1 Tablero maestro 1 Tarjeta de circuito impreso EB Multímetro 1 Osciloscopio 1 Generador de funciones Tabla 1.1. Materiales y equipo.

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1 Contenido Facultad: ingeniería Escuela: Ingeniería Electrónica Asignatura: Electrónica industrial Curvas de operación del SCR. Objetivos Específicos Determinar las características físicas y eléctricas de un tiristor. Conectar el SCR para que conduzca en forma directa. Determinar la corriente de mantenimiento. Determinar la tensión y corriente de disparo. Medir el ángulo de disparo en los circuitos de control de fase. Material y Equipo Cantidad Descripción 1 Tablero maestro 1 Tarjeta de circuito impreso EB Multímetro 1 Osciloscopio 1 Generador de funciones Tabla 1.1. Materiales y equipo. Introduccion Teorica Los tiristores son una familia de dispositivos semiconductores usados para controlar la cantidad de potencia que entrega a cargas eléctricas. El rectificador controlado de silicio (SCR) es un tiristor. El SCR consiste en cuatro capas p y n alternadas, como se muestra en la Figura 1.1 a). En la Figura 1.1 b) se muestra en el símbolo del SCR. Figura 1.1. Estructura interna y símbolo del SCR Página 1

2 En la Figura 1.2 a), el SCR se conecta a un circuito de prueba que daría polarización directa a un diodo de juntura P-N común. El SCR es diferente y no conducirá. El SCR ideal actúa como el circuito abierto de la Figura 1.2 b) y está en el estado OFF. En la Figura 1.3 a) se ha agregado un circuito de disparo para suministrar una pequeña corriente de compuerta para poner el SCR en ON, actúa como un diodo de polarización directa. Si se lo considera como ideal, actúa como el cortocircuito de la Figura 1.3 b). Es necesaria la corriente de compuerta para poner al SCR en ON. Figura 1.2. Polarización del SCR. Figura 1.3. Circuito de disparo y de operación para el SCR. En la Figura 1.4 a), el conmutador del circuito de disparo que suministra la corriente de compuerta se abre y la corriente de compuerta cae a cero amperios. El SCR no se apaga. La corriente de compuerta es necesaria para encender el SCR, pero no es condición necesaria para mantenerlo conduciendo. Para poner el SCR en OFF, la fuente de tensión en Vs1 debe estar apagada como se muestra en la Figura 1.4 b). El SCR se pone en OFF al eliminar la fuente de tensión que suministra la potencia a la carga (R1). Si se reduce gradualmente el valor de tensión Vs1, la corriente provista a la carga decrecerá. Cuando la corriente disminuye por debajo de un valor denominado corriente de mantenimiento, el SCR se pondrá en OFF aún cuando la tensión Vs1 no sea cero. Figura 1.4. Circuitos de disparo para el SCR. Curva característica V I del SCR. En la Figura 1.5 se muestra la curva característica del SCR. Cuando el SCR tiene polarización inversa, actúa como un diodo común, con su pequeña cantidad normal de corriente de fuga (también llamada corriente de Página 2

3 escape o pérdida ). Cuando se aumenta la tensión inversa, también llegara a la ruptura, como un diodo. También actúa como un diodo con polarización directa entre los puntos D y E. Para valores altos de corriente de compuerta, tales como el punto C de la Figura 1.5, el SCR se pondrá en ON (o disparará) al valor bajo de la tensión V B de ánodo a cátodo a lo largo del eje horizontal. Cuando disminuye la corriente de compuerta, tal como el punto B de la Figura 1.5, la tensión V B de ánodo a cátodo tendrá un valor mucho más alto antes que el SCR se ponga en ON. Figura 1.5. Curva característica V I del SCR. Si la corriente de compuerta es cero, el SCR aún se pondrá ON sí la tensión se aumenta a la tensión directa de transición conductiva (o tensión de Irrupción) en V A para poner disparar un SCR se requiere una combinación de corriente de compuerta y de corriente de ánodo a cátodo. Operación CA. Los SCR se usan a menudo en circuitos de CA, para controlar la potencia entregada a las cargas. En la Figura 1.6 la fuente de alimentación V AC es de 120 V AC. El circuito RC produce un corrimiento de fase entre la tensión de entrada V AC y la tensión entre los bornes del condensador. La tensión entre los bornes del condensador provee la corriente de compuerta. Dado que el SCR está encendido por una combinación de tensión de entrada y corriente de compuerta, el tiempo de disparo puede ser controlado ajustando la resistencia para cambiar la relación de fase de las dos tensiones. La tensión en el condensador estará atrasada con respecto a la tensión de entrada V AC. Por medio de este método puede cambiarse el ángulo de disparo sobre una gama de 180º hasta 360º. El diodo se usa para bloquear la tensión de compuerta durante el semiciclo negativo. En la Figura 1.6 c), la resistencia se ajusta de modo que el SCR pase a ON entre 0 y 90º. En este diagrama el ángulo de disparo es de 40º dado que el SCR está en ON durante ésta parte del primer semiciclo, la corriente circulará a través de la lámpara y ésta se iluminará. En la Figura 1.6 d), el SCR pasa a ON entre 90º y 180º a un ángulo de disparo de 150º. Debido a que la tensión se aplica al SCR durante una pequeña parte del ciclo, la lámpara se pone débil. El ajuste de la resistencia para controlar el ángulo de fase controla a su vez la cantidad de potencia entregada a la lámpara. Página 3

4 Figura 1.6. Control de fase del ángulo de disparo. Procedimiento Parte I. Características de conducción directa. 1. Introduzca la tarjeta EB-112 al módulo PU-2200 por medio de las guías hasta el conector. 2. Encienda el tablero maestro. 3. Busque el circuito de la Figura 1.7 en la tarjeta EB-112. Figura 1.7. Circuito del SCR. Página 4

5 4. Ajuste la fuente de poder PS-2 a 0V. Importante: V2 es la salida invertida de la fuente de poder PS Aumente la tensión de la fuente de poder PS-1 hasta obtener una lectura V = 11 Voltios en el voltímetro. 6. Mida la corriente anódica I F. I F = µa. 7. Implemente el circuito de medición de la Figura 1.8. Figura 1.8. Circuito para medir la característica de conducción. 8. Ponga la fuente de poder PS-1 en su valor mínimo. Ajuste la tensión V 2 a su valor máximo. 9. Aumente la tensión de la fuente de poder PS-1 para obtener una corriente máxima I F = 100mA. Mida la tensión V F del SCR y anote su valor en la Tabla Reduzca la corriente anódica a 75 ma variando la fuente de poder PS-1 y anote la tensión del SCR en la Tabla Continúe reduciendo la corriente del SCR a los valores de la Tabla 1.2 y anote las tensiones V F correspondientes. Ha cambiado mucho V F? Por qué razón?. I F (ma) V F (V) Tabla 1.2 Página 5

6 Parte II. Corriente de mantenimiento: I H. 1. Use el circuito de la Figura 1.9 y ajuste la tensión de PS-1 en 11V y V 2 en 0V. Dispare el SCR variando V 2 al valor máximo. 2. Disminuya el valor de PS-2 (V2) a 0V. 3. Ajuste el potenciómetro P 1 a distintos valores para disminuir la corriente. 4. Anote el valor de la corriente del SCR en la cual deja de conducir. 5. Repita el proceso varias veces para que la lectura sea correcta. Anote el valor obtenido de corriente de mantenimiento. I H = ma. Nota: cada SCR posee una corriente de mantenimiento. Parte III. Tensión y corriente de disparo: V GT e I GT. 1. Con el mismo circuito de la Figura 1.9 se realizara esta parte, asegúrese de que todos los elementos estén debidamente conectados. 2. Conecte el amperímetro a la compuerta. Ponga a P 1 en su valor mínimo, a PS- 1 en 11V y a V2 en 0V. 3. Compruebe que el SCR no esté conduciendo (que I GT sea O ma). 4. Pregunta: Si el SCR no conduce, qué valor tiene V F?. Figura 1.9. Medición de I H,V GT e I GT. Página 6

7 5. Aumente lentamente el valor de V 2 y anote los valores de V GT e I GT en el instante de transición a la conducción. Anote los valores en la Tabla 1.3. Repita la medición varias veces para obtener valores precisos. V GT (V) I GT (ma) Tabla 1.3 Parte IV. Control de fase. 1. Arme el circuito de control de fase de Onda completa que se muestra en la Figura Figura Control de fase por carga de capacitor. 2. Conecte una onda senoidal de 60 Hertz a la entrada "SG in y ajuste la amplitud al valor mayor que no cause distorsión a la forma de onda. 3. Estabilice la onda en la pantalla del osciloscopio y obtenga una escala para las mediciones del ángulo de disparo. Página 7

8 4. Varíe la posición de RV2 de un extremo al otro. Examine y registre el rango de variación del ángulo de disparo: Mínima: grados. Máxima: grados. 5. Ajuste RV2 para que el ángulo de disparo sea de 60 grados. Dibuje la forma de onda en el ánodo y en el cátodo. 6. Mida y anote la tensión efectiva en la carga: V L1 = V. Página 8

9 7. Repita la medición anterior para ángulos de: 90º, 125º, 150º y 180º. Para 90º. VL1 = Voltios. Para 125º. VL1 = Voltios. Página 9

10 Para 150º. VL1 = Voltios. Para 180º. VL1 = Voltios. Página 10

11 Análisis de resultados 1. Presente las formas de onda en papel milimétrico (o en las plantillas de la guía), correspondientes a la Parte IV y explíquelas separadamente. 2. Explique detalladamente cada experimento realizado en la práctica. 3. Cuál es la función del capacitor en la Figura 1.10?. 4. En referencia a los datos obtenidos de la tabla 1.3 Qué le sucederá a V F en el instante de transición?. Investigacion complementaria 1) Presente los datos técnicos del SCR utilizado. 2) Presente en circuito de disparo de SCR por medio de una red RC, así como las ecuaciones que relaciona corrientes y tensiones en los terminales del SCR en función del tiempo. 3) Presente la simulación de la Figura 1.10 para ángulos de disparo de 75º, 120º y 135º (Circuit Maker o SPICE). Bibliografía o Savant, J.C. Diseño Electrónico. Adisson Wesley 2ª. Edición México o DEGEM Systems. Curso EB-112: Electrónica Industrial. Inter Training Systems o Boylestad, Robert.. Electrónica: Teoría de Circuitos. Prentice Hall. 2ª. Edición México Página 11

12 Facultad: ingeniería Escuela: Ingeniería Electrónica Asignatura: Electrónica industrial Guía 1. El SCR. Alumno: Puesto No: Docente: GL: Fecha: CONOCIMIEN TO (1) EVALUACION % Nota 20% Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos durante la evaluación previa de la práctica. Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos APLICACIÓN DEL CONOCI- MIENTO 20% ACTITUD TOTAL 20% 20% 10% 10% 100% Un porcentaje de mediciones, entre el 0% y 45% son satisfactorias en términos de exactitud y precisión esperadas.(2) La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria es insuficiente. No tiene la habilidad de utilizar el osciloscopio. Se ha tardado un tiempo mucho mayor al esperado para realizar la práctica. No tiene actitud proactiva para realizar las mediciones durante la práctica. Un porcentaje de mediciones, entre el 45% y 75% son satisfactorias en términos de exactitud y precisión esperadas. (2) La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria contiene menos elementos de lo solicitado. Utiliza el osciloscopio con dificultad, eventualmente no ajusta los controles adecuadamente al primer intento. Se ha tardado un tiempo poco mayor al esperado para realizar la práctica. Su actitud es parcialmente proactiva para realizar las mediciones durante la práctica. Un porcentaje de mediciones, entre el 75% y 100% son satisfactorias en términos de exactitud y precisión esperadas. (2) La información brindada en los reportes, tareas e investigación complementaria es suficiente. Utiliza el osciloscopio adecuadamente. El tiempo de realización de la práctica es mejor que el esperado. Muestra claramente una actitud proactiva para realizar las mediciones durante la práctica. (1) Relativos a parámetros eléctricos de disparo, corriente de mantenimiento y otras características de la función de transferencia del SCR. (2) Para los valores de corriente, ángulos de disparo y oscilogramas solicitados. Página 12