Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11 MSC Ing. Carlos A Zambrano G

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1 U N E X P O UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE VICE-RECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA Práctica de laboratorio No 3 Estudio del SCR. Control de fase con SCR. Rectificador Controlado Monofásico de media onda Introducción. El rectificador controlado de silicio (SCR) es el más tradicional y antiguo de los tiristores. Su estudio es muy importante por su robustez e innumerables aplicaciones en convertidores de potencia, sistemas de protección, control de velocidad, entre muchas otras. Conocer en detalle su funcionamiento, parámetros del fabricante y características nos ayudará a entender mejor su comportamiento y a lograr aplicaciones más seguras. I.- Objetivos específicos. Describir los parámetros del fabricante de SCR. Explicar el comportamiento del SCR en corriente directa. Explicar el comportamiento del SCR en corriente alterna. Verificar el funcionamiento del control de fase. Señalar diversas formas de aumentar el ángulo de conducción de un tiristor. II.- Preparación previa. El estudiante deberá consultar los siguientes tópicos:.- Parámetros del fabricante de SCR. Revisar en manuales de fabricantes (Semikron, I/O Rectifier, ON Semiconductor, o algún otro) los parámetros más relevantes de los SCR: V DRM, V RRM, I H, V TM, I TM, dv/dt, I GT, V GT, Ton, Toff, I DRM.- Control de fase con SCR. Repasar los fundamentos del control de potencia mediante control de fase para rectificadores de media onda. Cálculos de valores promedio y eficaz de corriente y tensión..- Estudie el circuito de control de la figura No 1. Determine en forma analítica el máximo valor de P que permite mantener enganchado el tiristor. Determine además el máximo valor de R G que permite activar el tiristor (para esto asuma P = 0)..- Estudie el circuito de control de la figura No 2. Determine en forma analítica el rango de control de α (rango de variación de α que permite obtener variaciones de potencia en la carga). Obtenga en forma teórica una expresión del rango de variación del potenciómetro P para ajustar el máximo rango de variación de α. Para ello tenga presente la Igt del tiristor..- Estudiar los fundamentos del rectificador controlado de 1/2 onda con carga resistiva pura y con carga R-L (expresiones de tensión, corriente y potencia en la carga)..- Estudio de la unidad de disparo por conteo digital. Esta unidad genera pulsos de disparo que se pueden ajustar desde 0 rad hasta rad (teóricamente), según se ajuste la posición del potenciómetro P. Consta de un grupo de contadores digitales que retrasan o adelantan su conteo según se requiera ajustar el instante de disparo. La salida de esta unidad de disparo (UC) es del tipo dual ya que fue diseñada para activar dos tiristores en una configuración tipo puente (Completo o Incompleto). Ambos pulsos de disparo están sincronizados con los semiciclos positivo y negativo de la red y se debe prever polarizar cada tiristor en forma sincronizada con sus pulsos de disparo. Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11

2 .- Utilizando el software de simulación PSIM, simule el circuito a implementar en la figura 3 de la práctica y obtenga las ondas requeridas. El simulador no incluye la unidad de disparo por conteo digital, escoja usted la unidad de disparo y conéctela al circuito de potencia y carga. III.-Material a utilizar. Cant. Descripción Valor Disp. en Lab.? Sí No 01 Unidad de disparo (UC) Lámpara 110Vrms/100Watts 01 Transformador aislamiento 1:1 01 Transformador variable (VARIAC) 0 150Vac/ 5 A 01 Inductor 76 mh 01 Lámpara 12Vdc/1 A 01 SCR, C106 o equivalente 4A/ 400V Componentes según esquemas IV.- Actividad de Laboratorio. La práctica a desarrollar estará basada en tres montajes diferentes que nos permitirán estudiar los parámetros del SCR, realizar un control de fase básico y finalmente estudiar el comportamiento de un rectificador controlado de media onda basado en una unidad de control que utiliza la técnica de conteo digital. a) Comportamiento del SCR en corriente directa. a.1) Realice el montaje del circuito mostrado en la Figura 1. La carga R L es una lámpara de 110V/100W. Figura 1 Ensayo de SCR en corriente directa. Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11

3 a.2) Escoja R G de 2KOhms. Para estas condiciones calcule la corriente de puerta cuando cierre el interruptor Sw1.Se activará el tiristor? Justifique su respuesta. PRECAUCIÓN: Antes de energizar realice los cálculos de corriente y potencia máxima del tiristor. a.3) Coloque el potenciómetro P a cero Ohms. Cierre el interruptor y observe la carga. Mida las corrientes I AK (I 1 ) e Ig (I 2 ). a.4) Abra el interruptor y observe la carga. Comente. a.5) Reduzca la tensión de la fuente a 6Vdc. a.6) Aumente progresivamente el valor de potenciómetro P hasta lograr apagar la carga. Mida el valor de I AK justo al apagarse la carga. Comente. a.7) Cambie la resistencia R G por otra de 270 KOhms. a.8) Con la fuente en 12Vdc, cierre el suiche. Observe la carga y comente. b) Unidad de disparo por control de voltaje AC. b.1) Realice el siguiente montaje para un control de disparo por voltaje AC. Figura 2 Unidad de disparo AC b.2) Ajuste con el Variac un voltaje de entrada Vin de 60Vrms. b.3) Conecte como carga una lámpara de 110Vac /100 Watts. Verifique el control de potencia en la carga, ajustando el potenciómetro P y observando el efecto en la carga. PRECAUCIÓN: Antes de energizar, calcule la corriente y la potencia máxima en la carga e indique para qué ángulo de disparo se consigue. b.4) Ajuste un ángulo de disparo a 45º. Obtenga las formas de onda de la carga (Vo), la compuerta (V GK ) y tensión en el tiristor (V AK ) todas respecto a Vin. Indique claramente los ángulos de activación α, apagado β y conducción γ, del tiristor. b.5) En qué rango se puede variar el ángulo de disparo en este circuito? c) Unidad de disparo por conteo digital. Precaución: las salidas de disparo de la UC No están aisladas, usted debe realizar el acoplamiento entre ellas y las compuertas de los tiristores. Precaución: Usted debe estimar que tiristor debe utilizar para manejar esta carga, debe considerar para esto los máximos rangos según el circuito. Resuma las características más importantes del tiristor y del opto acoplador a utilizar. c.1) Verifique el funcionamiento de la unidad de control; para ello alimente desde la red y sin carga conectada observe simultáneamente los pulsos de salida por un canal del osciloscopio y la señal de salida del transformador ( + 12V, - 12V ) por el otro canal. Ver figura 3. Ajuste el ángulo con el potenciómetro P. Verifique un rango de control Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11

4 aproximado de 0 a 180 en la salida A ( Pin 6) y otro rango de control de 180 a 360 en la salida B (Pin 3) Figura 3 Rectificador Controlado de media onda con UC. c.2) Control de potencia en una carga resistiva. c.2.1) Alimente la UC con una tensión Vin de 110Vrms y ajuste el ángulo al máximo valor, mediante el potenciómetro P. c.2.2) Conecte el circuito de potencia a la UC. La carga utilizada será una lámpara de 220V/200W, disminuya y observe el efecto en la carga. Cuál es el rango de control? c.2.3) Cambie la resistencia de carga por el reóstato de 2100 watts y ajústelo a 100 Ohms. c.2.4) Ajuste igual 90 y grafique: Vin, Vo, Vak, V GK y los pulsos de disparo (V A ). c.2.5) Ajuste igual 45 y grafique: Vin, Vo, Vak, V GK y V A. c.2.6) Ajuste =0 y mida los valores eficaz y promedio de tensión y corriente en la carga. c.2.7) Calcule para =0 los valores de corriente y tensión eficaz y promedio. Compare con los valores medidos. c.3) Control de potencia en una carga R-L. c.3.1) Agregue un inductor de unos 76mH en serie con el reóstato a 100 Ohms. Cuál es el rango de control? Varia respecto al del caso c.2? c.3.2) Ajuste = 90 y grafique: Vin y Vo. c.3.3) Ajuste = 45 y grafique: Vo. Comente acerca del ángulo de conducción y el ángulo del apagado β del tiristor. c.3.4) Ajuste ahora = 0, mida la corriente y la tensión eficaz y promedio en la carga. Compare estas mediciones con las obtenidas en el aparte c.2. Con ayuda del osciloscopio obtenga Vo, V R y V L. Mida con la mayor precisión posible el ángulo de apagado β. Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11

5 c.3.5) Tomando en cuenta los valores de la carga, Vin y = 0, calcule el ángulo β y compárelo con el obtenido con el osciloscopio. c.3.6) Agregue un diodo de descarga al circuito. Varíe el ángulo a lo largo de todo el rango de control y observe Vo. Comente acerca del ángulo de conducción. V.-Actividad Post-Laboratorio. Comente acerca del efecto de la inductancia en la corriente y tensión de salida. Comente acerca del efecto en la carga al variar el ángulo α. Es posible lograr que el tiristor funcione en modo continuo? Diga cuál sería la condición para lograrlo. Comente acerca del efecto del diodo de descarga. Indique cuál sería el inconveniente práctico de este rectificador de media onda si se acopla a la red mediante un transformador. Para la unidad de disparo por Control de Voltaje AC, que cambios se podrían realizar para lograr un control de fase desde 0 hasta 180 º? Tiene Ud. libertad de realizar las conclusiones más completas posibles analizando todas y cada una de las experiencias realizadas. Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11

6 Informe de Laboratorio de Electrónica Industrial Hoja de respuestas (Responda en secuencia según la guía de laboratorio) Integrantes: Sección: Grupo: Práctica N : 3 Fecha: Pre laboratorio: Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11

7 Esquemas de circuitos utilizados y descripción de funcionamiento: Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11

8 Laboratorio: Parte a a.2) a.3) I AK= Ig= a.4) a.6) a.8) Parte b b.3) b.4) α: 45 I AK= I = P = α = Vin, V O (Volt/div: ) (Time/div: ) V GK, V AK (Volt/div: ) (Time/div: ) b.5) Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11

9 Parte c c.2.2) c.2.4) α: 90 Vin, V O (Volt/div: ) (Time/div: ) V AK, V GK, V A (Volt/div: ) (Time/div: ) c.2.5) α: 45 Vin, V O (Volt/div: ) (Time/div: ) V AK, V GK, V A (Volt/div: ) (Time/div: ) c.2.6) Vo= Vo R= Io= I OR = Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11

10 c.2.7) Vo= Vo R= Io= I OR = c.3.1) c.3.2) c.3.3) α: 90 α: 45 Vin,Vo (Volt/div: ) (Time/div: ) Vo (Volt/div: ) (Time/div: ) c.3.4) Vo= Vo R= Io= I OR = c.3.5) c.3.6) β= β= Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11

11 Post Laboratorio: Práctica de laboratorio # 3 Laboratorio de Electrónica Industrial EL /11

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