UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA INFORME DE LABORATORIO EXPERIENCIA 1 DISPARO DEL TIRISTOR CON COMPONENTES DISCRETOS CURSO: ELECTRÓNICA DE POTENCIA (ML839-A) SECCION: A DOCENTE: ING. AREVALO MACEDO ROBINSON DOILING INTEGRANTES: OJEDA VALERA, ALEJANDRO JAVIER 20162106C PEREZ BUSTAMANTE, JOSE ANGELO 20152564I IRIGOIN CORRA, JOSSEPH MICHAELL 20164118I FECHA DE EXPERIMENTACIÓN: 04 de septiembre del 2019 FECHA DE PRESENTACIÓN: 11 de septiembre del 2019 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” INDICE OBJETIVOS ............................................................................. 2 FUNDAMENTO TEORICO .................................................... 3 MATERIALES ......................................................................... 8 PROCEDIMIENTO ................................................................. 9 CUESTIONARIO................................................................... 11 OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES ...................12 CONCLUSIONES ..................................................................12 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................13 1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” DISPARO DEL TIRISTOR CON COMPONENTES DISCRETOS OBJETIVOS Comprobar experimentalmente el disparo de un tiristor con elementos discretos y este está conectado a una carga. Armar circuitos de activación de un tiristor y observar las ventajas y desventajas de cada uno de ellos. 2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” FUNDAMENTO TEORICO ¿Qué es un Tiristor? El tiristor es un semiconductor de potencia que se utiliza como interruptor, ya sea para conducir o interrumpir la corriente eléctrica, a este componente se le conoce como de potencia por que se utilizan para manejar grandes cantidades de corriente y voltaje, a comparación de los otros semiconductores que manejan cantidades relativamente bajas. Cuando se habla de tiristores comúnmente se cataloga al tiristor como un SRC (silicon controlled rectifier), pero esto no es del todo correcto ya que este tipo es el más popular y conocido, pero no es el único que existe. ¿Cómo funciona un tiristor? Los tiristores están conformados por 3 terminales un ánodo, un cátodo y una compuerta o mejor conocida “gate”, su funcionamiento se asemeja al de un relevador o un interruptor mecánico, Ya que cuando aplicamos una corriente a la terminal gate este se activa y obtiene la característica de dejar pasar a la electricidad. En esta experiencia se usará el tiristor SCR. Un SCR actúa a semejanza de un interruptor. Cuando está condicionado o encendido (ON), hay una trayectoria de flujo de corriente de baja resistencia del ánodo al cátodo. Actúa entonces como un interruptor cerrado. Cuando está apagado 3 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” (OFF), no puede haber flujo de corriente del ánodo al cátodo. Por tanto, actúa como un interruptor abierto. Dado que es un dispositivo de estado sólido. Cuando la forma de onda de la tensión alterna, cae sobre una carga en forma completa, esto es sin ningún tipo de recorte, sobre la carga aparece una corriente, con lo cual se genera potencia sobre la carga; si de alguna manera se recorta la forma de onda de la tensión alterna, esto es lo mismo que decir se controla la fase, asi como su nombre lo sugiere, el SCR es un rectificador, por lo que pasa corriente solo en los ciclos positivos de la fuente de ca. El semiciclo positivo es el semiciclo en el que el ánodo del SCR es más positivo que el cátodo. Esto significa que el SCR no puede estar encendido más de la mitad del tiempo. Durante la otra mitad del ciclo, la polaridad de la fuente es negativa, y la polaridad negativa hace que el SCR tenga la polarización inversa, evitando el paso de cualquier corriente de carga. Tiristor rectificador de silicio(SCR) El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier) es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor. Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. Trabajando en corriente alterna el SCR bloquea el paso de la corriente en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito. 4 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” 5 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” Curva característica del tiristor SCR La curva característica tensión-corriente de un SCR típico operando en condiciones normales de temperatura se ilustra en la Figura 1.6a. Esta es una gráfica que relaciona la corriente de ánodo iA, en función de su tensión ánodo-cátodo, sin señal de compuerta, iG = 0. Aquí se puede observar que cuando vAK es positiva (primer cuadrante) el SCR bloquea la corriente directa, tiene una elevada resistencia y permanecerá en su estado de corte hasta alcanzar la tensión de ruptura directa V(BO)O, punto en el cual el SCR trasciende a su estado de alta conducción. En la zona segmentada de la curva v-i, denominada zona de transición o zona de resistencia negativa es cuando se produce la regeneración positiva, expuesta en la sección 1.3.4. Observe como vAK cae bruscamente seguido de un gran aumento de la corriente iA. La región entre vAK = 0 y vAK V(BO) se conoce como región de bloqueo directo. La tensión a la cual cae los terminales ánodo-cátodo se denomina voltaje de trabajo, VT, y su valor estará entre 1V ó 2V según lo especifique el fabricante. La región de alta conducción tiene un límite superior de corriente la cual se restringe por la potencia nominal del SCR y un límite inferior denominado corriente de mantenimiento (Holding current) IH, que se define como: “La corriente mínima que debe circular a través de los terminales ánodo-cátodo del SCR para mantenerlo en su estado de conducción”. Si “iA” cae por debajo de IH el dispositivo regresará a su estado de corte comportándose nuevamente como un interruptor abierto. En cuanto al tercer cuadrante de la Figura 1.6a, cuando vAK < 0, el SCR tendrá dos uniones PN polarizadas en inverso, J1 y J3, y fluye una pequeña corriente de pérdida. Cuando vAK excede a VRROM (Tensión de Ruptura en Inverso, ver sección 1.7, rangos de voltaje) causa el fenómeno de avalancha e iA aumenta rápidamente produciendo posibles daños o deterioros del dispositivo. Note por otro lado su similitud con la de un diodo de unión polarizado en inverso. Con relación al primer cuadrante, se observa que la tensión de ruptura directa VBO, se reduce notablemente conforme IG se incrementa desde cero a través de valores cada vez mayores. Esto significa que un SCR puede llevarse a conducción con vAK directo relativamente bajo, insertando en su compuerta una IG adecuada. Para el tercer cuadrante se ve que un aumento de IG, cuando vAK es negativo, genera un incremento, no deseado, de la corriente inversa de pérdida. Esta situación se elimina asegurando, en el diseño, que la señal de compuerta no se genere cuando vAK < 0. 6 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” Pero este no es el único tipo de tiristor, existen muchos, tales como: Bidireccionales controlados por fase (BCT) Fototiristor (LASCR) Triodo bidireccional (TRIAC) De conducción inversa (RCT) Controlado por MOSFET (MCT) De desactivación por compuerta (GTO) Controlados por FET-CTH MTO ETO Conmutados por compuerta integrada (IGGT) 7 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” MATERIALES Ilustración 1 Ilustración 2 Ilustración 3 osciloscopio digital Tiristor BT151F PROTOBOARD Ilustración 4 Ilustración 5 Resistencias de 10 Ohm y 2W de potencia Foco con su sokect Ilustración 7 Ilustración 8 Ilustración 9 Condensadores de 0.22uF, 88nF y 0.02uF Multímetro digital Interruptores SW Ilustración 6 Potenciómetro de 100k y 2W de potencia 8 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” PROCEDIMIENTO Armamos el circuito de activación del tiristor pedido en la guía de laboratorio: SW 1 FO C O 10k R1 2N3669 220Vac 60Hz 100k Rp SW 2 Simulando en Proteus tenemos: 9 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” Entonces, usamos como valor de R1= 3 resistencias de 10k cada una, un potenciómetro industrial de 100k un foco de 100 watt y finalmente un Tiristor BT151F 10 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” CUESTIONARIO 1. Cual es la diferencia entre el primer y el segundo circuito La diferencia que se presenta en ambos circuitos es la presencia del capacitor. Lo que hace que altere el tiempo en la gráfica correspondiente, podemos apreciar que el Ilustración 1 Circuito sin capacitador Ilustración 2 Circuito con capacitador 0.22 uF 2. QUÉ SUCEDE CON LA LÁMPARA CUANDO AUMENTA EL VALOR DE Rp EN AMBOS CIRCUITOS Si aumentamos el valor del Rp provocará una disminución en la luz que genera la lámpara hasta apagarse por completo esto se debe al poco voltaje que se le entrega pues si el Rp es alto, el suministro de voltaje debe llegar más alto para entregar suficiente corriente de compuerta para disparar el SCR. Esto incrementa el ángulo de retardo de disparo y reduce la corriente de carga promedio. 3. SEGÚN SU OPINIÓN CUÁL DE LOS 2 CIRCUITOS DE DISPARO ES EL RECOMENDABLE ¿POR QUE? Se aprecia que el ángulo de disparo en el segundo circuito es más amplio pues en el primer circuito de disparo sencillo está en que el ángulo de retardo de disparo solo puede ajustarse entre 0° y 90°, por lo que se puede trabajar con más medidas por ende este es mejor 4. ¿QUÉ DIFICULTADES ENCONTRÓ PARA REALIZAR ESTE EXPERIMENTO? SUGIERA QUE CAMBIOS SE PODRÍAN HACER PARA MEJORARLO 11 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” El inconveniente más notorio fue el de conectar el potenciómetro pues una mala conexión genera como resultado valores no correspondientes en las gráficas y también un daño irreversible en el tiristor lo recomendable para este experimento es conocer el tipo de potenciómetro que se tiene para hacer una buena conexión también se debe tener conocimiento en cada entrada del tiristor y un cuidado al momento de conectar pues se encuentran muy cerca y una mala conexión generaría cortocircuito dañando el tiristor. OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES Podemos ver que en el segundo circuito, el condensador provoca un mayor rango de tiempo para que la lámpara empiece a funcionar. En el armado del primer circuito, hubo un problema al momento de medir el voltaje entre los bordes de la lámpara ya que provocamos un cortocircuito con las pinzas del multímetro siendo el tiristor el único componente dañado. Para la medición del voltaje del segundo circuito, notamos medidas erróneas debido a que nuestro tiristor se había quemado por cortocircuito Se recomienda tener una perilla para cambiar la resistencia en el potenciómetro de manera más rápida para tomar los datos, debido a que el potenciómetro común solo puede 1min aprox con el circuito encendido. Otra opción que tomamos fue comprar un potenciómetro industrial con mayor disponibilidad. CONCLUSIONES Uno de los mejores usos del tiristor es como protector del circuito si empezamos a armar un nuevo circuito, pudiendo proteger equipos de valores más cuantiosos o difíciles de conseguir. Para aumentar el tiempo de disparo se recomienda instalar un condensador en el circuito, mientras mayor sea la capacitancia, mayor sera el tiempo de disparo del tiristor. 12 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA ML 839 “A” BIBLIOGRAFÍA https://www.academia.edu/17012868/Electronica_Industrial_Moderna_5t a_Edicion_-_Timothy_J._Maloney http://mrelbernitutoriales.com/scr-control-fase-potencia/ https://html.alldatasheet.com/htmlpdf/476377/COMSET/BT151/214/1/BT151.html http://axdesarrollos.blogspot.com/2013/09/ 13