Informe Previo 4
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CURSO:
CONTROLADORES DE C.A
ALUMNO:
HORARIO:JUEVES 2-4PM
CICLO:
2018-I
ELECTRÓNICA DE POTENCIA I UNMSM
EXPERIENCIA N°4
CONTROLADORES DE C . A
I. OBJETIVO
Familiarizarse con los controladores de C.A.
PROCEDIMIENTO:
Este tipo de control se usa en aplicaciones que tienen una alta inercia
mecánica y una alta constante de tiempo térmica (por ejemplo en la
calefacción industrial y en el control de velocidad de motores).
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El principio de control por ángulo de fase se puede explicar con la figura como
referencia.
Tres semiconductores conducen a la vez (un tiristor y dos diodos) por lo que
el rendimiento del controlador se reduce.
Ventajas:
Los controladores unidireccionales: que contienen corriente de entrada de DC y un
contenido de armónicas más alto debido a la naturaleza asimétrica de la forma de onda del
voltaje de salida no se utilizan normalmente en los impulsores para motores de AC.
Entre las desventajas, está el hecho de que la corriente de entrada es menor durante el
semiciclo por lo que de haber un transformador de entrada, su núcleo podría saturarse.
Aunque el controlador de media onda puede hacer variar el voltaje de salida al variar el
ángulo de retardo α, la salida contiene un componente de cd indeseable.
DESVENTAJAS:
6. ¿Cuál es el rango de control del ángulo de retraso para los controladores monofásicos
bidireccionales?
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8. ¿Cuál es el rango de control del ángulo de retraso para los controladores trifásicos
unidireccionales?
En la práctica, los pulsos de compuerta estan formados por dos partes. El primer pulso T1
empieza en cualquier momento entre 0 y 150° y termina en wt=150°, y el segundo, que
puede empezar en wt=150°, siempre termina en wt=210°. Esto permite que la corriente
fluya a través del tiristor T1 durante el periodo 150°≤wt≤210° aumentando el rango de
control de voltaje a la salida. El rango de retraso es 0≤α≤210°.
9. ¿Cuál es el rango de control del ángulo de retraso para los controladores trifásicos
bidireccionales?
Para 0≤α<60°, dos tiristores conducen inmediatamente antes del disparo de T1. Una vez
disparadoT1, conducen tres tiristores. Un tiristor se desconecta cuando su corriente intenta
invertirse. Las condiciones se alternan entre dos y tres tiristores en conducción
Para 60°≤α<90, solo conducen dos tiristores en todo momento. Para 90°≤α<150°, aunque
conducen dos tiristores en todo momento, existen periodo en los que ningún tiristor está
activo. Para α≥150°, no hay ningún periodo para dos tiristores en conducción haciéndose
el voltaje de salida cero en α=150°. El rango del ángulo de retraso es 0≤α≤150°
10. ¿Cuáles son los requisitos de señal de compuerta de los tiristores para controladores
de voltajes de carga RL?
Las señales de compuerta de los tiristores pueden ser pulsos cortos para un controlador de
carga resistiva. Sin embargo, para cargas inductivas, estos pulsos cortos no son adecuados.
Esto se puede explicar haciendo referencia a la figura 4b. Cuando se dispara en wt=π+α el
tiristor T2, el T1 aún está conduciendo debido a la inductancia de la carga. Para el momento
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en que la corriente del tiristor T1 pasa por cero y T1 se desactiva en wt=β=α+δ, el pulso de
compuerta del tiristor T2 ha dejado de funcionar y, en consecuencia, T2 no se activara.
Como resultado, solo operara el tiristor T1, causando formas de ondas simétricas de voltaje
y corriente de salida. Esta dificultad se puede resolver utilizando señales de compuerta
continuas con una duración (π-α), tal y como se muestra en la figura 4c. En cuanto a la
corriente de T1 cae hasta cero, el tiristor T2 (con pulsos de compuerta tal y como se
muestra en la figura 4c) se activa. Sin embargo, un pulso de compuerta continuo aumenta
la pérdida de conmutación de los tiristores requiriéndose para el circuito de disparo de un
transformador con mayor aislamiento. En la práctica a fin de resolver estos problemas,
normalmente se utiliza un tren de pulsos de corta duración.
CONMUTACION FORZADA:
En algunos circuitos de tiristor, el voltaje de entrada es de cd, para desactivar al tiristor, la corriente
en sentido directo del tiristor se obliga a pasar por cero utilizando un circuito adicional conocido
como circuito de conmutación. Esta técnica se conoce como conmutación forzada y por le común
se aplica en los convertidores de cd a cd (pulsadores) y en convertidores de cd a ca (inversores). La
conmutación forzada de un tiristor se puede lograr de siete maneras diferentes, que pueden
clasificarse como:
Autoconmutación
Conmutación por impulso
Conmutación por pulso resonante
Conmutación complementaria
Conmutación por pulso externo
Conmutación del lado de la carga
Conmutación del lado de la línea
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Esta clasificación de las conmutaciones forzadas se basa en la disposición de los componentes del
circuito de conmutación y en la forma en que la corriente de un tiristor se fuerza a cero. El circuito
de conmutación está formado por lo general de un capacitar, un inductor y uno o más tiristores y/o
diodos.
AUTOCONMUTACÍÓN :
donde .
CONMUTACIÓN COMPLEMENTARIA
Se utiliza para transferir la corriente entre dos cargas; una disposición como esta aparece
en la figura 9a. El disparado de un tiristor conmuta a otro.
Cuando se dispara el tiristor T1 la carga R1 se conecta al voltaje de alimentación Vs y al
mismo tiempo se carga el capacitor C hasta Vs a través de la otra carga con R2. La polaridad
del capacitor C es como la que aparece en la
figura. Cuando se conecta el tiristor T2, el
capacitor queda colocado a través del tiristor
T1 y la carga con R2 se conecta al voltaje de
alimentación, Vs, T1 adquiere polarización
inversa y se desactiva mediante la conmutación
por impulso, una vez desactivado el tiristor T1
se vuelve a disparar, el tiristor T2 se desactiva y
el ciclo se repite. Por lo general, los dos
tiristores conducen con iguales intervalos de
tiempo. Las fonas de onda de los voltajes y las
corrientes aparecen en la figura 9b para
R1=R2=R.
tiristor T1, el capacitor se descargara a través de la carga a una velocidad determinada por
la magnitud de la corriente de carga Im.
13. ¿Cuáles son las diferencias entre la conmutación del lado de la carga y
del lado de la línea?
CONMUTACIÓN DEL LADO DE LA CARGA
La carga forma un circuito en serie con el capacitor; la descarga y carga del capacitor se
efectúan a través de la carga. El rendimiento de los circuitos de conmutación del lado de la
carga depende de la carga y los circuitos de conmutación no pueden probarse sin conectar
la carga.
17. Indicar los dispositivos de protección para los tiristores contra di/dt, dv/dt, dar
ejemplos y explicar.
PROTECCIÓN CONTRA DI/DT
Un tiristor requiere un tiempo mínimo para repartir por igual la conducción de la corriente
en las uniones. Si la rapidez de aumento de la corriente anódica es muy alta, en
comparación con la velocidad de repartición de un proceso de activación, puede
presentarse un calentamiento localizado, o "punto caliente" debido a alta densidad de
corriente, y el dispositivo puede fallar como resultado de una temperatura excesiva.
Se deben proteger los dispositivos prácticos contra una alta tasa di/dt. Por ejemplo, veamos
el circuito de la figura 7.32. Bajo operación de estado permanente, Dm conduce cuando el
tiristor TI está apagado. Si se dispara TI cuando Dm todavía está conduciendo, la tasa di/dt
puede ser muy alta, y sólo la limita la inductancia parásita del circuito.
Es posible usar más de un resistor para la tasa dv/dt y descargar, como se ve en la figura
7.33d. La tasa dv/dt se limita con R, y Cs. La suma (Rl + R2) limita la corriente de descarga,
de tal modo que:
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Al igual que ocurría en el tiristor, el paso del estado de bloqueo al estado conductor solo se
realiza por la aplicación de un impulso de corriente en el electrodo de mando; y el paso del
estado conductor al estado de bloqueo se produce por la aplicación de una tensión de
polaridad inversa, o por la disminución de la corriente por debajo del valor del
mantenimiento 𝐼𝐻 siendo este último el caso más utilizado.
Si dividimos la estructura interna del triac según un eje vertical, obtendremos los dos
tiristores que lo forman:
𝑃2−𝑁2−𝑃1−𝑁1, para tensiones de 𝐴2 positivas respecto de 𝐴1.
𝑃1−𝑁2−𝑃2−𝑁3, para tensiones de 𝐴2 positivas respecto de 𝐴1.
𝑁4 𝑦 𝑃1forman la puerta para las distintas polaridades de esta terminal. En la
Figura 4 se puede ver esta división, así como el sentido de circulación de la corriente
(representado por una flecha) para ambas mitades del elemento.
FUNCIONAMIENTO
El principal empleo del triac es como regulador de potencia media entregada a una carga,
pero debido a sus características de conducción bidireccional, solo será ventajoso respecto
al tiristor en aquellas cargas que no requieran rectificación de la corriente alterna; por
ejemplo, lámparas, radiadores eléctricos, etc; o en aquellas
que no puedan ser controladas mediante corriente continua,
por ejemplo, motores.
Control de potencia por variación del ángulo de conducción
Al igual que con el tiristor, el cebado del triac se realiza
mediante una célula R-C que introduce un desfase debido a
la constante de tiempo de carga del condensador. En el
circuito de la Figura 14 se observa que la constante de
tiempo está determinada por los valores de R + P y de C.
El funcionamiento de este circuito es bastante sencillo. En el
semiciclo positivo (A2 positivo respecto a A1), el
condensador se carga a través de R+P con la misma polaridad
que la tensión entre ánodos. Cuando se alcanza la tensión de
cebado del diac, permitiendo que el condensador se
descargue y produciendo un impulso de corriente que ceba
al triac, la tensión de este último cae prácticamente a cero,
aplicando, por tanto, toda la tensión de red a la carga.
19. Indicar algunos circuitos integrados para disparo del triac, dar ejemplo
de uso.
Desde hace unos años se ha extendido ampliamente el uso de transistores TRIACS, para el
control de cargas en corriente alterna, los mismos realizan una función de interruptor de
corriente controlado por una corriente de disparo, por lo que el mismo tiene 3 terminales
T1,T2 y G (Gate). Estos transistores han pasado a sustituir la labor que realizaban los relés
por varios motivos:
Menor coste
Menor tamaño y por tanto menos
espacio ocupado en placa PCB
Mayor versatilidad, ya que el relé
permitía el paso de corriente o la
cortaba, el TRIAC permite a parte de
esto el paso de una parte controlada
de la onda alterna, pudiéndose
regular la cantidad de onda (un
ejemplo es su uso en los reguladores
de luz caseros).
Mayor velocidad de conmutación
que un relé y menor desgaste, lo que
amplía su durabilidad.
conducir al foto triac a través de R2 tomando la tensión del ánodo del triac de potencia.
Este proceso produce una tensión de puerta suficiente para excitar al triac principal que pasa
al estado de conducción provocando el arranque del motor.
Aplicaciones
Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas ventajas sobre
los interruptores mecánicos convencionales y los relés.
CONCLUSION:
Los controladores AC-AC tiene como finalidad suministrar tensión y corriente alterna
variable a partir de una fuente alterna. Su operación se basa en la conexión y desconexión
a intervalos regulares de la fuente sobre la carga.