Maestra en Sistemas de Control y Automatizacin Industrial

Electrnica de Potencia

PRCTICA # 2

CONVERSORES ESTTICOS DE ENERGA AC/AC

Katherine Aguilar, Paulina Bolaos, Carlos Ferrin, Carlos Carranco

Introduccin Los conversores o tambin llamados

convertidores estticos de energa

comprenden la parte ms importante

de la electrnica de potencia ya que se

puede controlar, maniobrar y convertir

la energa elctrica mediante el uso de

dispositivos electrnicos.

Presentan varias ventajas entre las

cuales se nombra: no se desgastan,

tiene mejor rendimiento, se activan

rpidamente y permiten controlar el

flujo de energa de una manera rpida

y sin rebotes

Este informe muestra la simulacin e

implementacin de 3 circuitos de

disparo utilizando diferentes elementos

de resistencia negativa como por

ejemplo el UJT que es utilizado en el

circuito 1: Circuito de control de fase

directo circuito 2: Chopper de AC.

Objetivo

Disear e implementar un conversor AC/AC con control de Fase Directo y Chopper de AC, y entender su funcionamiento.

Desarrollo

Circuito 1.-Disear el circuito del conversor AC/AC de fase directo que se muestra en la Fig.1; para el circuito de control se utilizar el circuito de

disparo con el UJT, el mismo que tendr un ngulo de disparo alfa que vara entre 10 grados y 170 grados (circuito presentado en la prctica anterior).

Fig. 1 Circuito de Oscilacin

Este circuito funciona cuando al emisor del elemento de resistencia negativa (UJT) llega un voltaje Vp (pico), el mismo que se produce al cargar el capacitor de manera lenta hasta llegar al voltaje adecuado, permitiendo el paso de la corriente hacia Rbb.

En la fig. 2 se puede observar la etapa de alimentacin, en la cual se utiliza un puente rectificador, una resistencia de 6.8K de 5W, diodo Zener de 18 V, el voltaje a la salida del puente rectificador es un voltaje aproximadamente de 50 volts, luego el voltaje del dioso zener se establece en 18 V que a la vez es el voltaje de alimentacin para la etapa de oscilacin.

Fig. 2 Etapa de alimentacin

La Fig. 3 nos muestra la etapa de oscilacin, alimentada por el voltaje del zener, R4 y C determinan el tiempo que tarda en aplicarse VP al emisor del UJT para que entre en conduccin y se proceda a la descarga a travs de R2 , el tiempo de carga (tiempo en bloqueo) y descarga (tiempo en conduccin) dependen de R4 y R2 adems de C por lo que una variacin de esta resistencias permite variar el tiempo antes de la aparicin del pulso en R2 como el ancho de este.

Fig. 3 Etapa de oscilacin

Matemtica: Tomando en consideracin que se utiliza como carga una lmpara con 110 W de potencia y 120 Volts Vrms. Clculo de la corriente nominal de la carga:

Ec. (1)

0.92 A

Clculo de Potencia activa: despus de realizar despejes de frmulas llegamos a la ecuacin:

Pactiva =

( ) ( )

Ec. (2)

Ve e Ie (voltaje y corriente de entrada red) Irms. Vrms cos() Ec. (3) P= 0.92 (120) Cos(50) P= 70W Potencia aparente: S= I. V Ec. (4) S= 110.4 VA Potencia Reactiva: Q= I.V sen() Ec. (5) Q= 85 VAR Factor de Potencia: FP= P/S Ec. (6) FP = 0.64 Resultados:

Fig. 5 Ondas generadas en la simulacin

En la fig. 5 se puede observar varias ondas que se detallan a continuacin: Onda de color amarillo: representa el voltaje a la salida del puente rectificador.

Onda de color celeste: representa al voltaje del diodo zener. Onda de color rosado: representa el diente de sierra que se genera el emisor del UJT. Onda de color verde: representa los disparos generados por el UJT medidos en la resistencia R2. En las Fig. 6 y 7 podemos observar las formas de onda a la salida del diodo zener y en la R2, medida con el osciloscopio en el laboratorio.

Fig. 6 Onda a la salida del diodo zener generadas en el osciloscopio.

Fig. 7 Onda de Disparo en R2 generadas en el osciloscopio

Fig. 8 Circuito de control de fase directo

Fig. Ondas de salida del conversor

AC/AC

Onda amarilla: representa al voltaje medido en el U1(SCR). Onda celeste: representa al voltaje medido en la carga.

Fig.10 Onda del voltaje medido en la

carga, variacin con el potencimetro.

IMGENES EXPERIMENTALES

Se puede apreciar que el foco se enciende y la onda es medida en la carga, se puede observar que la onda resultado de la simulacin es 90% similar a la experimental. Hacemos variaciones con el potencimetro y la onda que se produce es la siguiente, adems la intensidad del foco tambin vara, como podemos ver en la siguiente imagen.

Circuito 3.- Disear el circuito de control y el circuito de potencia de la Fig. 1; el circuito es un conversor AC/AC con la tcnica de control chopper de AC. El circuito de control es un oscilador PWM con una frecuencia de operacin de 1KHz que permite variar la relacin de trabajo (circuito de control presentado en la prctica anterior). El circuito de potencia debe ser implementado con un MOSFET de potencia, La carga ser un foco de 100W

Fig. 1 Circuito Chopper de AC

El circuito funciona con un IRF840 para la parte de potencia recibiendo la seal mediante potencimetros varia el valor de la frecuencia y ciclo de trabajo a travs de un Arduino cuando se manipula las entradas A2 y A3, en el momento de existir variacin en A2 o A3.

Fig. 2 Seal de Frecuencia y Ciclo de

Trabajo

Se activara a un a la base de un transistor 2N3904 y este a su vez a un IRF840 directamente al pin Gate, por lo que permite el control al parte del puente rectificador y por ende al foco controlando la luminosidad.

Fig. 3 Circuito de control a la de

potencia

En la fig. 4 se puede observar la etapa de alimentacin, en la cual se utiliza un puente rectificador.

Fig. 4 Etapa de alimentacin

A continuacin se muestra las simulaciones realizadas en proteus con las respectivas ondas que se describen ms adelante.

Resultados:

Fig. 5 Ondas generadas en la simulacin

En la fig. 5 se puede observar varias ondas que se detallan a continuacin: Onda de color azul: Representa La seal que activa al transistor mediante el arduino. Onda de color verde: Representa el voltaje en la carga (foco 100w). Onda de color rojo: Representa el control en la carga. Cabe mencionar que las ondas obtenidas en la simulacin as como en el circuito solamente se puede observar media onda de proteus debido a la conexin del osciloscopio (punta de referencia a Tierra). Se aade como anexo las formas de onda de voltaje obtenida en el circuito en distintitos ciclos de trabajo y frecuencia.

VER ANEXOS. Conclusiones: Paulina Bolaos.- Se pudo evidenciar que el voltaje mnimo para el MOC 3021 es de 3 Volts, el oscilador de relajacin est dotando de 3.7 V. Katherine Aguilar: La variacin del ngulo de disparo entre 10 y 170

da como salida la variacin de la intensidad de la lmpara y a su vez la variacin de la potencia del mismo. Carlos Ferrin: La resistencia de potencia (6.8K 5W) fue calculada de tal manera que la corriente hacia el diodo zener no lo dae, si sucediera esto el UJT no dispara. Carlos Carranco: El clculo adecuado del potencimetro es muy importante ya que de este depende la variacin del ngulo de disparo. El control PWM mediante un microcontrolador (PIC, AVR, Arduino entre otros) permite una gran aplicacin en la parte de control de potencia especficamente en el mosfet de potencia siendo controlado por la frecuencia y ciclo de trabajo todo esto observando en el osciloscopio se verifica los oscilogramas del comportamiento en el consumidor elctrico.

Recomendaciones: Paulina Bolaos: Se recomienda que el valor de la resistencia R1 que est conectada al pin 1 del MOC3021, no sea mayor a 1K, ya que si es demasiado alta no permite el paso de una corriente adecuada para su funcionamiento. Katherine Aguilar: Calcular R3 de tal manera que no sea muy pequea para que pase un voltaje adecuado y activar los SCR. Carlos Ferrin: La conexin del UJT debe ser verificada en el datasheet, debido a la sensibilidad de los mismos.

Carlos Carranco: El uso de los 2 SCR es mejor opcin que utilizar un TRIAC. Bibliografa:

Rashid, Muhammad (1993). Power Electronics: circuits, devices and applications (2 ed.). Prentice Hall. http://www.ecured.cu/index.php/Electr%C3%B3nica_de_potencia. http://www.alldatasheet.es/datasheetpdf/pdf/167631/STMICROELECTRONICS/IRF630.html