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Instituto Tecnológico de Oaxaca.
__________________
ELECTRÓNICA DE POTENCIA.
(ETF-1016 8:00-10:30 hrs).
Trabajo: REPORTES DE PRÁCTICAS.
EQUIPO LOS MONKEYS
INTEGRANTES:
MARCOS ULRICH VÁSQUEZ SOSA.
ISRAEL HERNÁNDEZ GARCÍA.
MATÍAS MARTÍNEZ JIMÉNEZ
ALAN RAÚL SÁNCHEZ TORRES.
Carrera: Ingeniería Electrónica.
Catedrático: Roberto Tamar Castellanos Baltazar.
Fecha: 19/07/2013.
PRÁCTICA # 1.
DISPARO DE UN SCR
Introducción.
Un tiristor es uno de los dispositivos semiconductores más importantes de
potencia que operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no
conductor a uno conductor. Una vez activado el tiristor se comporta como un
diodo en conducción y ya no hay control sobre el dispositivo.
Se mostrará de una forma clara el funcionamiento básico de un SRC, así como
un circuito y para ver el disparo del SCR.
Normalmente el SCR se comporta como un circuito abierto hasta que se
activa su compuerta con una pequeña corriente, entonces se cierra el interruptor
y así conduce y se comporta como un diodo con polarización directa. Si no existe
corriente en la compuerta el SCR no conduce.
OBJETIVO:
Comprobar la operación de un tiristor SCR como elemento de control de fase.
MARCO TEORICO:
El SCR (Rectificador Controlado de Silicio), es un dispositivo
semiconductor biestables formado por tres uniones pn con la disposición pnpn. Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional sentido de la corriente es único, conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez. Rango de operación 400V y 2000A, 50KHZ.
Símbolo del SCR. Estructura básica del SCR.
Área de disparo seguro.
En esta área se obtienen las condiciones de disparo del SCR. Las tensiones
y corrientes admisibles para el disparo se encuentran en el interior de la zona
formada por las curvas:
• Curva A y B: límite superior e inferior de la tensión puerta-cátodo en función
de la corriente positiva de puerta, para una corriente nula de ánodo.
• Curva C: tensión directa de pico admisible VGF.
• Curva D: hipérbola de la potencia media máxima PGAV que no debemos
sobrepasar.
Curva características de puerta del tiristor.
El diodo puerta (G) - cátodo (K) difiere de un diodo de rectificación en los
siguientes puntos:
Una caída de tensión en sentido directo más elevada.
Mayor dispersión para un mismo tipo de tiristor.
CARACTERÍSTICAS GENERALES.
• Interruptor casi ideal.
• Soporta tensiones altas.
• Amplificador eficaz.
• Es capaz de controlar grandes potencias.
• Fácil controlabilidad.
• Relativa rapidez.
• Características en función de situaciones pasadas (memoria).
MATERIAL:
1 SCR C106
1 Resistencia de 100 KΩ ½ W
1 Resistencia Variable 1 M.
1 Lámpara 60w 220 VCA
Cable eléctrico calibre 12
INSTRUMENTOS:
Fuente de alimentación de 127 Vca.
Osciloscopio
Voltímetro
Protoboard
DESARROLLO
Características del tiristor SCR
Simulación del circuito de disparo del SCR en multisim.
Grafica del ángulo de disparo del tiristor SCR.
Circuito de disparo de un scr implementado en protoboard.
>>>Grafica del ángulo de disparo de un tiristor SCR mostrado en
osciloscopio
OBSERVACIONES
El ángulo de disparo varía conforme se varía en el potenciómetro, la función de
la resistencia es activar la compuerta dejando pasar el voltaje adecuado.
CONCLUSIONES
Un SCR solo puede dispararse cuando sus terminales principales tienen polarización directa, es decir que el ánodo es positivo y el cátodo es negativo, no puede dispararse cuando sus terminales estén inversas. Un SCR es disparado al estado conductivo por una corriente de compuerta, esta corriente debe alcanzar cierto valor crítico y es llamada corriente de disparo de compuerta. EL SCR es un rectificador, por lo que pasa corriente solo durante los semi ciclos positivos de la fuente AC, ya que el semi ciclo positivo es el semi ciclo donde el ánodo del SCR es más positivo que el cátodo. Si se disminuye lentamente el voltaje en el SCR, seguirá conduciendo hasta que por el pase gran cantidad de corriente mínima o de mantenimiento, lo que causará que el SCR deje de conducir aunque la tensión en la compuerta no sea cero (0).
PRÁCTICA # 2.
SCR CON ANGULO DE DISPARO (85 – 95 grados).
INTRODUCCIÓN Existen numerosas operaciones industriales que requieren de la entrega de una cantidad variable y controlada de energía eléctrica. Cuatro de las más comunes de estas operaciones son alumbrados, control de velocidad de motores, soldadura eléctrica y calentamiento eléctrico. Antes de que existieran los tiristores (SRC, TRIAC, PUT, UJT, DIAC, ETC), se
controlaba por medio de transformadores variables, reóstatos. Pero estos
dispositivos consumían mucha potencia. Por ello fueron remplazados.
MARCO TEORICO:
El SCR (Rectificador Controlado de Silicio), es un dispositivo
semiconductor biestables formado por tres uniones pn con la disposición pnpn. Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional sentido de la corriente es único, conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez. Rango de operación 400V y 2000A, 50KHZ.
Símbolo del SCR. Estructura básica del SCR.
OBJETIVO:
Elaborar circuitos típicos con el SCR, observar el ángulo de disparo de 85 a 95
grados y su conducción.
MATERIAL:
1 SCR C106
1 Resistencia de 11 MΩ 1 W
1 Resistencia Variable 1 M.
1 Lámpara 60w 220 VCA
Cable eléctrico calibre 12
INSTRUMENTOS:
Fuente de alimentación de 127 Vca
Osciloscopio
Voltímetro
Protoboard
DESARROLLO
Características del tiristor SCR
Aquí se elaboró una previa simulación en multisim para verificar el correcto
funcionamiento del diagrama del circuito, antes de armarlo en el protoboard.
Simulación del circuito de disparo del SCR en multisim.
Resultado de la simulación del disparo de tiristor SCR con un ángulo de 85 a 95
grados.
En esta grafica se puede observar el ángulo de disparo del SCR en la simulación.
Circuito del SCR en protoboard.
El circuito es alimentado con 127 volts, se utilizó un tiristor SCR C106.
Resultado de disparo del SCR con ángulo de disparo de un rango de 85 a
95 grados.
Figura del osciloscopio en donde nos muestra el ángulo de disparo del SCR con
el ángulo de disparo de 87 grados.
OBSERVACIONES.
Se diseñó un circuito donde el SCR tiene un rango de ángulo de
conducción que van de 85 a 95 grados.
El ángulo de disparo varía conforme se varía en el potenciómetro, la función de
la resistencia es activar la compuerta dejando pasar el voltaje adecuado.
Un SCR solo puede dispararse cuando sus terminales principales tienen
polarización directa, es decir que el ánodo es positivo y el cátodo es negativo, no
puede dispararse cuando sus terminales estén inversas. Un SCR es disparado
al estado conductivo por una corriente de compuerta, esta corriente debe
alcanzar cierto valor crítico y es llamada corriente de disparo de compuerta.
También se observó que el SCR es un rectificador, por lo que pasa corriente
solo durante los semi ciclos positivos de la fuente AC, ya que el semi ciclo
positivo es el semi ciclo donde el ánodo del SCR es más positivo que el cátodo.
CONCLUSIONES.
En el armado del primer circuito hicimos uso del SCR, éste es un
dispositivo de tres terminales que se comporta como un diodo rectificador,
conduce en directo y no conduce en inverso, pero para entrar en conducción
debe inyectarse en el compuerta una corriente mayor que una corriente de
compuerta mínima, que es diferente para cada referencia de SCR, la aplicación
de la corriente de compuerta cuando el SCR está en directo para que entre en
conducción se llama el disparo del SCR. Una vez que el SCR ha entrado en
conducción, se mantiene así todo el tiempo que el circuito externo mantenga
una corriente a través del SCR mayor que una corriente mínima de
sostenimiento.
Y este ángulo de disparo se va variando con la resistencia variable o
potenciómetro hasta alcanzar el ángulo que se deseaba en este caso nos
pusieron el rango de 85 entre 95 grados.
PRÁCTICA # 3.
TRIAC (SIN ANGULO DE DISPARO)
INTRODUCCIÓN.
En esta práctica se utilizara un triac 2N6071 el cual se tendrá que
visualizar en el osciloscopio la forma de onda que se genera pero sin ángulo de
disparo. Antes que nada es importante acentuar que el circuito tendrá un foco de
60 watts, resistencia y un potenciómetro.
La figura del circuito se muestra a continuación.
Figura 1. Circuito con el Triac.
MARCO TEORICO.
1. DEFINICIÓN.
El TRIAC (Triode for Alternative Current) es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El TRIAC puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa.
Figura 2. Símbolo del TRIAC.
En la Figura 2 se muestra el símbolo esquemático e identificación de las terminales de un triac, la nomenclatura Ánodo 2 (A2) y Ánodo 1 (A1) pueden ser reemplazados por Terminal Principal 2 (T2) y Terminal Principal 1 (T1) respectivamente.
2. ESTRUCTURA.
Figura 3. Estructura básica del TRIAC. La estructura contiene seis capas como se indica en la Figura 3, aunque
funciona siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido T2-T1 conduce a
través de P1N1P2N2 y en sentido T1-T2 a través de P2N1P1N4. La capa N3
facilita el disparo con intensidad de puerta negativa. La complicación de su
estructura lo hace más delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y
capacidad para soportar sobre intensidades. Se fabrican para intensidades de
algunos amperios hasta unos 200 (A) eficaces y desde 400 a 1000 (V) de
tensión de pico repetitivo.
Los TRIAC son fabricados para funcionar a frecuencias bajas; los
fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados alternistores.
El TRIAC actúa como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) en
paralelo Figura 4, este dispositivo es equivalente a dos "latchs"(transistores
conectados con realimentación positiva, donde la señal de retorno aumenta el
efecto de la señal de entrada).
Figura 4.
La diferencia más importante que se encuentra entre el funcionamiento de
un triac y el de dos tiristores es que en este último caso cada uno de los
dispositivos conducirá durante medio ciclo si se le dispara adecuadamente,
bloqueándose cuando la corriente cambia de polaridad, dando como resultado
una conducción completa de la corriente alterna.
El TRIAC, sin embargo, se bloquea durante el breve instante en que la
corriente de carga pasa por el valor cero, hasta que se alcanza el valor mínimo
de tensión entre T2 y T1, para volver de nuevo a conducir, suponiendo que la
excitación de la puerta sea la adecuada.
Esto implica la pérdida de un pequeño ángulo de conducción, que en el
caso de cargas resistivas, en las que la corriente está en fase con la tensión, no
supone ningún problema.
En el caso de cargas reactivas se debe tener en cuenta, en el diseño del
circuito, que en el momento en que la corriente pasa por cero no coincide con la
misma situación de la tensión aplicada, apareciendo en este momento unos
impulsos de tensión entre los dos terminales del componente.
CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC.
Figura 5.
OBJETIVO DE LA PRÁCTICA.
Ver en el osciloscopio la forma de onda del triac sin ningún ángulo de
disparo, así como ver el funcionamiento del mismo, de igual forma al variar con
el potenciómetro podremos ver la variación de la luz en el foco de 60 watts.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Una vez sabiendo cómo funciona el triac se procede a armar el circuito de
la figura 1, en el protoboard para después conectar al osciloscopio y ver la forma
de onda que arroja sin un ángulo de disparo.
MATERIALES
Resistencia R1= 10 k a 5 Watts.
Potenciómetro de 1M.
Triac 2N6071.
Foco de 60 watts.
Protoboard
EQUIPOS E INSTRUMENTOS.
Alimentación del circuito: fuente de voltaje AC, 120Vrms, 60Hz.
Osciloscopio de dos canales con puntas atenuadas
Multímetro
De igual forma se utilizaron cables para la conexión de los dispositivos.
Una vez armado el circuito en el protoboard se procede a conectarlo a la
corriente.
Foto 1. Foto 2.
Fotos de del circuito armado en el protoboard, en la foto 2 se puede ver el foco
encendido síntoma de que el circuito funciona correctamente.
Cuando se conectó el osciloscopio se pudo observar lo siguiente. Foto 3.
Foto 3. Imagen del osciloscopio.
En la foto 3, se puede observar en el osciloscopio la forma de onda que tiene el
triac sin un ángulo de disparo.
CONCLUSIONES.
Con la realización de esta práctica se ha aprendido las características del
triac así como como funcionan llevándolo a esta práctica, se tuvo un poco de
problemas con el osciloscopio ya que las grafica nos la mandaba desfasada pero
una vez cambiando el osciloscopio se pudo observar bien la gráfica que
mandaba el triac.
PRÁCTICA # 4.
EXAMEN PRÁCTICO.
TRIAC CON ANGULO DE DISPARO SP=87-97 Grados.
SN= 103-113 Grados.
INTEGRANTES DEL EQUIPO.
MARCOS ULRICH VÁSQUEZ
SOSA.
ISRAEL HERNÁNDEZ GARCÍA.
MATÍAS MARTÍNEZ JIMÉNEZ
ALAN RAÚL SÁNCHEZ
TORRES.
Figura 1. Diagrama del circuito.
INTRODUCCIÓN.
En esta práctica se utilizara un triac 2N6071 el cual se tendrá que
visualizar en el osciloscopio la forma de onda que se genera pero con un ángulo
de disparo positivo de 87-97 grados y un ángulo negativo de 103-113 grados, el
potenciómetro servirá para ir variando el ángulo de disparo, en la figura 1, se
muestra el diagrama del circuito que se debe de armar en el protoboard.
MARCO TEORICO.
1. DEFINICIÓN.
El TRIAC (Triode for Alternative Current) es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una
carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El TRIAC puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa.
Figura 2. Símbolo del TRIAC.
En la Figura 2 se muestra el símbolo esquemático e identificación de las terminales de un triac, la nomenclatura Ánodo 2 (A2) y Ánodo 1 (A1) pueden ser reemplazados por Terminal Principal 2 (T2) y Terminal Principal 1 (T1) respectivamente.
2. ESTRUCTURA.
Figura 3. Estructura básica del TRIAC. La estructura contiene seis capas como se indica en la Figura 3, aunque
funciona siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido T2-T1 conduce a
través de P1N1P2N2 y en sentido T1-T2 a través de P2N1P1N4. La capa N3
facilita el disparo con intensidad de puerta negativa. La complicación de su
estructura lo hace más delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y
capacidad para soportar sobre intensidades. Se fabrican para intensidades de
algunos amperios hasta unos 200 (A) eficaces y desde 400 a 1000 (V) de
tensión de pico repetitivo.
Los TRIAC son fabricados para funcionar a frecuencias bajas; los
fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados alternistores.
El TRIAC actúa como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) en
paralelo Figura 4, este dispositivo es equivalente a dos "latchs"(transistores
conectados con realimentación positiva, donde la señal de retorno aumenta el
efecto de la señal de entrada).
Figura 4.
La diferencia más importante que se encuentra entre el funcionamiento de
un triac y el de dos tiristores es que en este último caso cada uno de los
dispositivos conducirá durante medio ciclo si se le dispara adecuadamente,
bloqueándose cuando la corriente cambia de polaridad, dando como resultado
una conducción completa de la corriente alterna.
El TRIAC, sin embargo, se bloquea durante el breve instante en que la
corriente de carga pasa por el valor cero, hasta que se alcanza el valor mínimo
de tensión entre T2 y T1, para volver de nuevo a conducir, suponiendo que la
excitación de la puerta sea la adecuada.
Esto implica la pérdida de un pequeño ángulo de conducción, que en el
caso de cargas resistivas, en las que la corriente está en fase con la tensión, no
supone ningún problema.
En el caso de cargas reactivas se debe tener en cuenta, en el diseño del
circuito, que en el momento en que la corriente pasa por cero no coincide con la
misma situación de la tensión aplicada, apareciendo en este momento unos
impulsos de tensión entre los dos terminales del componente.
CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC.
Figura 5.
OBJETIVO DE LA PRÁCTICA.
Ver en el osciloscopio la forma de onda del triac con un ángulo de disparo,
positivo de 87-97 grados y un ángulo negativo de 103-113 grados, así como ver
el funcionamiento del mismo, de igual forma al variar con el potenciómetro
podremos ver la variación de la luz en el foco de 60 watts.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Una vez sabiendo cómo funciona el triac se procede a armar el circuito de
la figura 1, en el protoboard para después conectar al osciloscopio y ver la forma
de onda con los ángulos de disparo ya mencionados.
MATERIALES
Resistencia R1= 80 Ω.
2 Potenciómetro de 1M.
Triac 2N6071.
Foco de 60 watts.
2 Diodos.
Protoboard
EQUIPOS E INSTRUMENTOS.
Alimentación del circuito: fuente de voltaje AC, 120Vrms, 60Hz.
Osciloscopio de dos canales con puntas atenuadas
Multímetro
De igual forma se utilizaron cables para la conexión de los dispositivos.
Bueno al haber armado el circuito de la Figura 1, los ángulos de disparo que nos
pedían en la práctica no nos salían por lo que nos vimos en la necesidad de
modificar un poco el circuito. Quedando el diagrama del circuito de la siguiente
manera.
Foto 1. Aquí se modificó el circuito de la figura 1, poniendo dos potenciómetros
de 1 M, dos diodos y una resistencia de 80 Ω.
Con los diodos lo que hace es dejar pasar primero los ciclos positivos y
los negativos y con el potenciómetro de 1 M, se va a variar tanto el ángulo de
disparo positivo como el negativo, la resistencia de 80 Ω y los potenciómetros ya
antes mencionados lo que hacen es regular la corriente que es la encargada de
activar la compuerta del triac 2N6071 y así al ir moviéndole al potenciómetro ir
modificando el ángulo de disparo tanto positivo como negativo.
Resultados Obtenidos:
Imagen de la gráfica de disparo del triac.
Aquí obtuvimos en el osciloscopio.
3.9 ms, en la onda de disparo de ciclo positivo que equivale a 84.2 grados.
4.2 ms, en la onda de disparo del ciclo negativo que equivale a 90 grados.
CONCLUSIONES.
Se puede concluir que para que esta práctica fuera realizada fue necesario
modificarla asiendo un poco más fácil su realización como ya antes se explicó
en su desarrollo obteniendo resultados adecuados que fueron de 84.2 grados en
el ángulo de disparo positivo y 90 grados en el ángulo de disparo positivo.
PRÁCTICA # 5.
SCR. (DISPARO POR REDES PASIVAS RC).
INTRODUCCIÓN.
En esta práctica se verá el disparo de un SCR con un ángulo de disparo por
redes pasivas RC, a diferencia de la práctica número uno en esta práctica se
ocupara de igual forma un capacitor el cual también será de gran ayuda para que
se produzca el ángulo de disparo del SCR.
La figura del circuito se muestra a continuación.
MARCO TEORICO.
SCR (Rectificador Controlado de Silicio)
Tiristor es un elemento semiconductor muy utilizado para controlar la cantidad de potencia que se entrega a una carga, Analizando el símbolo: - A = ánodo. - G = compuerta o Gate. - C = cátodo, también representado por la letra K.
Símbolo del SCR.
SCR EN LA CORRIENTE CONTINUA
Normalmente el SCR se comporta como un circuito abierto hasta que activa su compuerta (GATE) con una pequeña corriente (se cierra el interruptor S) y así este conduce y se comporta como un diodo en polarización directa
Lo que sucede después de ser activado el SCR, se queda conduciendo y se mantiene así. Si se desea que el tiristor deje de conducir, el voltaje +V debe ser reducido a 0 Voltios.
SCR EN LA CORRIENTE ALTERNA:
El circuito anterior RC produce un corrimiento de la fase entre la tensión de entrada y la tensión en el condensador que es la que suministra la corriente a la compuerta del SCR.
Puede verse que el voltaje en el condensador (en azul) está atrasado con respecto al voltaje de alimentación (en rojo) causando que el tiristor conduzca un poco después de que el tiristor tenga la alimentación necesaria para conducir. Durante el ciclo negativo el tiristor se abre dejando de conducir.
APLICACIONES DEL SCR
Unas cuantas aplicaciones del SCR pueden ser un interruptor estático, un sistema de control de fase, un cargador de baterías, un controlador de temperatura, y un sistema de luces de emergencia.
Diseñar un circuito que dispare a un SCR en un intervalo de tiempo establecido.
MATERIALES
Resistencia R1= 10 k. (a 5 watts).
1 Potenciómetro de 1M.
Capacitor de 100,000 pF o también se puede decir que es .1uF
SCR C106 D.
Foco de 60 watts.
Protoboard
EQUIPOS E INSTRUMENTOS.
Alimentación del circuito: fuente de voltaje AC, 120Vrms, 60Hz.
Osciloscopio de dos canales con puntas atenuadas
Multímetro
Diseñar un circuito que dispare un SCR, en un intervalo de tiempo de ms, pero
esta vez se utilizara un capacitor para que en conjunto con los demás
dispositivos aran que el SCR tenga su disparo y se pueda visualizar en el
osciloscopio la gráfica así como también poder ir variando ese ángulo de disparo
con la ayuda del potenciómetro o resistencia variable.
El circuito que vamos a usar es el siguiente.
Aquí la resistencia numero dos es un potenciómetro.
La constante de tiempo mínima ocurre cuando R2 no presenta resistencia.
(𝑅1 + 0)(0.1 𝑢𝐹) = 3 𝑋 10 𝑒 − 3
(𝑅1) = 30 𝐾
Para un ángulo de conducción de 140, tenemos un tiempo de 6.4 ms
6.4 𝑋 10 𝑒−3
0.1 𝑋 10𝑒−6= R2 + 3 𝑋 10 𝑒 − 3
Entonces
R2= 31K
Una vez hecho unos pequeños cálculos para encontrar los valores de las
resistencias se procedió a armar el circuito en el protoboard.
Foto del circuito armado en el protoboard y funcionando.
Posteriormente se conectó el osciloscopio para visualizar el disparo del SCR.
Foto del osciloscopio.
Aquí se iba variando con el potenciómetro y se observaba los diferentes
ángulos de disparo del tiristor SCR, en la práctica alcanzamos hasta un ángulo
de disparo de 114. 5 grados
Aquí ya se iba variando el ángulo de disparo del SCR variándolo con el
potenciómetro.
En la foto de arriba podemos ver el ángulo de disparo del SCR de 114.5 grados
que se alcanzó variando el potenciómetro de 1M.
Haciendo el diseño y los cálculos para que el SCR se trabajó con un intervalo
de tiempo no fue nada fácil, ya que necesitamos que los cálculos sean exactos
para que se observara claramente en el osciloscopio cuando se disparaba, y en
qué momento empezaba a conducir.
PRÁCTICA # 6.
TRIAC. (DISPARO POR REDES PASIVAS RC).
INTRODUCCIÓN.
En esta práctica se utilizara un triac 2N6071 el cual se tendrá que
visualizar en el osciloscopio la forma de onda que se genera con ángulo de
disparo. Antes que nada es importante acentuar que el circuito tendrá un foco de
60 watts, resistencia, capacitores y un potenciómetro.
La figura del circuito se muestra a continuación.
Figura 1. Circuito con el Triac.
SP: 97-107 grados.
Rango de ángulo de disparo.
SN: 103.113 grados.
MARCO TEORICO.
1. DEFINICIÓN.
El TRIAC (Triode for Alternative Current) es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El TRIAC puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa.
Figura 2. Símbolo del TRIAC.
En la Figura 2 se muestra el símbolo esquemático e identificación de las terminales de un triac, la nomenclatura Ánodo 2 (A2) y Ánodo 1 (A1) pueden ser reemplazados por Terminal Principal 2 (T2) y Terminal Principal 1 (T1) respectivamente.
2. ESTRUCTURA.
Figura 3. Estructura básica del TRIAC.
La estructura contiene seis capas como se indica en la Figura 3, aunque
funciona siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido T2-T1 conduce a
través de P1N1P2N2 y en sentido T1-T2 a través de P2N1P1N4. La capa N3
facilita el disparo con intensidad de puerta negativa. La complicación de su
estructura lo hace más delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y
capacidad para soportar sobre intensidades. Se fabrican para intensidades de
algunos amperios hasta unos 200 (A) eficaces y desde 400 a 1000 (V) de
tensión de pico repetitivo.
Los TRIAC son fabricados para funcionar a frecuencias bajas; los
fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados alternistores.
El TRIAC actúa como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) en
paralelo Figura 4, este dispositivo es equivalente a dos "latchs"(transistores
conectados con realimentación positiva, donde la señal de retorno aumenta el
efecto de la señal de entrada).
Figura 4.
La diferencia más importante que se encuentra entre el funcionamiento de
un triac y el de dos tiristores es que en este último caso cada uno de los
dispositivos conducirá durante medio ciclo si se le dispara adecuadamente,
bloqueándose cuando la corriente cambia de polaridad, dando como resultado
una conducción completa de la corriente alterna.
El TRIAC, sin embargo, se bloquea durante el breve instante en que la
corriente de carga pasa por el valor cero, hasta que se alcanza el valor mínimo
de tensión entre T2 y T1, para volver de nuevo a conducir, suponiendo que la
excitación de la puerta sea la adecuada.
Esto implica la pérdida de un pequeño ángulo de conducción, que en el
caso de cargas resistivas, en las que la corriente está en fase con la tensión, no
supone ningún problema.
En el caso de cargas reactivas se debe tener en cuenta, en el diseño del
circuito, que en el momento en que la corriente pasa por cero no coincide con la
misma situación de la tensión aplicada, apareciendo en este momento unos
impulsos de tensión entre los dos terminales del componente.
CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC.
Figura 5.
OBJETIVO DE LA PRÁCTICA.
Ver en el osciloscopio la forma de onda del triac con ángulo de disparo ya
antes mencionado, así como ver el funcionamiento del mismo, de igual forma al
variar con el potenciómetro podremos ver la variación de la luz en el foco de 60
watts.
DESARROLLO DE LA PRÁCTICA
Una vez sabiendo cómo funciona el triac se procede a armar el circuito de
la figura 1, en el protoboard para después conectar al osciloscopio y ver la forma
de onda que arroja con ángulo de disparo.
MATERIALES
Resistencia R1= 10 k a 5 Watts.
Potenciómetro de 1M.
Triac 2N6071.
Capacitores.
Foco de 60 watts.
Protoboard
EQUIPOS E INSTRUMENTOS.
Alimentación del circuito: fuente de voltaje AC, 120Vrms, 60Hz.
Osciloscopio de dos canales con puntas atenuadas
Multímetro
De igual forma se utilizaron cables para la conexión de los dispositivos.
Una vez teniendo los dispositivos se procedió a armar el circuito en el protoboard.
Aquí encontramos un poco de dificultad puesto que se necesitaba una
capacitancia grande para que se efectuara el ángulo de disparo del TRIAC
En de arriba se muestra en el osciloscopio la imagen de disparo pero en un bajo
rango del potenciómetro.
Lo que se pretende es tener un ángulo de disparo positivo de 97 a 107 grados y
un ángulo de disparo negativo de 103 a 113 grados, ósea que debe estar dentro
del rango.
En la foto de abajo se fue variando al potenciómetro.
En la foto de debajo de igual forma se varió el potenciómetro hasta llegar al
ángulo de disparo deseado que fue de: Angulo positivo 4.6 ms = 99 grados y el
ángulo positivo 5.1= 110 grados.
CONCLUSIONES.
Al realizar esta práctica se pudo observar al igual que la practicas anteriores el
ángulo de disparo en este caso de un TRIAC fue un poco complejo ya que en
este circuito se utilizó un capacitor que estaba en serie con respecto a las
resistencia y al potenciómetro, y como en todas las demás se iba variando con
el potenciómetro para que el ángulo de disparo se hiciera grande o pequeño.
En esta práctica pudimos encontramos un ángulo positivo de 4.6 ms = 99 grados
y el ángulo positivo 5.1= 110 grados.
PRÁCTICA # 7.
TRIAC. (DISPARO DEL TRIAC MEDIANTE UN DIAC).
INTRODUCCIÓN.
En esta práctica se tendrá que realizar un disparo de un TRIAC 2N6071 mediante
un DIAC HT30, capacitores y un potenciómetro.
Se armara el circuito como se muestra en la siguiente figura 1.
DIAC
El diac es un dispositivo capaz de conducir la corriente en cualquier dirección. El
diac es equivalente a dos diodos de cuatro capas en paralelo, pero opuestos. El
diac no conduce hasta que se alcanza su tensión de cebado en sus extremos.
Una vez que el diac está conduciendo, la forma de hacer que no conduzca es el
bloqueo por disminución de corriente, es decir, se debe reducir la corriente por
debajo de la corriente de mantenimiento del diac.
Figura 2. Símbolo del DIAC.
Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la
corriente del triac, de forma que solo se aplica tensión a la carga durante una
fracción de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de
iluminación con intensidad variable, calefacción eléctrica con regulación de
temperatura y algunos controles de velocidad de motores.
La forma más simple de utilizar estos controles es empleando el circuito
representado en la Figura de abajo en que la resistencia variable R carga el
condensador C hasta que se alcanza la tensión de disparo del DIAC,
produciéndose a través de él la descarga de C, cuya corriente alcanza la puerta
del TRIAC y le pone en conducción. Este mecanismo se produce una vez en el
semiciclo positivo y otra en el negativo. El momento del disparo podrá ser
ajustado con el valor de R variando como consecuencia el tiempo de conducción
del TRIAC y, por tanto, el valor de la tensión media aplicada a la carga,
obteniéndose un simple pero eficaz control de potencia.
TRIAC
El triac funciona como dos tiristores en paralelo, pero opuestos, el triac es un
dispositivo que conduce corriente en ambos sentidos.
Para disparar un triac, hay que suministrarle una corriente en la puerta, con lo
que el triac conduce corriente, por ello, es este el dispositivo que utilizamos en
esta práctica como interruptor.
CARACERISTICAS GENERALES Y APLICACIONES
La versatilidad del TRIAC y la simplicidad de su uso le hacen ideal para una
amplia variedad de aplicaciones relacionadas con el control de corrientes
alternas. Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo
muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales, que
requieren siempre el movimiento de un contacto, siendo la principal la que se
obtiene como consecuencia de que el TRIAC siempre se dispara cada medio
ciclo cuando la corriente pasa por cero, con lo que se evitan los arcos y sobre
tensiones derivadas de la conmutación de cargas inductivas que almacenan una
determinada energía durante su funcionamiento.
Resumiendo, algunas características de los TRIAC´S:
El TRIAC conmuta del modo de corte al modo de conducción cuando se
inyecta corriente a la compuerta. Después del disparo la compuerta no
posee control sobre el estado del TRIAC. Para apagar el TRIAC la
corriente anódica debe reducirse por debajo del valor de la corriente de
retención Ih.
La corriente y la tensión de encendido disminuyen con el aumento de
temperatura y con el aumento de la tensión de bloqueo.
La aplicación de los TRIACS, a diferencia de los Tiristores, se
encuentra básicamente en corriente alterna. Su curva característica
refleja un funcionamiento muy parecido al del tiristor apareciendo en el
primer y tercer cuadrante del sistema de ejes. Esto es debido a su
bidireccionalidad.
La principal utilidad de los TRIACS es como regulador de potencia
entregada a una carga, en corriente alterna.
Diseñar un circuito de disparo con un DIAC de VB0=40V para la activación de
un TRIAC, con un rango de ajuste de 90° a 150° suponiendo un capacitor de
22nF.
Primero obtenemos el intervalo de tiempo.
90°=4.16ms
150°=6.933ms
R1=−4.16𝑚𝑠
𝐼𝑛 (1−40𝑉127𝑉⁄ )(0.1𝑢𝐹)
= 109.97 𝐾
RT=−6.933𝑚𝑠
𝐼𝑛 (1−40𝑉127𝑉⁄ )(0.1𝑢𝐹)
=183.27 K
RT=R1+R2 Entonces R2=RT-R1
R2=183.27k – 109.97K= 73.30K
VB0 de un DIAC DB4
Min=35 V, Typ=40V, Max=45V
El circuito será el siguiente con los valores obtenidos.
Entre más pequeña sea R2 menos tiempo se llevara el capacitor en cargarse y
el disparo del TRIAC será más rápido.
En la imagen de abajo se muestra la forma de onda o el disparo se obtuvo con
el osciloscopio.
Foto 2. Aquí se obtuvo el ángulo de disparo de 112 grados.
Valores medidos:
VR máx.= 122.1 V
VR min= 13 V
IR máx.= 0.28mA
IR min= 1.05mA
I compuerta máx.=0.11mA
I compuerta min.=0.11mA
P con R al min.= (1.05mA)2(13V)= 14.33mW.
P con R al máx.= (0.28)2(122.1V)= 14.33mW
Con la realización de la práctica diseñamos un circuito de un DIAC el cual dispara
a un TRIAC en un tiempo determinado, los valores de los componentes deben
ser de acuerdo con los cálculos para que funcione correctamente el circuito y no
dañemos el TRIAC.
PRÁCTICA # 8.
OSCILADOR DE RELAJAMIENTO.
INTRODUCCIÓN.
En esta práctica se armara un circuito oscilador de relajamiento con el tiristor
UJT 2N6028, se observara en el osciloscopio la forma de onda que se genera
que es una como diente de cierra, se encontrara los valores de las resistencias
y del capacitor que se deben de utilizar para una correcta operación del circuito.
Se armara el circuito como se muestra en la siguiente figura 1.
El transistor UJT (transistor de un juntura - Unijunction transistor) es un dispositivo con un funcionamiento diferente al de otros transistores. Es un dispositivo de disparo. Es un dispositivo que consiste de una sola unión PN.
Físicamente el UJT consiste de una barra de material tipo N con conexiones eléctricas a sus dos extremos (B1 y B2) y de una conexión hecha con un conductor de aluminio (E) en alguna parte a lo largo de la barra de material N.
En el lugar de unión el aluminio crea una región tipo P en la barra, formando así una unión PN. Ver el siguiente gráfico
Como se dijo antes este es un dispositivo de disparo. El disparo ocurre entre el Emisor y la Base1 y el voltaje al que ocurre este disparo está dado por la fórmula: Voltaje de disparo = Vp = 0.7 + n x VB2B1
Dónde: - n = intrinsic standoff radio (dato del fabricante) - VB2B1 = Voltaje entre las dos bases
La fórmula es aproximada porque el valor establecido en 0.7 puede variar de 0.4 a 0.7 dependiendo del dispositivo y la temperatura.
En la siguiente figura nos muestra el símbolo y la curva característica del tiristor
UJT.
MATERIALES.
Resistencia R1= 1 k, 4.7 k, 330 Ω
Potenciómetro de 1M.
UJT 2N6028.
Capacitor 100 nF.
Foco de 60 watts.
Protoboard
EQUIPOS E INSTRUMENTOS.
Alimentación del circuito: fuente de voltaje Vcc= 24 v.
Osciloscopio de dos canales con puntas atenuadas
Multímetro
Una vez conociendo el circuito se procedió a armarlo en el protoboard quedando
como se muestra en la siguiente figura.
Se fue variando el potenciómetro lo que se quería en esta práctica era una
frecuencia de 1 kHz.
Foto 1. Imagen del osciloscopio en donde se muestra la frecuencia de
1 kHz.
Conforme se fue variando se vio como iba variando la frecuencia a continuación
se muestran en las siguientes fotos.
Foto 2. Frecuencia de 343.6 Hz.
Se puede observar en la foto 2, que al aumentarle al potenciómetro aumentaba
la frecuencia de igual forma en esta figura muestra 343.6 Hz.
Y de igual forma en la foto 3, se observa que si variamos el potenciómetro de
igual forma varia más la frecuencia de la onda.
Foto 3. Frecuencia de 260.5 Hz.
Foto 4. Frecuencia 182.5 Hz.
Foto 5. Frecuencia de 123.5 Hz.
CONCLUSIONES.
Al realizar esta práctica se pudo observar la variación de frecuencia que hay en
un tiristor UJT 2N6028, como se mostró en las diferentes fotos donde se ve
claramente como varia la frecuencia con respecto al potenciómetro, lógicamente
los dispositivos del circuito armado en el protoboard debe de tener los
dispositivos adecuados, se utilizó un potenciómetro de 1 M, resistencias de 4.7
k, 1k y 330Ω y un capacitor de 100 nF.
PRÁCTICA # 9.
REÓSTATO (SIMULACIÓN).
INTRODUCCIÓN. En esta práctica solamente se simulara en cualquier software, en nuestro caso
lo simularemos es el programa multisim.
MARCO TEORICO.
Un reóstato (o reóstato) es un resistor de resistencia variable.
Es por tanto un tipo constructivo concreto de potenciómetro que recibe
comúnmente este nombre en vez del de potenciómetro al tratarse de un
dispositivo capaz de soportar tensiones y corrientes muchísimo mayores, y de
disipar potencias muy grandes.
Los reóstatos son usados en Ingeniería Eléctrica en tareas tales como el arranque
de motores o cualquier tipo de tarea que requiera variación de resistencia en condiciones
de elevada tensión o corriente.
LA DIFERENCIA ENTRE RESISTENCIA VARIABLE (POTENCIÓMETRO) Y UN
REÓSTATO.
La resistencia variable es un dispositivo que tiene un contacto móvil que se
mueve a lo largo de la superficie de una resistencia de valor total constante.
Este contacto móvil se llama cursor o flecha y divide la resistencia en dos
resistencias cuyos valores son menores y cuya suma tendrá siempre el valor de
la resistencia total.
Las resistencias variables se dividen en dos categorías:
Potenciómetros
Los potenciómetros y los reóstatos se diferencias entre sí, entre otras cosas,
por la forma en que se conectan. En el caso de los potenciómetros, éstos se
conectan en paralelo al circuito y se comporta como un divisor de voltaje.
Reóstatos
En el caso del reóstato, éste va conectado en serie con el circuito y se debe
tener cuidado de que su valor (en ohmios) y su la potencia (en Watts (vatios))
que puede aguantar sea el adecuado para soportar la corriente I en amperios
(ampere) que va a circular por él.
Como regla general:
Los potenciómetros se utilizan para variar niveles de voltaje y los reóstatos
para variar niveles de corriente
Las resistencias también se pueden dividir tomando en cuenta otras
características:
- si son resistencia bobinadas.
- si no son bobinadas.
- de débil disipación.
- de fuerte disipación.- de precisión.
Normalmente los potenciómetros se utilizan en circuitos con
poca corriente, pues no disipan casi potencia, en cambio los reóstatos son de
mayor tamaño, por ellos circula más corriente y disipan más potencia.
En la figura de arriba se ve la simbología y la diferencia que ay entre el
potenciómetro y el reóstato.
Figura. Del reóstato.
Figura del circuito que se armar y simular en el multisim.
Una vez armado el circuito en el programa multisim lo simulamos el cual nos
funcionaba adecuadamente puesto que el foco encendía posteriormente se
procedió a darle clic sobre el osciloscopio para que nos mostrara el
comportamiento del circuito.
Los componentes se ven claramente cuáles fueron los que se utilizaron ya que
se pueden apreciar en la imagen de arriba.
En la figura de arriba nos muestra la forma de onda que arroja el circuito al
simularlo.
Al ir variando el reóstato podemos apreciar claramente como varia la forma de
onda ya que se hace más pequeña, esto se muestra en las figuras siguientes.
CONCLUSIONES.
Al haber finalizado con el desarrollo de la simulación del circuito reóstato se pudo
apreciar las formas de onda que arrojan al ir variando al reóstato, ya que es el
como sabemos que por el reóstato circula más corriente por lo cual disipan más
potencia aprendimos que su valor del reóstato es en ohm´s y su potencia en
watts.
![Ejercicios de Practicas de Todas Las Materias y Grados PPAA]](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/5571f26449795947648c86a9/ejercicios-de-practicas-de-todas-las-materias-y-grados-ppaa.jpg)
