INSTITUTO TECNOLOGICO MUNICIPAL
INSTITUTO TECNOLOGICO MUNICIPAL
ANTONIO JOSE CAMACHO
GUIAS DE LABORATORIOS DE INDUSTRIAL II
TEMA 3: CONTROL DE POTENCIA AC CON TRIAC - DIAC
3. OBJETIVOS:
Analizar el funcionamiento de un TRIAC, que controla ambas
alternancias en un circuito de control de potencia. Analizar las
principales caractersticas de voltaje y corriente de los
dispositivos de disparo. Explicar el fenmeno de histresis que se
presenta en los circuitos de control de potencia utilizando el
TRIAC. Analizar el funcionamiento de un TRIAC, con un circuito de
control de potencia mediante el uso de una red de defasaje con
diodos semiconductores y una red R.C.3.1 EQUIPOS
2. Fuente de energa(A.C), transformador 12V. Osciloscopio dual
Multmetro(anlogo/ digital) 3.2. MATERIALES
1- TRIAC 1- DIAC 4- Lampara de 12V 1- Resistencias 10 ohmios. 1-
Resistencias de 33 ohmios. 1- Resistencias de 1K ohmios
1-Resistencia de 2K2 1- Potenciometro 250K / 500K 1- Condensador de
0.1uF. 1- Condensador de 0.2uF Interruptores de una posicin.3.3
HERRAMIENTAS
1- Proto- board 1- Pinzas planas 1- Pela cable o corta fro 1-
Conectores (caimanes).1.
3.4 INFORMACION BASICA
El funcionamiento del triodo de corriente alterna (TRIAC), es
bastante similar a la del SCR. La diferencia radica en que ste es
unidireccional y en cambio el TRIAC, es bidireccional y por tanto
permite el paso de la corriente a travs de la carga en ambas
direcciones, entregando y manejando el doble de la potencia con
relacin al SCR.
El triodo de corriente alterna (TRIAC), se puede utilizar
como:
Control de velocidad de un motor
Controlar la intensidad luminosa de una bombilla (Dimmer).
La temperatura de un horno.
Sin embargo, es necesario aclarar que es de en forma anloga al
SCR, al TRIAC, solo puede ser disparado desde de 0 a 90 y su ngulo
de conduccin tericamente es de 0 a 180 por cada semiperodo.
3.5 CONTROL DEL TRIODO DE CORRIENTE ALTERNA (TRIAC), MEDIANTE UN
DIVISOR RESISTIVO.
Figura 1. Control del TRIAC, con divisor de tensin.
En este circuito de la figura 1, la malla conformada por R1 y
RV1, acta de forma anloga a la empleada en el SCR, y determina la
constante de tiempo que disparar al TRIAC.
Para realizar los clculos matemticos como se utilizaron en el
SCR se deben de tener presente:
2.
Caractersticas del TRIAC
La corriente mnima y mxima de la compuerta del TRIAC.
El voltaje de entrada Vin.
El voltaje mximo entre MT2 MT1
El ngulo de disparo y conduccin en este caso tomar los valores
de 10 y 90 por ser circuito resistivo.
Si usted un ngulo de 10 y una amplitud de 2.87V, entre el
electrodo MT2 y MT1 del TRIAC, cae prcticamente a 0.7V y la tensin
se aplica a la bombilla y por lo tanto se enciende a los 10 ,
permaneciendo as hasta los 180 .
A partir de los 180, se representa el semiperodo negativo de
entrada y el SCR1 interno se polariza inversamente y contina
apagado. Sin embargo, cuando la amplitud de este semiperodo
negativo a los 190 , alcanza un valor de 2.87V, se le inyecta la
corriente de compuerta IGT, y de nuevo se dispara el TRIAC. Para
este momento, la tensin negativa aplicada a la bombilla desde los
190 y enciende, y permanece encendido hasta los 360.
3.5.1 FORMAS DE ONDA DEL CONTROL DEL TRIAC CON DIVISOR DE
TENSION RESISTIVO
Figura 2. Formas de ondas de un control de TRIAC, con una
resistencia mnima
3.
Figura3. Formas de ondas de un control con TRIAC, con una
resistencia mxima.
Las figuras 2 y 3, sintetizan los procesos anteriores.
Si ahora desplazamos el cursor RV1, a la mxima resistencia o sea
la suma de R1 +RV1, tan pronto el semiperodo positivo este presente
y tiene una amplitud de 90 cercano a 2.87V el SCR1, se dispara y se
enciende el TRIAC, con este activado se enciende la lampara de los
90 hasta los 180 , como se puede observar en la figura 3.
As, como el SCR y el TRIAC, con ngulo conduccin mayor mantiene
ms tiempo encendido la bombilla por el semiperodo y por lo tanto,
est presenta mas brillo y disipa ms potencia.
3.5.2 DISPARANDO EL TRIODO DE CORRIENTE ALTERNA TRIAC A UN
ANGULO DE 0 A 180
Para este caso, se introduce en la malla de disparo un
condensador, disponiendo as de una constante de tiempo igual al
producto de RC.
En este condensador C1, el voltaje esta atrasado con relacin a
la red. As el condensador adquirir un determinado nivel de tensin y
de acuerdo a la reactancia capacitiva de est, a una frecuencia de
60Hz.
4.
Figura 4. Control del TRIAC, con una red de tiempo RC.
Con base a este concepto, es evidente que el nivel de disparo
del TRIAC, se puede alcanzar ms tarde o temprano dependiendo de la
posicin del cursor RV1, el proceso de diseo, es el mismo que se
utilizo para el SCR.
La velocidad de carga del condensador C1, se ajusta por medio de
resistencia RV1.
La resistencia RV1 de valor grande: la velocidad de carga del
condensador C1, es lenta, produciendo un ngulo de disparo grande y
un promedio de corriente de carga es pequea.
La resistencia RV1 de valor pequeo: velocidad de carga del
condensador C1, en rpida, el ngulo disparo es pequeo y la corriente
de carga es grande.
La red de tiempo RC o doble RC, puede retardar el disparo del
TRIAC, por encima de 90.
Figura 5. Control del TRIAC, con doble red de tiempo RC.3.6
5.
3.7 EL DIODO DE CORRIENTE ALTERNA DIAC
Si a la estructura del TRIAC, se le quita una capa N4 y el
terminal de la puerta obtenemos un nuevo elemento compuesto por dos
tiristores en ant-paralelo. Dicho elemento est preparado para
conducir en los dos sentidos entre sus terminales, y se conoce con
el nombre de DIAC.
La curva caracterstica del DIAC, es igualmente simtrica respecto
del origen, pero slo cuenta con una curva, ya que no dispone de
terminal de puerta. Otra diferencia respecto al TRIAC, es que la
tensin a la que se produce el cebado suele estar alrededor de (
32V.
Figura 6. Curva caracterstica y smbolo del DIAC.
Debido al comportamiento bidereccional y a su bajo valor de
tensin de cebado, se suele emplear como elemento de disparo de un
SCR, y un TRIAC, Cuadrac.
El tiempo de disparo para el TRIAC, debe ser simtrico para ambos
semiperodos, aprovechando la constante de tiempo de la red RC, del
circuito, pero esto no es as. Es posible que durante el primer
semiperodo, el condensador C1, mantenga una carga residual y est
con la presencia del semiperodo negativo, necesite menor tiempo
para disparar el TRIAC. Para obviar lo anterior, se cre el DIAC,
que sirve para disparar el TRIAC, en forma simtrica.
La potencia disipada por el DIAC, esta cercano a los 250mW, para
los que tienen presentacin similar a la de un diodo y de 300mW para
aquellos con apariencia a la de un pequeo transistor de dos
terminales.
La corriente de ruptura inicial IBO, est cercana a un 1 mA. Si
embargo, el valor final de est depende de la resistencia limitadora
de corriente. No obstante lo anterior, puede soportar picos de
corrientes cercanos a los 2 A, con ratas de disparo de 120HZ.
6.
3.7.1 CIRCUITO DE PRUEBA DEL DIAC
Figura 7. Prueba del diodo de corriente alterna DIAC.
El circuito de la figura 7, se realiza la prueba de un DIAC. El
condensador C2, tiende a cargarse al VCC, sin embargo, cuando
alcance la tensin de ruptura el DIAC, este conduce y el condensador
C2, se descarga a travs de l. Este proceso se repite cada 2
segundos, generando un diente de sierra. El voltmetro no indica la
tensin de ruptura VBO.
3.7.2 CONEXIN DEL TRIAC DISPARADO POR UN DIAC
Figura 8. Circuito de disparo del TRIAC con un DIAC.
La figura 8, se muestra la conexin tpica de un DIAC con un
TRIAC, en serie con el tramo de la puerta y el terminal MT1. Con
base a los conceptos anteriores, de acuerdo a la constante de
tiempo RC, cuando el condensador C1, alcance un nivel de carga
aproximado de +32V o de tensin de ruptura VBO, para cualquier otro
DIAC, se dispara y torna conductor y al hacerlo dispara y enciende
el TRIAC.
7.
Al encenderse el TRIAC, el condensador C1, se descarga
parcialmente a travs del tramo puerta y MT1 y completa dicha
descarga a travs de los dos electrodos principales MT1 y MT2 y las
resistencias R1 y RV1.
Como el condensador C1, adquiere su nivel de carga ms tarde o ms
temprano, dependiendo de su constante de tiempo RC, es evidente que
su rango de disparo se puede lograr dentro de los 180 , variando a
RV1.
La presencia del semiperodo negativo se presenta la misma
constante de tiempo el disparo y el encendido del TRIAC. De hecho
por ser el DIAC, un diodo de disparo simtrico, as mismo ser la
forma de onda sobre la carga o RL. Por medio de RV1, se puede
variar el ngulo de conduccin de 0 a 180.
3.6.3 FORMAS DE ONDA DE UN CONTROL DE POTENCIA CON TRIAC Y
DIAC
Figura 9. Formas de ondas de un circuito formado por TRIAC y
DIAC.
La figura 9, se observa que la tensin aplicada en la carga no es
igual en todos los semiciclos, siendo menor en el primero de ellos.
Esto se debe a la descarga parcial que sufre el condensador C1, en
el momento de cebado del TRIAC, con lo que en el siguiente
semiciclo se alcanzar antes de la tensin de cebado del DIAC, se
conoce con el nombre de histresis.
8.
El fenmeno de histresis efecto totalmente indeseable en
cualquier circuito de regulacin de potencia, ya que no permite una
regulacin precisa desde el principio, siendo necesario ajustar un
ngulo de conduccin elevado, para posteriormente aumentar el RV1, si
lo que se pretende es una baja potencia de carga.
Este fenmeno se caracteriza por dos posiciones diferentes del
cursor RV1, una para cuando el TRIAC, esta encendido y otra cuando
est este apagado. Aparentemente los valores de RV1 debe de tener el
mismo valor cuando se enciende y cuando se apaga.
Cuando se incrementa la resistencia RV1, para retornar al
encendido del TRIAC, con ngulo (, es decir con el mnimo brillo,
eventualmente se observa que la resistencia del circuito se hace
tan grande que no alcanza a producir el nivel de carga para el
condensador y el DIAC, no alcanza tampoco a obtener la tensin de
transicin de su estado.
En consecuencia, vemos como la bombilla se apaga y no se vuelve
a encender. Se hace necesario disminuir el valor hmico de RV1, para
disparar el DIAC, y encender de nuevo el TRIAC. Para minimizar el
efecto de histresis, se optimiza el circuito tal como aparece en la
figura 10.
Figura 10. Circuito de control del TRIAC con el DIAC con doble
constante de tiempo RC.
All, se coloca una resistencia R2, en serie con el DIAC. Adems
se adiciona un segundo condensador C2, as se dispone de una segunda
constante de tiempo. La idea es mantener ms tiempo encendido el
DIAC, quin retiene por ms tiempo su nivel de carga y obra como una
segunda fuente para el condensador C2. Si el condensador C2, se
tiende a descargar, el condensador C1, vuelve y lo carga.
9.
De este modo, el condensador C1, obra como una fuente de energa
que permite disminuir el ngulo de conduccin del TRIAC, sobre la
carga por medio de RV1, cuando el condensador C2, se carga a un
nivel mayor de lo esperado.
3. 7 EL CUADRACFigura 11. El smbolo del Cuadrac.
Teniendo en cuenta las bondades del TRIAC, disparado por un
DIAC, se fabrica un dispositivo que incorpora ambos elementos y es
llamado Cuadrac. Para diferenciarlo de un TRIAC comn y corriente,
basta medirlo con un hmetro digital o un anlogo. Al medir su
resistencia entre cualquier de sus electrodos, este marca alta
resistencia como si estuviese abierto.
2.5 DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD NUMERO TRES
A) PREINFORME
2. 1. Leer la gua de trabajo
3. Analizar el funcionamiento de cada uno de los circuitos.
4. Calcular Vmx-mx, Vin, RT= R1 + RV1, V AV, IRMS, Imx, PAV para
los siguiente ngulo de disparo y conduccin 50 , 75 y 90 para el
circuito de la figura 1, y la figura 4, con los mismos ngulos mas
un ngulo de 125; con un voltaje alterno de 12VAC o RMS.
5. Con los datos anteriores debe de tenerlos presente para la
figura 4, para hallar la reactancia capactiva Xc, el valor de RT,
Impedancia Z, las cadas de voltajes VC o VG, VRL.
6. Los circuitos deben de traerlos armado en cada una de las
secciones del laboratorio que sirve como preinforme.
2.6.1 DESARROLLO DE LA ACTIVIDADI. Circuito de control con
TRIAC, con divisor de tensin
1. Armar el circuito de la figura 1.
a) Con los datos obtenidos en preinforme vamos a medir y dibujar
las formas de ondas del:
10.
b) Voltaje mximo Vmx mx = ___________
c) Voltaje de carga (VRL), con los siguientes ngulos de
conduccin: VRL(50 ) = _______ VRL(75) = ______ VRL(90 ) =
______
d) Voltaje MT2 MT1; (Vin), con los siguientes ngulos de disparo:
VMT2-MT1(50 ) = _______ VMT2-MT1(75) = ______ VMT2-MT1(90 ) =
______
e) La resistencia total RT (50 )=________ RT(75 )= ______ RT(90
)=______
f) El voltaje promedio V AV(50 )=____V AV (75 )= ______ V AV (90
)=_____
g) Medir Imax -max = _________ A
h) Medir la I Av(50 ) =______I AV (75 ) = ______ I AV (90 )
=_______
II. Circuito de control con TRIAC, con una red RC1. Armar el
circuito de la figura 4.
a) Debe de tener presente los datos anteriores y ms los ngulos
de 125 .
b) Medir la resistencia RT(50 ) =_________RT(75 ) = __________
RT(90 )=______RT(120 ) = _________
c) Medir las cadas de voltajes VRL(50 ) = __________ VRL(125 )=
________
d) Medir los voltajes (Vco), voltaje de gate VG(50 ) =
__________ VG(125 )= ________
III. El control del TRIAC y doble red RC.
a) Armar el circuito de la figura 5.
b) Medir el voltaje de entrada Vin= _________
c) Voltaje de carga (VRL), con los siguientes ngulos de
conduccin: VRL(50 ) = _______ VRL(90) = ______ VRL(125 ) =
______
d) Voltaje MT2-MT1; con los siguientes ngulos de disparo:
VMT1-MT2(50 ) = _______ VMT2-MT1(90) = ______ VMT2-MT1(120 ) =
______
e) Medir la resistencia RT(50 )=_________ RT(90 )=______ RT(125
) = ______
f) Medir los voltajes (Vc), o voltaje de gate VG(50 ) =
__________ VG(90 )= __________ VG(125 )= ________
1. IV Control de disparo del TRIAC con DIAC.a) Armar el circuito
de la figura 8 y 10.
b) Observar y dibujar las formas de onda VMT2-MT1, VRL, VC
c) Qu sucede cuando s varia el VR1?.
1. INFORME
Deben presentar:
Clculos y Mediciones realizadas en los circuitos.
Hacer una sntesis del funcionamiento de cada uno de los
circuitos analizados.
Resolver la evaluacin o preguntas.
Sacar conclusiones generales.
11.
2.6.2 EVALUACION
2. 1. Qu sucede en la figura 4, si variamos el condensador
C1?.
3. Qu funcin realiza el potenciometro RV1 en circuitos
anteriores?.
4. Cul es la funcin de la red RC, en el circuito de la figura
4?.
5. Cul es la diferencia que existe en disparar el TRIAC, en
corriente continua y alterna?.
6. Qu se entiende por cuadrantes del disparo del TRIAC?.
7. Cul es la utilidad del DIAC?.
8. Enumerar las formas de controlar la potencia entregada a una
carga mediante el TRIAC, citando las ventajas de cada forma.
9. Qu se conoce por el fenmeno de histresis en un regulador de
potencia?. Cmo se evita?.
12.
Lampara de 12VDC
1K
P=250K
12VAC
1K
250K
12VAC
Lampara de 12VDC
33(
10(
P=250K
1K(
C2
0.2uF
200V
Lampara de 12VDC
12 VAC
40 VAC
22K(
4 Lampara de 12VDC
40 VAC
2K2
250K(
DIAC
VMT2 MT1
VRL
VC
VRL
vc
2K2
250K(
10(
40 VAC
4 Lamparas de 12 VDC
