CATEDRÁTICO: JUAN RENÉ GONZÁLEZ ROMERO

Electrónica de Potencia Aplicada

Unidad II. Tiristores

2.1. Características y parámetros. 2.1.1. Rectificador controlado de silicio (SCR). 2.1.2. TRIAC. 2.1.3. DIAC. 2.1.4. UJT.

2.2. Circuitos de descarga.2.3. Control de fase.2.4. Relevadores de estado solido.2.5. Aplicaciones en sistema mecatrónicos.

2.5.1. Control de un motor de c.a. polifasicos. 2.5.2. Módulos de potencia para control de motores.

Rectificador controlado de silicio (SCR).

Esta constituido por cuatro capas de silicio dopadas alternativamente con impurezas del tipo P y del tipo N.

La región terminal P2 es el ánodo y la otra región terminal N1 el cátodo. La puerta se sitúa en la zona P1.

Con polarización inversa (A negativo respecto a K) las uniones U1 y U3 quedan polarizadas inversamente; la corriente a través del dispositivo será debida a portadores minoritarios, siendo muy pequeña y pudiéndose considerar casi nula. El S.C.R. se comporta como un circuito abierto y se dice que está en estado de bloqueo inverso.

Con polarización directa (VA> VK) solamente la unión U2 queda polarizada inversamente, por lo que la única corriente que circula por el dispositivo es la inversa de saturación correspondiente. El S.C.R. se encuentra en el llamado estado de bloqueo directo.

Si con polarización directa se introduce una corriente en la puerta (G) que contribuya a aumentar el tipo de portadores que predominan en esa zona (siendo P1: la corriente será positiva). El S.C.R. se encuentra ahora en estado de conducción y se comporta casi como un cortocircuito

TRIAC

El triac (tríodo de corriente alterna) es un componente con tres terminales y derivado del tiristor, que puede considerarse eléctricamente como dos tiristores en anti-paralelo. Presente dos ventajas fundamentales sobre este circuito equivalente. El circuito de control resulta mucho mas sencillo al no

existir mas que un electrodo de mando. Puede bascular al estado conductor

independientemente de la polaridad de la tensión aplicada al terminal de control.

Al igual que ocurría en el SCR, el paso del estado de bloqueo al estado conductor solo se realiza por aplicación de un impulso de corriente en el electrodo de mando.

El paso del estado conductor al estado de bloqueo se produce por aplicación de una tensión de polaridad inversa o por la disminución de la corriente por debajo del valor de mantenimiento.

DIAC

Si a la estructura del TRIAC se le quita la capa N4 y la terminal de puerta, se obtiene un nuevo elemento compuesto por dos tiristores en anti-paralelo.

Dicho elemento esta preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, y se le conoce como diac o diodo de corriente alterna.

Debido a su comportamiento bidireccional y a su bajo valor de tensión, se suele emplear como elemento de disparo de un tiristor o un triac.

UJT

El UJT es un elemento compuesto de una barra de silicio tipo N de cuyos extremos se obtienen los terminales base 2 (B2) y base 1 (B1).

El funcionamiento del UJT se basa en el control de la resistencia rB1B2 mediante la tensión aplicada al emisor.

Si el emisor no esta conectado o VE<VP el diodo esta polarizado inversamente (no conduce)

Si VE>=VP el diodo esta polarizado directamente (conduce).

Control de fase

El flujo de potencia hacia la carga, queda controlado, retrasado el ángulo de disparo del tiristor T1, se muestra los pulsos de compuerta del tiristor T1, y las formas de onda de los voltajes de entrada y salida.

Debido a la presencia del Diodo D1, el rango de control esta limitado y el voltaje rms efectivo de salida, solo puede variar entre el 70.7 % y 100 %, el voltaje de salida y la corriente de entrada son asimétricos y contienen una componente de C.D.

Si hay un transformador de entrada, puede ocurrir un problema de saturación.

Este circuito es un controlador monofásico de media onda, adecuado solo para cargas resistivas de poca potencia, como lo son la calefacción y la iluminación. Dado que el flujo de potencia esta controlado durante un semiciclo del voltaje de entrada, este tipo de controlador también se conoce como controlador unidireccional

Relevadores de estado solido

El relé de estado solido es un elemento que permite aislar eléctricamente el circuito de entrada o mando y el circuito de salida.

Las diferentes partes que forman un relevador de estado solido son: Circuito de entrada Aislamiento

Esta asegurado generalmente por un acoplamiento óptico con semiconductor

Detector paso por cero. El relé opera cuando la tensión de la carga se

acerca o alcanza el punto cero Los relés de estado solido con la función de

detección de paso por cero son adecuados para cargas resistivas, capacitivas y cargas inductivas con un factor de potencia entre 0.7 y 1.

Circuito de salida Salida CA con tiristores antiparalelos o triacs.

Protección frente a transitorios Los mas frecuentes utilizados son redes RC, diodos,

etc.

Optoacopladores

Es deseable que la interconexión entre la etapa digital y la de potencia se haga por un medio de acoplamiento que permita aislar eléctricamente los dos sistemas, esto se puede lograr con los dispositivos llamados Optoacopladores, mediante los cuales se obtiene un acoplamiento óptico y un aislamiento eléctrico. Por ello se le llaman también optoaisladores.

El acoplamiento se efectúa en el rango del espectro infra-rojo a partir de dispositivos emisores de luz, usualmente IRED (infra-rojo) LED’s, actuando como emisores y utilizando dispositivos detectores de luz (optodetectores), actuando como receptores.

Tipos de Optoacopladores

Fototransistor. Se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un transistor BJT. Los mas comunes son el 4N25 y 4N35.

Fototriac: Se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formado por un triac.

Fototriac de paso por cero: Optoacoplador en cuya etapa de salida se encuentra un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac solo en los cruce por cero de la corriente alterna. Por ejemplo el MOC3041 o MOC3011.

Optotiristor: Diseñado para aplicaciones donde sea preciso un aislamiento entre una señal lógica y la red.