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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

Electrónica Industrial

Trabajo Colaborativo No. 1 Grupo: 299019-19

Estudiante: Pedro Luis Beltran Otero Juan Pablo Gil Leonardo Cortes Tobón Nydia Yaneth Velandia

Tutor: Angel Alejandro Rodriguez

Universidad Nacional Abierta y A Distancia Diciembre de 2014

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INTRODUCCION

Mediante la ejecución de este trabajo se realiza la introducción a la unidad 1 (convertidores AC-AC Y circuitos convertidores AC-AC), aportando de forma individual y grupal para el desarrollo del taller siguiendo las instrucciones y los recursos tecnológicos que nuestro tutor ha dejado a disposición para la elaboración de este producto. Con el diseño del circuito de control AC-AC monofásico se adentra en la unidad de manera didáctica utilizando las herramientas como el software de programación en lenguaje asembler.

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OBJETIVOS  Diseñar un circuito de control de un convertidor AC-AC monofásico (Control fase) que se alimente a 110V/60Hz para controlar el ángulo de disparo de un Triac, utilizando micro controlador.  Desarrollar el software de programación en lenguaje asembler, cumpliendo con: o Angulo de disparo 0 a 90 grados. Con intervalos de 30, 60 y 90° o Carga resistiva Lámpara incandescente de 700 w. o El Microcontrolador será PIC16F873A.  Simularse con Proteus.

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CONVERTIDORES AC-AC

En muchas aplicaciones se necesita disponer de potencia eléctrica de frecuencia, fija o variable, pero distinta característica que la suministrada por el generador que se dispone. Por tanto deberemos colocar un dispositivo entre la red eléctrica y la carga de forma que se transforme la energía eléctrica cambiando su frecuencia según sea necesario. A los convertidores directos de corriente alterna en corriente alterna de distinta frecuencia se les conoce como cicloconvertidores. Estos sistemas serán capaces de proporcionar una corriente alterna mono o polifásica de amplitud y frecuencia regulables, a partir de un generador de c.a. La misma función que realiza el cicloconversor, puede ser realizada mediante la conexión en cascada de un rectificador, controlado o no, y un inversor autónomo, pero al ser la potencia transformada por dos conversores, el rendimiento en casos de potencias elevadas será menor. En este tipo de configuración se utiliza un estado intermedio, de unión entre el rectificador y el inversor. Dicho elemento de unión, conocido como “dc link o dc bus” consiste en un condensador o un inductor para almacenar la diferencia instantánea entre la potencia de entrada y la de salida. A este conversor ac-ac con dc-link, se le conoce como “dc link converter”. La principal aplicación de los cicloconvertidores se da en el control a baja velocidad de grandes motores de c.a., donde es preciso variar la amplitud de la tensión proporcionalmente a la frecuencia. Una ventaja importante de los cicloconversores, reside en su funcionamiento con bloqueo de sus tiristores de forma natural y su carácter reversible, haciendo posible que con cargas regenerativas puedan absorber potencia de la carga y entregarla a la entrada. Su funcionamiento con conmutación natural implica que la entrada en conducción de un tiristor debe provocar automáticamente el bloqueo del que ha entrado en conducción anteriormente. Si se está en el semiciclo positivo de corriente, este bloqueo natural exige que el voltaje que se conecta sea, en el momento de la conexión, más positivo o menos negativo que el voltaje antes conectado. Si por el contrario, se está en un semiciclo negativo, los tiristores que entran sucesivamente en conducción son los del rectificador negativo. Para que al entrar en conducción uno cualquiera se bloquee el que antes estaba en conducción es necesario que la nueva tensión que se conecta sea más negativa o menos positiva. En cuanto a sus limitaciones, destacar que la frecuencia que pueden suministrar en la salida es aproximadamente inferior en un tercio a la frecuencia de la entrada, si se desea un bajo contenido armónico en la salida.

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Esquema en bloques del Circuito

Diseño en Proteus

Básicamente el circuito del convertidos AC-AC monofásico consta de tres etapas (potencia, control y detección de cruce por cero) las cuales explicaremos a continuación.

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CIRCUITO DE CONTROL

 1PIC16F873A  LCD  SELECTOR ANGULO DE DISPARO

Retraso del Angulo de Disparo El Tiempo de retraso para el Angulo de disparo en el circuito de control lo podemos calcular mediante una regla de tres conociendo de antemano que: Cada 8.33ms hay un cruce por cero cuando la frecuencia es 60hz en AC

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Si para 180° el tiempo es de 8.33ms entonces: Para 90° 180° → 90° →

8.33ms ?

→

(90° * 8.33ms)/180° = 4.165 ms

8.33ms ?

→

(60° * 8.33ms)/180° = 2.775 ms

8.33ms ?

→

(30° * 8.33ms)/180° = 1.388 ms

Para 60° 180° → 60° → Para 30° 180° → 30° →

Código PIC #include #use delay(clock=4000000) #use standard_io(a) #use standard_io(b) #FUSES NOWDT // //#FUSES INTRC_IO //Interno RC Osc, no CLKOUT #FUSES PUT //Power Up Timer //#FUSES PROTECT // #FUSES NOBROWNOUT //#FUSES MCLR // #FUSES NOLVP //No low voltage prgming, B3(PIC16) or B5(PIC18) used for I/O #FUSES NOCPD //No EE protecion //#FUSES RESERVED // #DEFINE PIN_TTRIAC1 PIN_A3 #DEFINE PIN_TTRIAC2 PIN_b2 // El programa funciona de la siguiente manera: // El circuito de conformacion de onda, conectado al pin de INT0 // hace que se genere una interrupcion en cada inicio de medio ciclo de la onda senoidal // de la red, asi para 60Hz, se generara una interrupcion cada 1/(2*60Hz)=8.33ms // Cuando se produzca la interrupcion, desde la rutina EXT_ISR // se habilitara la interrupcion INT_T0 y se cargara el registro TIMER0 con un valor "k" // Luego vendra la interrupcion por desbordamiento de Timer0, y disparara el triac, 7

// el valor de "k" se hara variar continuamente para conseguir un efecto de destello #int_TIMER0 void INT_T0(void) { output_high(PIN_TTRIAC1); output_high(PIN_TTRIAC2); delay_us(10); output_low(PIN_TTRIAC1); output_low(PIN_TTRIAC2); disable_interrupts(INT_TIMER0); } int k=0; #int_EXT void EXT_isr(void) { set_timer0(k--); enable_interrupts(INT_TIMER0); } void config (void) { setup_timer_1(T1_DISABLED); setup_timer_2(T2_DISABLED,0,1); setup_ccp1(CCP_OFF); setup_comparator(NC_NC_NC_NC); setup_vref(FALSE); enable_interrupts(INT_EXT); ext_int_edge(l_to_h);// interrupcion externa por flanco de subida setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_32);//timer con desbordamiento maximo de t=1/(2*60Hz)=8.33ms enable_interrupts(GLOBAL); disable_interrupts(Int_Timer0);//deshabilitamos interrupcion de timer 0 set_tris_b(1); set_tris_a(0); } void main (void) { config(); while(true) { // } }

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CIRCUITO DE POTENCIA

     

FUENTE 110V/60Hz TRIAC DIAC OPTOCOPLADOR LAMPARA 700W RESISTENCIA

Cálculos Sabemos que el menor ángulo de disparo es 30 y es el punto donde más valor eficaz o RMS consume la carga, entonces tenemos

α=30° Vm= 110v 9

P=700w

Según la ecuación 43 del módulo tenemos que:

Reemplazando los términos y calculando tenemos que el valor RMS sobre la carga es:

Vrms= 70.9 v Sabiendo la potencia y la tensión RMS podemos saber la Resistencia:

es decir que Entonces R= 7.18 Ahora con la Resistencia y la tensión eficaz hallamos la corriente eficaz en la fuente

Reemplazando

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Y finalmente con la corriente eficaz en la fuente hallamos la corriente media en el tiristor

Para 30 Grados

Para 0 Grados Imed= 0.060ª Para 90 Grados Imed=0,120A Con esta Corriente media podemos saber qué clase de TRIAC usar.

CIRCUITO DETECTOR DE CRUCE POR CERO

    

FUENTE 110V/60HZ 4 DIODOS TRANSFORMADOR 2 RESISTENCIAS 1 TRANSISTOR BC548

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Los detectores de cruce por cero se utilizan para detectar los tipos de señales, o diferentes significados de señales. Algo muy simple sería considerar una señal que 'en su parte positiva' indicará un 'uno lógico' y en su parte negativa un 'cero lógico'. El detector de cruce por cero es parte del circuito de detección 'por nivel' para determinar si se ha recibido un 'uno' o un 'cero'. Con señales analógicas los detectores de cruce por cero operan con formas de ondas mucho más variantes que las del caso digital, se pueden utilizar para determinar el tipo de la forma de onda, el nivel promedio de la señal, ayudar a integrar o diferenciar señales, etc. Toda aquella 'función matemática' a aplicar a la señal que requiera determinar el 'nivel de cero' de tal señal.

SEÑAL SALIDA OSCILOSCOPIO

Como podemos observar en la imagen de la simulación, se puede apreciar la señal de la tensión en la carga (color amarillo) en este caso para un ángulo de 90°. En color azul se observa la señal senoidal de la Fuente. La señal de color rosado es el 1 lógico del detector de cruce por cero y finalmente en color verde se aprecia la señal enviada al TRIAC que es el retraso para determinar el ángulo de disparo LINK VIDEO YOUTUBE: http://youtu.be/0os1FDuRass

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CONCLUSIONES

Un convertidor estático de potencia ideal permite la transferencia de energía eléctrica del generador al receptor con un rendimiento unitario (sin pérdidas).

En este tipo de conversores se controla el Vrms sobre la carga.

Los conversores AC/AC se usan para arranque suave de motores de inducción, accionamiento de motores de alterna, control de transformadores, compensación de energía reactiva, etc.

En algunas configuraciones de voltaje AC donde solo conduce un SCR al tiempo, el par de SCR en antiparalelo se puede reemplazar con un TRIAC, con este cambio los costos del sistema disminuyen.

Aislar el circuito de potencia mantiene una adecuada operación del microcontrolador

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