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• Josseph Michaell Irigoin Corra

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

LABORATORIO N°03: CONVERTIDOR CONTROLADO MONOFASICO DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA. CURSO: ELECTRONICA DE POTENCIA (ML839-A) ESTUDIANTES: IRIGOIN IRIGOIN JOSSEPH

20164118I

PEREZ BUSTAMENTE ANGELO

20152564I

OJEDA VALERA ALEJANDRO

20162106C

UCAÑAN CHOQUEMOROCO ESTHEFANY

20154573E

PROFESOR: ING. AREVALO MACEDO ROBINSON

UNI - 2019

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA – FIM CONTENIDO

2019

OBJETIVOS ...............................................................................................................................2 FUNDAMENTO TEORICO .........................................................................................................2 Rectificadores controlados ...................................................................................................... 2 1.

Rectificador monofásico controlado de media onda y carga resistiva ............................... 3 Tensión media en la carga ................................................................................................... 4 Tensión eficaz en la carga ................................................................................................... 5 Tensión inversa máxima soportada por el tiristor (VR) ......................................................... 5 Corriente media en la carga ................................................................................................. 5 Corriente eficaz en la carga ................................................................................................. 5

2.

Rectificador monofásico controlado de onda completa..................................................... 5 Tensión media en la carga ................................................................................................... 6 Tensión eficaz en la carga ................................................................................................... 7 Intensidad media en la carga ............................................................................................... 7

INSTRUMENTOS Y MATERIALES ............................................................................................8 PROCEDIMIENTO .....................................................................................................................9 RESULTADOS ......................................................................................................................... 11 CUESTIONARIO ...................................................................................................................... 14 OBSERVACIONES ................................................................................................................... 15 CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 15

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2019

Laboratorio N°03: CONVERTIDOR CONTROLADO MONOFASICO DE MEDIA ONDA Y ONDA COMPLETA. OBJETIVOS  Diseñar e implementar un convertidor monofásico controlado de media onda.  Diseñar e implementar un convertidor controlado monofásico de onda completa.

FUNDAMENTO TEORICO Rectificadores controlados

Los rectificadores que hemos visto hasta ahora estaban basados en diodos, semiconductores sobre los cuales no tenemos ningún control ni de encendido (puesta en conducción) ni de apagado (bloqueo). Si queremos controlar la tensión de salida de un rectificador, es necesario utilizar semiconductores de potencia que puedan ser controlados. Lo más usual es utilizar dispositivos de la familia de los tiristores. Por tanto, se puede decir que los rectificadores controlados reciben este nombre por que utilizan un dispositivo de control, en este caso el tiristor. Se utilizan las mismas topologías que en el caso de los rectificadores no controlados, pero sustituyendo los diodos por tiristores. La ventaja de utilizar tiristores viene dada por la capacidad de éstos de retardar su puesta en conducción, sucediendo ésta cuando la tensión ánodo-cátodo sea positiva y además reciba un pulso adecuado de tensión y corriente en su puerta. Al retardar el ángulo de disparo es posible variar la tensión rectificada de salida, de ahí el calificativo de “controlados”. En los rectificadores controlados, por lo tanto, se controla la puesta en conducción del tiristor y el bloqueo se realiza de forma natural cuando se anula la corriente por el dispositivo.

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1. Rectificador monofásico controlado de media onda y carga resistiva

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La figura 1 muestra la topología de un rectificador monofásico de media onda controlado. Durante el semiciclo positivo de la tensión de entrada, la tensión ánodo-cátodo es positiva, de manera que el SCR puede entrar en conducción. Si en el instante α respecto al paso por cero de la tensión de entrada el circuito de control genera un pulso en la puerta del SCR, éste empezará a conducir, haciendo que circule corriente por la carga. En el instante π, la tensión en la carga se anula, provocando que la corriente sea nula y en consecuencia, bloqueando de forma natural el SCR. El ángulo de disparo α o ángulo de fase se expresa en grados, para que su valor sea independiente de la frecuencia, si bien en la realidad equivale a unos ciertos milisegundos. Controlando el ángulo de disparo de los tiristores somos capaces de enviar más o menos energía a la carga, con lo que estamos controlando el valor medio de la tensión de salida del rectificador. La figura 2 muestra las formas de onda de la tensión de entrada, la tensión en la de carga, la corriente en la carga y la tensión ánodo-cátodo del SCR.

Figura 1. Circuito rectificador controlado monofásico de media onda

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Figura 2. Formas de onda de un rectificador monofásico controlado de media onda: tensión en la entrada (vS), tensión en la carga (vO), intensidad en la carga (iO) y tensión ánodo-cátodo del SCR (vT). Tensión media en la carga

Si Vmax es el valor de pico de la tensión de entrada, tenemos que: 𝑉𝑑𝑐 =

1

𝜋

sin 𝑤𝑡 𝑑𝑤𝑡 = ∫ 𝑉 2𝜋 𝛼 𝑚𝑎𝑥

𝑉𝑚𝑎𝑥 2𝜋

[− cos 𝑤𝑡]𝜋𝛼 =

Para α=0°, la tensión media en la carga será: 𝑉𝑑𝑐 =

𝑉𝑚𝑎𝑥 2𝜋 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝜋

(1 + cos 𝛼) valor que corresponde a un rectificador

monofásico de media onda no controlado.

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Tensión eficaz en la carga

Tensión inversa máxima soportada por el tiristor (VR)

Esta tensión será la máxima de entrada para α = π/2, por lo tanto: VR= Vmax Corriente media en la carga

Corriente eficaz en la carga

2. Rectificador monofásico controlado de onda completa La gifura3. Nos muestra el esquema del circuito, donde haciendo uso de tiristores tipo SCR hace posible el control de fase de una onda completa. Los tiristores T1 y T4 conducirán durante el semiciclo positivo de la entrada, y los tiristores T2 y T3 en el negativo. Eso quiere decir que los tiristores se dispararán de dos en dos con un ángulo de fase α retardado a partir del paso por cero de la tensión de entrada. La figura 4 muestra las formas de onda de la corriente de entrada y de la tensión de salida del rectificador.

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Figura 3. Rectificador monofásico totalmente controlado. Tensión media en la carga

Figura4. Formas de onda del puente rectificador totalmente controlado, con carga resistiva.

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Tensión eficaz en la carga

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Intensidad media en la carga

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INSTRUMENTOS Y MATERIALES

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 Osciloscopio digital  Multímetro digital  04 tiristor 2N3669o su equivalente (BT151-500R)  01 PROTOBOARD  Un motor DC  Condensadores con los valores de su diseño. ( 4.7 uF)  Resistencias con los valores de su diseño (2W).  01 potenciómetro de 250K para 2W

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PROCEDIMIENTO

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1. Diseñar un circuito de disparo de un tiristor, usando los circuitos integrados utilizados en el laboratorio 2. 2. Armar el circuito de la figura, con un valor de Vs conveniente para obtener la tensión continua que requiere la carga elegida. S W1

1

C AR G A

2

220V Vp

S W2 Vs

C IC U IT O

T

DE

60Hz 2

D IS P AR O

1

3. Seleccionar en el circuito de disparo un ángulo de 60 ° aproximadamente, colocando el motor DC como carga, cerrar SW1 y luego SW2 y medir la corriente DC y eficaz, así como la tensión DC y eficaz en la carga. 4. Colocar la punta del osciloscopio entre los terminales de la carga y grafique la forma de onda de la tensión. 5. Seleccionar en el circuito de disparo un ángulo de 90º y repita los pasos 3, 4 y 5. 6. Armar el circuito de la figura, con un valor de Vs adecuado para obtener el valor DC de la carga que eligió. S W1

2

220V Vp

T1

T3

T4

T2

C AR G A

1

Vs

60Hz 2

1

S W2 C IC U IT O DE D IS P AR O

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Una vez armado el circuito repetir los pasos 3, 4, 5 y 6

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RESULTADOS

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Rectificador monofásico de media onda. Para este circuito se utilizó un circuito disparador discreto, y luego se realizó el disparo del tiristor con el circuito integrado PUT.

Gráfica obtenida en el osciloscopio Rp = 11.8 KΩ Angulo de disparo = α = 60° R motor = 2 Ω Cálculo de los parámetros teóricos: 𝑉𝑚 = 24√2 = 33.94 𝑉 𝑉𝑑𝑐 = 𝑉𝑟𝑚𝑠 =

𝑉𝑚 (1 + 2𝜋

𝑐𝑜𝑠𝛼) = 8.102  𝐼𝑑𝑐 =

𝑉𝑚 √(𝜋 2√𝜋

𝑉𝑑𝑐 𝑅

− 𝛼 + 0.5 sin 2𝛼) = 15.22

= 4.501 A  𝐼𝑟𝑚𝑠 =

𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑅

= 7.06 A

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA – FIM 𝑉𝑑𝑐

𝑉𝑑𝑐 (𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙) = 8.25 V  𝐼𝑑𝑐 =

𝑅

𝑉𝑟𝑚𝑠 (𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙) = 15.29 𝑉  𝐼𝑟𝑚𝑠 =

VDC (V) VRMS (V) IDC (A) IRMS (A) n (Eficiencia)

EXPERIMENTAL 8.25 15.29 4.13 7.65 29.11 %

= 4.13 A

𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑅

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= 7.65 A (Lectura del osciloscopio)

TEORICO 8.102 15.22 4.501 7.06 28.34 %

% ERROR 1.7 % 0.45 % 8.24 % 8.36 %

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Rectificador monofásico de onda completa.

2019

Se realizó el disparo del tiristor con el circuito integrado PUT.

Gráfica obtenida en el osciloscopio 𝑉𝑚 = 12√2 = 16.97 𝑉 𝑉𝑚 (1 + 𝜋

𝑉𝑑𝑐 =

𝑐𝑜𝑠𝛼) = 9.22  𝐼𝑑𝑐 =

𝑉𝑚 √(𝜋 √2𝜋

𝑉𝑟𝑚𝑠 =

Angulo de disparo = 45° 𝑉𝑑𝑐 𝑅

R motor (encendido) = 2 Ω

= 4.11A

− 𝛼 + 0.5 sin 2𝛼) = 11.44 V

 𝐼𝑟𝑚𝑠 =

𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑅

= 5.72 A

𝑉𝑑𝑐 2 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝑛 % = ( ) = 64.95% 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝐹𝐹 =

𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑉𝑑𝑐

= 11.44/9.22 = 1.24

√𝑉𝑟𝑚𝑠 2 − 𝑉𝑑𝑐 2 𝑅𝐹 =

𝑇𝑈𝐹 =

𝑉𝑑𝑐

= 0.7345

𝑃𝑑𝑐 = 61.92 % 𝑉𝑠 ∗ 𝐼𝑠

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CUESTIONARIO

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1. ¿Qué pasa con el motor cuando se cambia el ángulo de disparo? Cuando se cambia el ángulo de disparo el motor aumenta o disminuye su velocidad dependiendo de la variación del ángulo. Llega un momento en el que el tiristor deja de disparar y por ende el motor deja de girar. 2. ¿Qué dificultades encontró para realizar este experimento? Sugiera que cambios se podrían hacer para mejorarlo. Las dificultades se hallaron al momento de armar el circuito de onda completa, ya que eran dos circuitos de disparos que tenían que tener un ángulo de desfase. En el caso del diseño del circuito rectificador de media onda no se encontraron mayores dificultades, se debe tener un esquema del circuito para que al momento de instalar no haya mayores inconvenientes.

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OBSERVACIONES

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-

Primero se probaron los circuitos de disparos antes de implementarlos.

-

En el caso de media onda, se trabajó con un voltaje para el circuito disparador de 20 V, además de que se probó con un circuito disparador discreto.

-

Para el caso de onda completa, las tierras de todos los circuitos debían coincidir, y luego manipular para obtener el desfasaje correcto.

CONCLUSIONES -

Se ha diseñado e implementado correctamente un convertidor monofásico controlado de media onda, se ha comprobado en el osciloscopio observando la gráfica correspondiente, así como se varío el valor de la resistencia del potenciómetro y dando como resultado una variación en la velocidad del motor.

-

Se diseñó e implementó el circuito convertidor monofásico controlado de onda completa, donde se variaron los dos potenciómetros para obtener una buena gráfica y que dichos ángulos se aproximen.

-

Con estos dos circuitos se ha demostrado la teoría dicha en clase, y se ha reconocido la importancia de tales circuitos.

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