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Benemérita Universidad Autónoma de PueblaFacultad de Ciencias de la Electrónica

Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Facultad de Ciencias de la Electrónica

REPORTE DE PRACTICA 5,6:

“Rectificador de media onda con un SCR”

“Rectificador de onda completa con dos SCR”

Materia: Electrónica de Potencia

Profesor: MC. Marco Antonio Sobrevilla González

Alumno:

Agustín Herrerías Avendaño

Roberto Guevara Carbino

Iván cruz Alonso

Viridiana Fernández Carreón

Fecha: 29/11/2013

INTRODUCCIÓN

La eficiencia es un criterio de diseño esencial en los convertidores de potencia. Así, en la electrónica de potencia, no es solo importante proponer circuitos que permitan la conversión de energía, si no también se debe considerar la realización de este proceso de manera eficiente.

En convertidores de energía de corriente alterna esto se puede medir a través del factor de potencia (FP) del convertidor. Por definición este se mide por el cociente entre la potencia promedio (P) y la potencia aparente (S) que demanda el circuito (FP=P/S), el cual se puede también relacionar a la potencia reactiva (Q) del convertidor. Si la potencia reactiva es cero (Q=0) entonces el factor de potencia será unitario y la potencia entregada al convertidor será completamente utilizada (P=S). En general, si la potencia reactiva es diferente de cero (Q ≠0), entonces el factor de potencia será menor a la unidad (P<S). Así, idealmente se busca que todo convertidor de CA posea un factor de potencia cercano o inclusive la unidad.

Los puentes rectificadores son circuitos de potencia construidos con diodos que permiten la conversión de corriente alterna a corriente directa (CA-CD). Se reemplazan los diodos por tiristores en la configuración de puente es posible controlar el voltaje de salida de CD en la carga. Esto se logra al variar el ángulo de disparo de los tiristores en el encendido, ya que la desactivación se logra por medio de conmutación natural. De esta manera se puede tener una fuente de CD variable en la carga, sin embargo aunque se trate de carga resistiva, estos convertidores de tiristores tienen un factor de potencia que decrece de la unidad al aumentar el ángulo de disparo del convertidor (es decir, al decrecer el voltaje de salida). Esto se ve acentuado al tener una carga inductiva-resistiva, ya que además del retraso derivado por la parte reactiva de la carga, se produce otro retraso por el diseño del convertidor de tiristores al variar el voltaje.

1Benemérita Universidad Autónoma de Puebla


Marco teórico TiristorEl tiristor 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.Algunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio (SCR); 1 otras definen al SCR como un tipo de tiristor, a la par que los dispositivos DIAC y TRIAC.

El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier) es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor.

Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo.



Rectificador en puente En este caso, para rectificar la onda completa, se utilizan 4 diodos, en una configuración denominada puente completo o puente de Graetz. Recibe el nombre de puente rectificador, por estar formado por cuatro diodos conectados en puente y su principal ventaja respecto al rectificador de onda completa con toma media es que no necesita transformador. Convertidores CA/CC - Rectificadores

Puente rectificador monofásico no controlado de onda completa.

Nótese que en este caso, conducen siempre dos diodos simultáneamente. Si la tensión en la entrada del rectificador es positiva (semiciclo positivo), conducirán D1 y D4 mientras que D2 y D3 estarán polarizados inversamente y, por tanto, estarán bloqueados (OFF). Si por el contrario, la tensión es negativa (semiciclo negativo), conducirán D2 y D4. En general, para saber qué diodo puede conducir hay que analizar cual de los cuatro tiene mayor tensión en su ánodo y cuál de ellos tiene menos tensión en su cátodo.

Tensión en la carga para el puente rectificador monofásico no controlado.

Como se puede observar, se obtiene en la carga la misma forma de onda que en el caso del rectificador con transformador de toma media. Los parámetros característicos son iguales que para el rectificador con transformador de toma media, excepto la máxima tensión inversa que soporta cada diodo, que en este caso será Vmax.



Rectificador monofásico controlado de media onda y carga resistiva

La siguiente figura muestra la topología de un rectificador monofásico de media onda controlado.

Durante el semiciclo positivo de la tensión de entrada, la tensión ánodo-cátodo es positiva, de manera que el SCR puede entrar en conducción. Si en el instante α respecto al paso por cero de la tensión de entrada el circuito de control genera un pulso en la puerta del SCR, éste empezará a conducir, haciendo que circule corriente por la carga. En el instante π, la tensión en la carga se anula, provocando que la corriente sea nula y en consecuencia, bloqueando de forma natural el SCR. El ángulo de disparo α o ángulo de fase se expresa en grados, para que su valor sea independiente de la frecuencia, si bien en la realidad equivale a unos ciertos milisegundos. Controlando el ángulo de disparo de los tiristores somos capaces de enviar más o menos energía a la carga, con lo que estamos controlando el valor medio de la tensión de salida del rectificador. La figura 3.14 muestra las formas de onda de la tensión de entrada, la tensión en la de carga, la corriente en la carga y la tensión ánodo- cátodo del SCR.

. Circuito rectificador controlado monofásico de media onda



Objetivos

1) Diseñar un rectificador de media onda con un SCR, con disparo digital.2) Diseñar un rectificador de onda completa con usando 2 SCR, disparados

digitalmente

Desarrollo

1) Disparar Diseñar un rectificador de media onda con un SCR, con disparo digital.

Material

SCR 2n6397 1 Arduino. 2 potenciometros 100kΩ, 1punta atenuadora x10 para osciloscopio. 1 PC814

Procedimiento

De acuerdo a lo que se sabe la forma de disparar al SCR es a partir de la excitación por una corriente a través de su compuerta. Para nuestro caso utilizamos una salida del Arduino que es la encargada del disparo del SCR. La señal de excitación proveniente del Arduino, es enviada justo en el momento en que hay un cruce por cero. (por lo cual fue necesario el diseño de un circuito de cruce por cero). Esto nos garantiza que el SCR será accionado en el tiempo indicado, para que pueda trabajar en el semiciclo de la onda correcto.

Diagrama del disparo del SCR. Con el detector de cruce por ceros



El detector de cruce por cero se realizó con el opto acoplador con la matrícula PC814. Este consta de dos diodos emisores de luz conectados en antiparlelo. Por lo que trabajan durante el semicilo positivo y el negativo, dando un valor constante de 0v a la entrada del arduino , cuando hay un cruce por cero, automáticamente cambia de su salida de 0v a 5v dándole la señal al Arduino de que empiece.

Resultados experimentales (1)

Onda rectificada.

Programa en arduinoint pin_disparo= 8;

int reguladort = A0;int a = 0;int t = 0;//int cruce = 0;

void activa() digitalWrite(pin_disparo, LOW); delay(t); digitalWrite(pin_disparo, HIGH); delay(7-t); digitalWrite(pin_disparo, LOW);void int1() activa();

void setup()



pinMode(pin_disparo, OUTPUT);//pinMode(10, INPUT);attachInterrupt(10,int1,FALLING);

void loop() //cruce=digitalRead(10); a = analogRead(reguladort); t= (a*7)/1024;

2) Diseñar un rectificador de onda completa con usando 2 SCR, disparados digitalmente

Materiales. 2 SCR 2n6397 1 Arduino. 1 resistencia 10k, 1punta atenuadora x10 para osciloscopio. 1 PC814

Procedimiento

Para el diseño de este esquema se basó prácticamente en el diseño anterior. Lo único que se agrego fue otro SCR. La forma de activación de este scr ocurre después de finalizado el tiempo del primer SCR, y con el mismo tiempo de retardo del disparo. produciendo de esta manera una onda de igual a la primera.

Esquema del rectificador de onda completa, por medio de un circuito RC



Resultados experimentales (2)Puente rectificado controlado de onda completa con 2 SCR.

Conclusiones

Después de realizar las prácticas de disparo del SCR, se aprendió a cómo realizar los rectificados de la onda, controlados por un Arduino en este caso. Esta forma de activación de un tiristor es muy útil a cuando se requiere de la modificación de la potencia, a través de la variación del ciclo de trabajo de la señal.

Bibliografía.

http://datasheetz.com/data/Discrete%20Semiconductor%20Products/SCRs/2N6397OS-datasheetz.html

http://books.google.com.mx/books/about/Electr%C3%B3nica_industrial_moderna.html?id=H-irtU49BOkC&redir_esc=y

http://tec.upc.es/el/TEMA-3%20EP%20(v1).pdf

http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/Sharp/mXruxrx.pdf



http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/Sharp/mXruxrx.pdf

http://tec.upc.es/el/TEMA-3%20EP%20(v1).pdf





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