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4.3 Aplicaciones de Dispositivos de Potencia. Aplicaciones del SRC Interruptor estático en serie En la figura 4.3.1a se muestra un interruptor estático en serie de media onda. Si el interruptor está cerrado como se muestra en la figura 4.3.1b, durante la parte positiva de la señal de entrada fluirá un corriente de compuerta y el SCR se encenderá. El resistor R1 limita la magnitud de la corriente de compuerta. Cuando el SCR se enciende, el voltaje del ánodo al cátodo (VF) se reducirá al valor de conducción, y la corriente de compuerta se reduce en gran medida con una pérdida mínima en el circuito de la compuerta. Para la región negativa de la señal de entrada, el SCR se apagará puesto que el ánodo es negativo con respecto al cátodo. Se incluye el diodo D1 para impedir una inversión en la corriente de compuerta. Las formas de onda para el voltaje y la corriente de la carga resultantes se muestran en la figura 4.3.1b. El resultado es una señal rectificada de media onda a través de la carga. Si se desea una conducción de menos de 180°C, el interruptor se puede cerrar a cualquier desfasamiento durante la parte positiva de la señal de entrada.

Figura 4.31. Interruptor estático en serie de media onda

Control de fase de resistencia variable En la figura 4.3.2a se muestra un circuito capaz de establecer un ángulo de conducción de entre 90° y 180°C. El circuito es semejante al de la figura 4.3.1, excepto por la adición de un resistor variable y la eliminación del interruptor. La combinación de los resistores R y R1 limitará la corriente de compuerta durante la parte positiva de la señal de entrada. Si R1 se establece a su valor máximo, es posible que la corriente de compuerta nunca alcance una magnitud de encendido. A medida que R1 se reduce a partir de su valor máximo, la corriente de compuerta se incrementará a partir del mismo voltaje de entrada. De esta forma, se puede establecer la corriente de compuerta de encendido requerida en cualquier punto entre 0° y 90°, como se muestra en la figura 4.3.2b. Si el valor de R1 es bajo, el SCR se encenderá casi de

inmediato, y el resultado será la misma acción que se obtuvo con el circuito de la figura 4.3.1a (conducción durante 180°C). Sin embargo, como se indicó antes, si R1 se incrementa, se requerirá un mayor voltaje de entrada (positivo) para encender el SCR. Como se muestra en la figura 4.3.2b, el control no se puede ampliar más allá del desfasamiento de 90° puesto que la entrada alcanza su valor máximo en este punto. Si no se enciende con éste y con valores menores de voltaje de entrada en la pendiente positiva de la entrada, se debe esperar la misma respuesta en la parte de pendiente negativa de la forma de onda de la señal. La operación en este caso normalmente se conoce en términos técnicos como control de fase de resistencia variable de media onda. Es un método efectivo de controlar la corriente rms y por consiguiente la potencia

suministradas a la carga. Figura 4.3.2 Control de fase de resistencia variable de media onda.

Regulador de carga de baterías Una tercera aplicación de gran uso del SCR es un regulador de carga de baterías. En la figura 4.3.3 se muestran los componentes fundamentales del circuito. Como se indica en la figura, D1 y D2 establecen una señal rectificada de onda completa a través del SCR1 y la batería de 12 V que se va a cargar. A voltajes bajos de la batería, el SCR2 está “apagado” por razones que se explicarán en breve. Con el SCR2 abierto, el SCR1 que controla el circuito es exactamente el mismo que el control de interruptor estático. Cuando la entrada rectificada de onda completa es lo bastante grande para producir la corriente de encendido requerida en la compuerta (controlada por R1), el SCR1 se encenderá y la batería comenzará a cargarse. Al inicio de la carga, el bajo voltaje de la batería dará por resultado un bajo voltaje VR determinado por el sencillo circuito de divisor de voltaje. A su vez, el voltaje VR es demasiado pequeño para provocar conducción en el Zener de 11.0 V. En el estado “apagado” el Zener es efectivamente un circuito abierto, y mantiene el SCR2 en el estado “apagado” puesto que la corriente de compuerta es cero. Se incluye el capacitor C1 para impedir que cualquier voltaje transitorio en el circuito encienda accidentalmente el SCR2. El voltaje no puede cambiar instantáneamente a través de un capacitor. De esta manera, el C1 evita que los efectos transitorios afecten al SCR. A medida que continúa la carga, el voltaje de la batería se eleva a un punto en el que VR es suficientemente alto para encender tanto el Zener de 11.0 V como el SCR2. Una vez que el SCR2 se enciende, la representación de cortocircuito de éste dará por resultado un circuito

divisor de voltaje determinado por R1 y R2 que mantendrán V2 a un nivel demasiado pequeño para encender el SCR1. Cuando esto ocurre, la batería está totalmente cargada y el estado de

circuito abierto del SCR1 interrumpirá la corriente de carga. Por tanto, el regulador recarga la batería siempre que el voltaje se reduce e impide que se sobrecargue cuando está totalmente cargada. Figura 4.3.3 Regulador de carga de batería

Controlador de temperatura En la figura 4.3.4 aparece un diagrama esquemático de un control de calefactor de 100 W que utiliza un SCR. Está diseñado para que el calefactor de 100 W se encienda y apague por medio de termostatos. En esta aplicación, el SCR sirve como amplificador de corriente en un elemento de conmutación de carga. No es un amplificador en el sentido de que amplifique el nivel de corriente del termostato. En cambio, es un dispositivo cuyo más alto nivel de corriente es controlado por el comportamiento del termostato. Debe quedar claro que la red en configuración de puente está conectada a la fuente de ca por medio del calentador de 100 W. Esto producirá un voltaje rectificado de onda completa a través del SCR. Cuando el termostato se abre, el voltaje a través del capacitor se cargará a un potencial de encendido de compuerta mediante cada pulso de la señal rectificada. El producto RC determina la constante de tiempo de carga y disparará el SCR durante cada semiciclo de la señal de entrada, lo que permite un flujo de carga (corriente) hacia el calentador. A medida que se eleva la temperatura, el termostato conductor pondrá en cortocircuito el capacitor y así se elimina la posibilidad de que el capacitor se cargue al potencial de encendido y active el SCR1.

El resistor de 510 kÆ mantendrá entonces la corriente a un nivel muy bajo (menos de 250 mA) a través el termostato.

Figura 4.3.4 Controlador de temperatura.

Sistema de iluminación de emergencia Otra aplicación del SCR se muestra en la figura 4.3.5. Es un sistema de iluminación de emergencia de una sola fuente que mantendrá la carga de una batería de 6 V que garantice su disponibilidad y que también proporcione energía de cd a un foco cuando haya una baja de potencia. A través de la lámpara de 6 V aparecerá una señal rectificada de onda completa debido a los diodos D3 y D1. El capacitor se cargará a un voltaje un poco menor que la diferencia entre el valor pico de la señal rectificada de onda completa y el voltaje de cd a través de R2 establecido por la batería de 6 V. En todo caso, el cátodo del SCR1 está a un nivel más alto que el ánodo y el voltaje de compuerta al ánodo es negativo, lo que garantiza que el SCR no sea conductor. La batería se carga por conducto de R1 y D3 a un ritmo determinado por R1. La carga sólo ocurrirá cuando el ánodo de D3, es más positivo que su cátodo. El nivel de cd de una señal rectificada de onda completa garantizará que el foco permanezca encendido cuando la potencia esta activa. Si la energía fallara, el capacitor se descargará a través de D3, R1 y R3 hasta que el cátodo del SCR sea menos positivo que el ánodo. Al mismo tiempo, la unión de R2 y R3 se hará positiva y establecerá un voltaje suficiente de compuerta al cátodo para activar el SCR. Una vez activado, la batería de 6 V se descarga a través del SCR, energiza la lámpara y mantiene su iluminación. Una vez que se recupera la energía, el capacitor se recarga y restablece el estado no conductor del SCR1 como se describió antes.

Figura 4.3.5 Circuito de alumbrado de respaldo automático.

Aplicaciones del DIAC Detector de proximidad El uso del diac en un detector de proximidad se muestra en la figura 4.3.6. Observe el uso de un SCR en serie con la carga y el transistor de monounión programable conectado directamente al electrodo de detección o sensor.

Figura 4.3.6 Detector de proximidad o interruptor de tacto.

Cuando una persona se aproxima al electrodo de detección, la capacitancia entre el electrodo y la tierra se incrementa. El UJT programable (PUT) es un dispositivo que se encenderá (entrará al estado de cortocircuito) cuando el voltaje en el ánodo (VA) sea por lo menos de 0.7 V (para silicio) mayor que el voltaje de compuerta (VG). Antes de que el dispositivo programable se encienda, el sistema es en esencia como se muestra en la figura 4.3.7 A medida que el voltaje de entrada se eleva, el voltaje VG en el diac lo hará como se muestra en la figura hasta que alcanza el potencial de encendido. Luego se encenderá y su voltaje se reducirá sustancialmente, como se muestra.

Figura 4.3.7 Efecto de un elemento capacitivo en el comportamiento de la red de la figura 4.3.6.

Observe que el diac es en esencia un circuito abierto hasta que se enciende. Antes de que

se introduzca el elemento capacitivo, el voltaje VG será igual a la entrada. Como se indica en la figura, puesto que tanto VA como VG siguen la entrada, VA nunca puede ser mayor que VG por 0.7 V y encender el dispositivo. Sin embargo, a medida que se introduzca el elemento capacitivo, el voltaje VG comenzará a retrasarse con respecto al voltaje de entrada en un ángulo cada vez más grande, como se indica en la figura. Existe por consiguiente un punto establecido donde VA puede exceder a VG por 0.7 V y hacer que el dispositivo programable se encienda. Se establece una intensa corriente a través del PUT en este momento y se eleva el voltaje VK y el SCR se enciende. A través de la carga fluirá una corriente intensa que reacciona ante la presencia de la persona que se aproxima. Control de potencia con el triac Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente del triac, de forma que solo se aplica tensión a la carga durante una fracción de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de iluminación con intensidad variable, calefacción eléctrica con regulación de temperatura y algunos controles de velocidad de motores.

Figura 4.3.8 Circuito de control de potencia

La forma más simple de utilizar estos controles es empleando el circuito representado en la figura 4.3.8, en que la resistencia variable R carga el condensador C hasta que se alcanza la tensión de disparo del DIAC, produciéndose a través de él la descarga de C, cuya corriente alcanza la puerta del TRIAC y le pone en conducción. Este mecanismo se produce una vez en el semiciclo positivo y otra en el negativo. El momento del disparo podrá ser ajustado con el valor de R variando como consecuencia el tiempo de conducción del TRIAC y, por tanto, el valor de la tensión media aplicada a la carga, obteniéndose un simple pero eficaz control de potencia. Aplicaciones del Triac Una aplicación fundamental del triac se presenta en la figura 4.3.9. En esta capacidad, controla la potencia de ca suministrada a la carga encendiéndose y apagándose durante las regiones positiva y negativa de la señal senoidal de entrada. La ventaja de esta configuración es que durante la parte negativa de la señal de entrada se obtendrá el mismo tipo de respuesta ya que tanto el diac como el triac se pueden encender en la dirección inversa. La forma de onda resultante de la corriente a través de la carga aparece en la figura 4.3.9. Si modificamos el resistor R, podemos controlar el ángulo de conducción.

Figura 4.3.9 Aplicación de un triac: control de fase (potencia).

Aplicaciones del IGBT El IGBT es un dispositivo electrónico que generalmente se aplica a circuitos de potencia. Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. Se usan en los Variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en maquinas eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes, sin que seamos particularmente conscientes de eso: Control de motores, sistemas de alimentación ininterrumpida, sistemas de soldadura, iluminación de baja frecuencia y alta potencia. Están presentes en la circuitería de los automóviles, trenes, metros, autobuses, aviones y barcos pero también de los electrodomésticos del hogar mediante la interconexión de diversos IGBT que controlan los motores eléctricos. Generalmente es utilizado en sistemas o aparatos que requieren circuitos de electrónica realmente potentes y con velocidades de conmutación de hasta 20KHz. El IGBT ha estado en todo momento con nosotros y han sido claves en el desarrollo de la electrónica de potencia. Sistema de alimentación ininterrumpida

Figura 4.3.10 Circuito con IGBT en un sistema de alimentación ininterrumpida.

En el SAI, los IGBT son los encargados de conmutar la corriente continua que ataca las tres fases del primario del transformador, siendo por lo tanto los responsables de convertir la energía procedente de la red (o en caso de fallo de ésta, de las baterías), en una de tipo pulsante que recorre los bobinados primarios, y que es convertida en alterna en el secundario por la acción del propio transformador. Bibliografía: Anilandro (s.f.). Páginas personales de ciencia y tecnología. Recuperado de: https://sites.google.com/site/anilandro/03606-recic-sai-01 Romanovich (2015). Electrónica de Potencia/IGBT/Parámetros característicos de funcionamiento. Recuperado de: https://es.wikibooks.org/wiki/Electr %C3%B3nica_de_Potencia/IGBT/Par%C3%A1metros_caracter %C3%ADsticos_de_funcionamiento Ruslan U. (2011-2012). Ecured conocimientos de todos para todos. Recuperado de:

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