Transitores BJT

7/24/2019 Transitores BJT

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PREPARATORIO 8

Tema :

Realizado por:

Alumno (s): XAVIER ALEXANDER SEGURA GUERRERO

Fecha de Entrega: 2007_/_12 /_19 f. _______________________________Año mes día Recibido por:

__________________________________________________

AGOSTO 07 – MARZO 08

CARRERA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CONTROL DE FASE DIRECTO

LABORATORIO DE ELECTRONICA DE



ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

Laboratorio de Electrónica de Potencia.

Nombre: XAVIER ALEXANDER SEGURA GUERERO

PRACTICA Nº 8

TEMA: CONTROL DE FASE DIRECTO

1. OBJETIVO

1.1. Diseñar e implementar un Control de Fase Directo.

2. EQUIPO Y MATERIALES

2.1. MATERIALES- SCR´s- TRIAC- OPTOTRIAC- Diodos rectificadores- Focos de 100 W

2.2. EQUIPO

- Osciloscopio

3. TRABAJO PREPARATORIO

3.1. Diseñar los circuitos de la figura 8.1 y 8.2. (Incluir formas de onda ydimensionamiento de los elementos).



CIRCUITO DE CONTROL:

De la práctica Nº 2 teníamos que los elementos calculados para el circuito decontrol con características de los elementos a usarse son:

Diseño del Conversor AC – AC Carga R – L:

Funcionamiento del Circuito:

El circuito es un conversor AC – AC para cargas R – L ya que dispone de un arreglode SCRs que permiten su funcionamiento, ya que el TRIAC por sí sólo no puedefuncionar correctamente con cargas inductivas, en vista de que estas cargas tienen la

propiedad de almacenar energía, lo que supone un problema cuando la alimentaciónse corta, y las bobinas siguen entregando corriente.

De ahí que colocando los diodos D1 y D2, primero cumplen como rectificando laonda senoidal de entrada, el uno para los semiciclos positivos y el otro para los

negativos, pero también permiten que el valor del voltaje de la compuerta de losSCR sea pequeño, inferior al valor máximo tolerable. Es así que, mientras no se déel disparo del circuito de control el Opto Triac se mantiene como un circuito abierto,

pero cuando se da el disparo, conduce, en un sentido o en otro por lo que sucede losiguiente:- En el semiciclo positivo:

D1 está polarizado directamente, D2 inversamente, el pulso de que activará elTriac, hace que este conduzca, y en vista de que S2 está polarizado inversamenteéste no conducirá, sin embargo, S1 si puede, y la corriente es llevada a lacompuerta de S1, que entra en conducción, cerrando el circuito de alimentaciónde la carga inductiva.

- En Cero:



Cuando la señal de alimentación llega a cero, se elimina por un instante laalimentación en el Triac, por lo cual se desactivará, de tal forma que el circuitose abre nuevamente, pero con la diferencia de que este estado se demora enllevarse a cabo puesto que, la carga inductiva tiene la virtud de luego de cortar laalimentación como almacena energía, actúa como fuente de corrientemomentáneamente, por lo cual la señal no se hace cero inmediatamente, sino

que se demora un tiempo, y luego si se mantiene en cero hasta que llegue elsiguiente pulso al Triac para activarlo.

- En el semiciclo negativo:En el semiciclo negativo en cambio, D2 y S2 están polarizados directamente yD1y S1 inversamente, por lo que cuando se da el pulso de activación deloptotriac éste conduce en dirección opuesta, llevando una corriente a lacompuerta de S2, llevándolo a conducción, haciendo que a través del mismo secierre el circuito de alimentación para la carga. Cuando la señal regresa a cero,sucede algo similar y no se hace inmediatamente cero el voltaje en la carga, sino

que transcurre un lapso de tiempo hasta que la inductancia descargue la energíaalmacenada.

Como se observa, esta configuración permite la conducción en el ciclo completo de laseñal senoidal de alimentación, sin embargo, se debe notar que si la inductancia de lacarga es mayor, esto representa un tiempo de descarga superior, por lo cual, puedetranscurrir un semiciclo sin que se logre la activación del voltaje en la carga, entoncessu funcionamiento es óptimo para un determinado rango de inductancias de la carga.

Diseño:

A la salida del circuito Oscilador de Relajación se encuentra una R1 y eloptoacoplamiento con TRIAC, por lo cual, para diseñar esta etapa se considera losvalores del Optoacoplador a utilizar, que es el siguiente:

OptoIsolator:ECG 3047TRIAC

Pt: 330 mW

Para el LED: Corriente Máxima IF = 50 mA Voltaje Reverso VR = 3 V

Para el Fototiristor: IF = 100 mA VDRM = 400 V VF = 3 V(VDRM es el Pico de Voltaje Repetitivo que soporta el elemento)Considerando esto se estima el RT = 200%

Cálculo de R1:R1 es función directa del voltaje máximo de disparo, el mismo que corresponde (en suvalor máximo, puesto que es posible dimensionarlo con R B1 sin embargo, no este valorno es fijo cuando el UJT conduce, aunque es un valor bajo):VR2 = Vp – 0.7VR2 = 9.6 – 0.7 = 8.9 VSea ILED = 30 mAEntonces ITRIAC = 60 mA



Ω=⇒Ω=−

=−

= 21066.19630

39.811

2 RmA

V V

I

V V R

LED

LEDmáx R

Cálculo de R2:

R 2 depende de la corriente que debe atravesar el triac, y considerando ITRIAC = 60 mAAsí también para dimensionar los SCR, se selecciona un SCR de alta capacidad, envista de que ha de soportar corrientes elevadas de alimentación así como el lapso queinicia la conducción, entonces selecciono:

SCR:ECG 5554VDRM = 400 V IGTmin = 40 mA VGtmin = 1.5 V IHmin = 40 mAVGFM = 10 V VGRM = 10 V VF = 1.8 V PG = 0.5W

Si la carga se estima de 100 W:P = V.I.cos θ Esta expresión es válida cuando existe carga inductiva, en donde ese coseno es el factorde potencia en atraso, sin embargo se desconoce el valor de dicho ángulo, así que, se

puede considerar que la corriente máxima se obtendrá cuando la L es mínima, se podríaconsiderar:

P = V. I

A I I AV

W

V

P I

V V

V V V

máx

ac

SCRF entaciónaac

3.129197.0

2

76.153

100

8.12110maxarg

.limmaxarg

==→===

=−=

−=

Como se observa, se tiene una corriente elevada, propias de un circuito de mayor potencia.

Si considero las limitaciones de los elementos asumo los siguientes valores:IG.SCR = 60 mAPor lo cual: ISCRmáx =Imáx - IG.SCR –ITRIAC = 0.919 A - 60 mA – 60 mA = 0.799A

Que funciona perfectamente para el SCR seleccionado.

Considerando que el VF TRIAC = 3V.La resistencia conduce cuando se activa el Triac, por lo cual se tiene que inicialmente setienen en los terminales de R 2 y del Triac los 110 V de alimentación, entonces, cuandoconduce, se tendrá que:

Ω=→=−

=−

= K RmA

V V

I

V V R

TRIAC

FTRIAC 267.181160

311022



Diseño del Conversor AC – AC Carga R:.

Funcionamiento del Circuito:

Es un Conversor AC – AC para cargas resistivas puras, ya que se usa un triacdirectamente, para el disparo, se usa el mismo circuito de control diseñado con el

UJT, de tal manera que la sección del Optotriac, es la misma que del circuitoanterior, efectivamente, cuando se da un disparo, el optotriac conduce, de tal maneraque envía corriente a la compuerta del Triac 1, con el cual éste conduce cerrando elcircuito para la carga resistiva.Cuando la onda de voltaje pasa por cero, se desactiva el Triac, esperando otro pulsode activación en el Optoacoplador, de tal manera que, para el ciclo negativo tambiénse depende del disparo del circuito de control. Se debe notar que cuando el Optotriacconduce, activa al Triac 1, por lo cual, se desactivará automáticamente el mismo,debido a que se le cortará la alimentación puesto que la corriente recorre por dondetiene menos resistencia, es decir por el Triac 1.

Diseño:Considerando que: ILED = 30 mA e ITRIAC = 60 mA

R 1 = 210 Ω (Las mismas consideraciones que para el diseño anterior)

Para seleccionar el TRIAC:Considero un Triac con una IGmin inferior a los 60 m A de la I OPTOTRIAC y con unacorriente de conducción un poco alta IF. Entonces, se usará:ECG 5635TRIAC

VRRM = 400 V

IGTmin = 50 mA (Para el I y el III cuadrante)VGTmax = 2.5 VIHmin = 50 mAVonmáx = 1.65 VPG = 0.5 WITRIAC = 10 A

Inicialmente el OptoTriac soporta el voltaje en sus terminales, antes de laconducción, entonces, para cuando se da el disparo se tendrá:



Ω=→=−

=−

= K RmA

V V

I

V V R

TRIAC

FTRIAC 2833.180560

65.111022

Entonces, se puede utilizar el mismo valor de resistencia tanto para el segundocomo para el tercer circuito.

Se ha de indicar que la forma de onda de salida de este circuito por el carácter de lacarga, se da en cada semiciclo, es decir se activa y desactiva en un semiciclo, lo queno ocurre con la carga inductiva.

FORMAS DE ONDA:



3.2. Adicionalmente diseñar el circuito de disparo para controlar losconversores AC-AC diseñados en el punto 3.1.

Diseño del Circuito Disparador:

El circuito utilizado como señal de control, es el circuito de Disparoimplementado con el UJT, por lo cual, se tiene la siguiente forma:

De hecho, según el circuito anterior se tiene que la etapa del puente de diodos actúacomo rectificador de onda completa, lo que generará un VDC en los terminales de salida,que polariza al zener inversamente y, disipa alta potencia en la resistencia R1, entonces,se realizará de la siguiente forma:

Diseño:Sea:Vz = 15 V ( Criterio de Diseño Fuente puede ser de 10 a 30 V ).

Es recomendable que se genere el disparo del oscilador de relajación para valores entre20º a 170º, lo que garantiza que se tenga el detector de cruce por cero, eso implica, quesi esta sincronizado con la red a 60 Hz, se debe cumplir la siguiente relación:

msF

T

Hz f

66.1660

11

60

===

=

Luego: 360 16.66ms

θ t

t (20º) = 0.9259 ms

t (170º) = 7.87 ms



Para el Puente rectificador de onda completa:

V Vinp

V DC 034.99110.2.22

===π π

Considerando la relación de apagado del dispositivo η toma un valor característico:

Sea η = 0.6Entonces: Vp = ηVz + VD = 0.6 x 15 + 0.6 = 9.6 V

Sea C = 0.22 μ ( seleccionado entre 0.1 a 0.9 μF )AsumoVV = 1 VIv = 10 mA

Ip = 10 μASi:

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−−

=

Ω<<

−<<

−

−<<

−

VpVz

VvVzC RT

Se

K R

A R

mA

Luego

Ip

VpVz R

Iv

VvVz

ln´

:tambiénconsidera

540´1400

10

6.915´

10

115:

´

μ

Luego se tiene que:

710095.2

6.915

115ln*22.0ln

´−

=

⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ −−

=

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −−

= x

T

F

T

VpVz

VvVzCx

T R

μ

Para los valores de 0.925 ms y 7.87 ms se tendrá:

R´(20º) =4413.48 Ω →R´(20º) = R = 4.3 K Ω

R´(170º) = 37550.44 Ω Si R´= R + Rp

Rp = R´- R

Rp = 37550.4 – 4300 = 33250.4Ω

Para garantizar que se cumpla esta resistencia es posible utilizar un potenciómetro de 50K en paralelo con una resistencia, definida de la siguiente manera:

→ Rp = 50 K Ω

Ω=⇒Ω=→=+

K R R RP

RxP10029.992574.33250

Todos estos valores de resistencia están dentro del rango de valores permitido.

Ω=→Ω=== K RaVz

Ra 2.111.111115*6.0

10

.

10 44

η

Rb << RaRb = 100Ω



Para el cálculo de la R1 se debe considerar las corrientes que atraviesan el zener, asícomo los ramales resistivos para lo cual se cumple:

Iz = 20mA

( ) ( ) ( )

mA I

mK Rb R Rb

Vp Rb

Rb R Rb

Vp Rb Ia

mAK RVz I

R

BB B

R

19.339.919.320

9.9100

1*

8*1.0100

6.06.91001*

1.0

6.01*

6.0

.19.37.415

1

1

´

=++=

=Ω+

−=

+−

=+−

=

=Ω==

Cabe recalcar que la corriente en la rama de Ra, se la obtiene considerando el voltaje deacuerdo a lo que sucede con Vp en el capacitor, con un diodo, y Rb1, que se estimacomo el 10 % de Rbb cuando está en conducción, aunque generalmente suele ser de

alrededor de 100Ω.

Luego:

Ω=→Ω=−

=−

= K RmA I

VzV R

R

DC 7.2907.253119.33

15034.991

1

1

El Circuito Resultante es el siguiente:



Con el circuito de disparo, se controla la siguiente etapa

BIBLIOGRAFÍA:

RASHID M., Electrónica de Potencia, Pretince - Hall. Apuntes tomados en clase de Electrónica de Potencia

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