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• Fabián Cubillos

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LABORATORIO 4 ELECTRÓNICA DE POTENCIA

1

Convertidores AC/AC.

4.2

Omar Alexander Cristiano Chacon, 20171372017, Jorge Eduardo Jiménez Rodríguez, 20171372016, Cesar Muñoz Morales, 20162372041, Sergio Iván laiseca 20171372010. Resumen—Los convertidores de potencia transforman la frecuencia y amplitud de la señal AC (la red) de acuerdo con los requerimientos del sistema, se implementaron dos configuraciones de conversores AC, para disminuir la intensidad lumínica de un bombillo incandescente. Index Terms—Conversor AC-AC, cruce por cero, voltaje, frecuencia, TRIAC, DIAC.

F

1.

I NTRODUCCIÓN

Diac: Es un diodo bidireccional de disparo y es un elemento ideal en circuitos de control de puerta el TRIAC. Proporciona pulsos de corriente a la compuerta del tiristor garantizando su cebado independientemente de sus características de disparo. Por ser un elemento bidireccional, permite el cebado del TRIAC en ambas polaridades, concretamente en los cuadrantes 1y 3.

S

E implementaron dos configuraciones de convertidores AC-AC, el primero con detección de cruce por cero para activar un TRIAC. El segundo convertidor se realizo mediante un control de fase de onda completa con doble red RC en el que se utiliza el Diac como elemento que activa o inicia el disparo del tiristor. Se emplea para estos circuitos un TRIAC y un TIRISTOR por tratarse de aplicaciones de baja potencia.

3. 2.

M ARCO TEÓRICO Convertidor AC-AC:Los controladores AC-AC tiene como finalidad suministrar tensión y corriente alterna variable a partir de una fuente alterna. Su operación se basa en la conexión y desconexión a intervalos regulares de la fuente sobre la carga. Cruce por cero: Punto en el que la señal tiene un valor nulo cuando los dispositivos se encuentran en transición, en este caso, del transistor superior al inferior y viceversa. El Triac es un dispositivo semiconductor que pertenece a la familia de los dispositivos de control: los tiristores. El triac es en esencia la conexión de dos tiristores en paralelo pero conectados en sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta. Este componente sólo se utiliza en corriente alterna y al igual que el tiristor, se dispara por la compuerta. Como el triac funciona en corriente alterna, habrá una parte de la onda que será positiva y otra negativa. Funcionamiento del Triac

La parte positiva de la onda (semiciclo positivo) pasará por el triac siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de arriba hacia abajo (pasará por el tiristor que apunta hacia abajo), de igual manera, la parte negativa de la onda (semiciclo negativo) pasará por el triac siempre y cuando haya habido una señal de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de abajo hacia arriba (pasará por el tiristor que apunta hacia arriba). Para ambos semiciclos la señal de disparo se obtiene de la misma patilla (la puerta o compuerta).

práctica=4.0 informe=4.4

3.1.

M ETODOLOGÍA Desarrollo1.

Figura

1. Circuito No 1 (con cruce por cero).

La corriente alterna es una onda senoidal a razón de 60 ciclos por segundo (frecuencia), cada medio período pasa por cero, es decir su intensidad es cero. En circuitos de corriente alterna para disminuir la potencia de la carga, se detecta el cruce de cero, se toma una pausa y se dispara un TRIAC;durante la pausa, la carga permanece apagada, al disparar el TRIAC la carga se enciende y permanece encendida hasta que el voltaje pasa por cero apagando automáticamente al TRIAC. El período de la corrienet alterna a 60 ciclos/segundo es de 16.6 milisegundos, cada 8.33 milisegundos cruza por cero; si un circuito detecta el cruce de cero y hace pausas de 4.16 milisegundos entonces la carga se ve disminuida a la mitad.

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3.1.1.

Cálculos teóricos desarrollo 1.

2

3.2.

Desarrollo2.

12V ∗ 10KΩ 10KΩ + 2,7KΩ

VT H =

VT H = 9,44V 2,7KΩ ∗ 10KΩ 2,7KΩ + 10KΩ

RT H =

RT H = 2,12KΩ Corriente base

IB =

9,44V 2,12KΩ

IB = 4,45mA Voltaje emisor

VBE = VB − VE 0,7V = 9,44V − VE VE= 8,74V Corriente del emisor

IE =

12V − 8,74V 2KΩ

IE = 1,63mA ' IC Calculo condensador

IE ∗ t c Teniendo en cuenta que f=60Hz VC =

T =

1 f

T =

1 60

Figura

2. Circuito No 2 .

En el circuito de la figura No 2, el Diac controla el tiristor que alimenta en corriente alterna a la carga, la potencia que ésta recibe varía con el ángulo de conducción dado por la resistencia variable R2 (potenciometro). Una vez que se aplica el voltaje de alimentación, en cuanto se presenta el primer semiciclo, el capacitor C2 empieza a cargarse a través de la resistencia R2 + R3. Cuando en su carga alcanza el voltaje de ruptura del Diac (Vbo alrededor de 30 volts), este último entra en conducción y C2 se descarga sobre la puerta del tiristor, que entonces se dispara y permite el flujo de corriente hacia la carga. Cuanto más baja sea la resistencia en serie con el capacitor (R2=0) menor será la constante de tiempo (R1C1, cuando R2 =0) y el voltaje en el capacitor alcanzará más rápidamente el valor de voltaje de ruptura del Diac (vbo) y el Diac se disparará pronto en el semiciclo. Inversamente cuanto mayor sea la resistencia en serie (R3 máxima), la constante de tiempo será mayor ((R2 + R3)C1); C1 tardará más en cargarse al voltaje de ruptura del Diac, y el Triac se disparará más tarde entregando menos corriente. La operación del circuito debería ser la idéntica en ambos sentidos, puesto que el Diac entra en conducción al mismo voltaje de ruptura en ambos sentidos de polarización.

4.

R ESULTADOS

4.1.

Desarrollo 1.

T = 16,6ms El condensador se carga cada T/2, 8.33ms

8,2V = c=

1,63mA ∗ 8,33ms c

1,63mA ∗ 8,33ms 8,2V c = 1,65µF

Figura

3. Rectificación de onda completa.

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3

Voltaje Thévenin

12,19V ∗ 10KΩ 10KΩ + 2,7KΩ

VT H =

VT H = 9,59V ErrorV T H =

9,59 − 9,44 ∗ 100 9,44

ErrorV T H =1.58 % Figura

4. Señal detector cruce por cero. Corriente base medida

IB = 4,42mA ErrorIB =

4,52mA − 4,45mA ∗ 100 4,45mA

ErrorIB = 1,57 % Voltaje emisor

VBE = VB − VE Figura

5. Señal diente de cierra.

0,7V = 9,59V − VE VE= 8,89V

ErrorV E =

8,89V − 8,74V ∗ 100 8,74V

ErrorV E = 1,71 % Corriente del emisor medida. Figura

6. PWM.

IE = 1,65mA ErrorIE =

1,65mA − 1,63mA ∗ 100 1,63mA IE = 1,22 %

4.2.

Figura

Desarrollo 2.

7. Señal vista por la carga (Voltaje).

En la figura no 7 se puede apreciar el angulo de disparo del TRIAC, donde este es igual tanto para el semiciclo negativo como para el semiciclo positivo. Error para el voltaje del secundario del transformador.

Vs = 12,19V ErrorV s =

12,19 − 12 ∗ 100 12

ErrorV s = 1,58 %

Figura

8. Señal vista por la carga (Voltaje).

En la figura No 8, se observa el angulo de disparo o retardo (angulo medido en grados eléctricos en el cual es bloqueada la tensión de linea) del tiristor. El periodo en que el tiristor esta encendido, es llamado angulo de conducción.

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5.

C ONCLUSIONES Para el montaje del circuito No 1, se empleo un detector de cruce por cero, donde el TRIAC es activado en el momento en que la onda senoidal de la tensión de alimentación pasa por cero, esta configuración reduce en gran medida los transitorios y la interferencia electromagnética. Para el circuito No 1 se empleo un optoacoplador (MOC3021) con lo cual se garantiza que están aisladas galvánicamente la parte de control de la parte de potencia. Es decir, ninguna parte del control tiene contacto eléctrico con la señal de alterna (parte de potencia), esto teniendo en cuenta que se trabaja con voltajes diferentes, 12V para la parte de control y 120V para la parte de potencia. Esto evita daños a la parte que trabaja a un voltaje menor Para el montaje del circuito No 2, no se hace necesario el detector de cruce por cero, ya que se empleo un control de fase de onda completa con doble red RC, donde el tiristor (bt149B) es mantenido en una condición de apagado en una parte de un semiciclo y entonces es disparado, manteniendo encendido la porción restante del semiciclo. Es importante resaltar que el convertidor ac-ac, toma energía eléctrica de un sistema de corriente alterna y la convierte para su entrega a otro sistema de corriente alterna con formas de onda de amplitud diferente, frecuencia y fase lo cual incidirá en la forma de funcionamiento de la carga, como en el caso de la experiencia donde se controla la intensidad lumínica de un bombillo.

B IBLIOGRAFÍA [1] Muhamad H. Rashid, "Capitulo 6 controladores de voltaje de ca". Electrónica de potencia.Editorial: Latinoamericana de simon & schuster, México,1995, 7025pg. [2] Tomas L. Floyd, "Capitulo 11 Tiristores". Dispositivos electrónicos. Editorial: Pearson educaion, Mexico, 2008, 982pg.

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