos, lo que permite ser usados en ambientes explosivos donde es

crítico que no se produzcan chispas en la conexión. Mucho menos sensible al almacenaje y ambiente

operativo, como los golpes, vibraciones, humedad, y campos magnéticos externos.

No produce ondas electromagnéticas que puedan producir interferencias en otros equipos.

2.3 DESVENTAJAS

Características de voltaje/corriente del semiconductor más que de los contactos mecánicos:

Con circuito cerrado, mayor resistencia (pérdidas en forma de calor).

En abierto, menor resistencia, con una pequeña corriente inversa de pérdida (del orden de µA).

Las propiedades Voltaje/corriente no son lineales (no puramente resistivas), distorsionando las alternas conmutadas hasta cierto punto. Un relé electromecánico tiene baja resistencia óhmica (lineal) del interruptor mecánico asociado cuando se activa, y una enorme resistencia de la separación de aire y las partes aislantes cuando está en abierto.

La polaridad de la salida afecta a algunos tipos de SSR; a los mecánicos no les afecta.

Posibilidad de falsas conmutaciones debido a cargas transitorias, debido a la capacidad de conmutación mucho más rápida.

Se requiere una alimentación aislada para el circuito de la puerta de activación.

Mayor tiempo de recuperación de la corriente inversa transitoria debido a la presencia del cuerpo del diodo.

Tienen tendencia a quedar en circuito cerrado cuando fallan, mientras que los mecánicos tienden a quedar en abierto, que suele ser preferible.

PROCEDIMIENTO DE ELABORACION PROYECTO RELE DE ESTADO SOLIDO

El primer paso a seguir es investigar un circuito de relé de estado sólido y realizar su montaje en protoboard con el fin de comprobar su correcto funcionamiento.

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Figura 1. Circuito investigado para su posterior montaje en protoboard y váquela.

En la figura anterior se puede apreciar el circuito en que se basara el proyecto. Este circuito fue suministrado como archivo pdf por el docente de área.

Figura 2. Circuito de relé de estado sólido Fig. 1Montado en protoboard

En la figura anterior se puede apreciar el circuito de la Fig.1 ensamblado en protoboard y listo para su posterior puesta en funcionamiento.

Figura 3.Montaje en protoboard puesto en funcionamiento

En la figura anterior se puede apreciar el funcionamiento del relé de estado sólido, al fondo se encuentra ubicada una fuente de voltaje de DC, la cual suministra la alimentación para el circuito de control del optoacoplador y a la derecha se encuentra situada la carga que en este caso es un bombillo de 60W.

Una vez que el circuito esta funcionando correctamente

5 ANALISIS DE RESULTADOS

De la práctica de laboratorio se obtuvieron los resultados ya que se cumplieron a cabalidad los objetivos planteados al inicio de la práctica los dos circuitos funcionaron correctamente hubieron ciertos inconvenientes sobre todo con el primer circuito donde los datos que fueron calculados no concuerdan con los que en la práctica fueron necesarios aclarando que solo se alcanzó un Angulo de retardo de 30 grados y no uno de noventa como estaba calculado además de que el bombillo no permanecía encendido en cambio si se analiza el circuito numero dos tuvo un mayor desempeño gracias a que se añadió un condensador al circuito se tuvo mayor maniobrabilidad del bombillo llegando al punto de apagarlo o encenderlo además se lograron visualizar en el oscilas copio los seis diferentes ángulos de retardo y su efecto sobre el bombillo en general la práctica fue favorable la colaboración del docente estuvo presente a lo largo de la práctica. En cuanto a mediciones al ser tan sencillas no se presentó ningún problema cabe destacar que no se presentó ningún problema de descarga eléctrica gracias a él orden y cumplimiento de las medidas de prevención de accidentes.

6 CONCLUCIONES

6.1 CONCLUCIONES TEORICAS

El Angulo de retardo es el número de grados necesarios para que el tiristor SCR entre en conducción.

El Angulo de conducción es el número de grados por el cual el tiristor SCR esta en conducción.

En general de la teoría no hay mucho que resaltar el tiristor es un dispositivo semiconductor cuya fundamento elemental es la conducción unidireccional de una carga cuya potencia puede ser elevada en comparación con otros dispositivos.

6.1.2 CONCLUCIONES PRÁCTICAS

Para aumentar el ángulo de retardo en un circuito de disparo compuesto de solo resistencia es necesario que la resistencia variable sea de gran valor del orden de los MΩ concluyéndose una relación directamente proporcional entre el valor resistivo y el ángulo de retardo.

El circuito de disparo compuesto de solo resistores es ineficaz además no garantiza que la carga del circuito este encendida indefinidamente. Si se quiere lograr que la carga este alimentada en todo momento hay que mantener oprimido el

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pulsador Lograr la variación del ángulo de retardo en el

circuito de disparo compuesto de solo resistencias es muy complicado ya que hay que lograr un valor resistivo muy alto y poco practico

El circuito de disparo RC es mucho más eficaz y practico ya que permite variar el ángulo de retardo desde los 0 grados hasta los 180 grados.

En el circuito de disparo RC sigue una relación directamente proporcional con el valor resistivo de la resistencia variable a mayor valor resistivo el ángulo de retardo aumenta.

La variación del ángulo de retardo en el circuito de disparo RC es mucho más fácil de realizar ya que con un potenciómetro de 1M y unas resistencias fijas de bajo valor se lograron obtener hasta los 180 grados.

Cuando se manejan señales de voltaje alto como lo es la corriente alterna y se quieren visualizar en un osciloscopio hay que atenuar la señal y esto se logra moviendo el suiche de la sonda hasta la opción X10

Cuando se va alimentar un circuito sea AC o DC siempre hay que tener en cuenta la polaridad.

El voltaje que recibe la carga es inversamente proporcional al aumento del ángulo de retardo esto se ve evidenciado en el circuito de disparo RC. Ya que cuando se alcanzaron los 150 grados el bombillo se apagó completamente. Ya que el tiristor se demora más tiempo en empezar a conducir y por ende la carga recibe menos voltaje si por ejemplo el ángulo de retardo es de 150 grados la carga solo recibirá 30 grados de la onda lo cual es muy bajo.

Si el ángulo de retardo es bajo quiere decir que el tiristor se demora menos tiempo en empezar a conducir y la carga recibirá una gran parte de la onda lo cual se verá reflejado en su potencia.

La característica que presenta el tiristor SCR cuando trabaja en AC puede ser aprovechada para diseñar controladores de potencia de motores, bombillos entre otros dispositivos o variadores de velocidad.

6.2 CONCLUCIONES GENERALES

La práctica se desarrolló con tranquilidad la institución cordialmente suministro los diferentes equipos de medición y de alimentación como es el caso del multímetro digital y la fuente dual sin ningún impedimento

El docente siempre estuvo al tanto del desarrollo de la práctica asesorando y colaborando en la resolución de dudas

El entorno de trabajo fue el adecuado. Se contó con un laboratorio bien iluminado y ventilado.

Se rompió el tabú que se tenía respecto a trabajar dispositivos como el potenciómetro, resistencia, pulsador, cable UTP y Protoboard con corriente alterna monofásica la verdad es que se tenía una idea de que estos dispositivos al ser sometidos a esa corriente eléctrica se quemarían instantáneamente.

No todo resulta exactamente como se tiene calculado siempre hay variaciones que son identificadas mediante la práctica. Aunque

siempre es necesario contar con unos cálculos previos para poder entender hacia dónde va lo que se pretende realizar.

7 WEBGRAFIA

http://meiteg.blogspot.com.co/2011/12/definicion.html