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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Laboratorio de Electrónica de Potencia Práctica 1: Introducción al uso de Software de Simulación Para Circuitos de Electrónica de Potencia. Nombre: Luis Medina Curso: LEP_GR13_2 Fecha: 2018-10-23

Informe 1 OBJETIVOS: 1. Conocer la utilización del software de simulación para Electrónica de Potencia. 2. Analizar las razones de la utilización de aislamiento entre las etapas de control y potencia. CUESTIONARIO 1. Consultar y presentar el esquemático del circuito de disparo para un SCR mediante el uso de un optotriac.

Figura1: Circuito de disparo SCR

El circuito de disparo consta de 3 partes principales: el circuito digital que contiene toda la lógica de control, el optoacoplador que aísla la parte digital con la parte de potencia, esta última consta de un SCR que recibe la señal del opto acoplador hacia su “gate” y así manejar de manera eficiente cualquier tipo de carga, para el ejemplo se tiene conectado una lámpara de 110Vac 2. Consultar y presentar el esquemático del circuito de disparo para un TRIAC mediante el uso de un optotriac.

Figura 2: Circuito de disparo TRIAC. Para la realización del disparo del TRIAC se debe usar un dispositivo intermedio llamado opto acoplador, foto acoplador o foto interruptor. Estos dispositivos consisten en un LED interno, el cual al ser encendido activan un optotriac que excita el “gate” del TRIAC para iniciar la conducción. Cuando se aplique un voltaje al terminal del ánodo del optoacoplador, se cerrará el circuito y la lámpara encenderá. Esta lámpara puede ser reemplazada por cualquier otra carga que trabaje con corriente alterna. Hay que tomar en cuenta los límites del TRIAC que varían de modelo a modelo.

3. Presentar las formas de onda obtenidas para el circuito de detección de cruces por cero y comentar la razón por la cual describe esa forma y frecuencia.

Figura 3: Circuito de detección de cruce por cero para señal senoidal

Comentario: El circuito detector de cruce por cero tiene la mostrada en la Figura 3. Donde se observa que la señal sinusoidal de referencia sirve para que el optoacoplador permita la conducción mientras se produce el semiciclo negativo y que deje de conducir en el semiciclo positivo durante este proceso la frecuencia de la señal de detección es la misma que la de la señal de referencia. Además, se observa que el diodo colocado al inicio sirve para la protección a la entrada del optoacoplador.

4. Presentar las formas de onda de los circuitos simulados para generar una señal PWM para dos valores de los potenciómetros. Comentar los resultados. Circuito Comparador: a) Con un valor de potenciómetro (POT 5kΩ) de 4kΩ se obtiene una señal PWM con una frecuencia de 100.87 [Hz] y un valor de amplitud de 5 [V].

Figura 4: Circuito PWM (Comparador 1) b) Con un valor de potenciómetro (POT 5kΩ) de 4.5kΩ se obtiene una señal PWM con una frecuencia de 1.676 [Hz] y un valor de amplitud de 5 [V].

Figura 5: Circuito PWM (Comparador 2)

Circuito con CI (555) a)

R1= 50K R2 =20k C=0.01 uF

Frecuencia: 3.16 kHz

Figura 6: Circuito PWM (555 #1)

b)

R1= 20K R2 =20k C=0.1 uF

Frecuencia: 481.28 [Hz]

Figura 7: Circuito PWM (555 #2)

5. Consultar la razón por la cual se recomienda usar optonands para aislar señales de control que cambian de estado a frecuencias elevadas. Consultar además un circuito de aislamiento de una señal de control usando un optoacoplador optonand para el disparo de un Mosfet o IGBT. Los dispositivos Mosfet o IGBT generalmente son utilizados para trabajar a altas frecuencias. Para este proceso deja de ser lo ideal utilizar un fototransistor como salida final al circuito de potencia. Esto se debe a que generalmente el transistor utilizado no tiene una velocidad de respuesta tan rápida (transición de corte a saturación). Se prefiere y se recomiendo el uso de compuertas lógicas (como el optonand) que por su construcción tiene un tiempo de respuesta mucho menor al de un opto transistor. Además, tienen un aislamiento mucho mayor que se encuentra alrededor de los miles de voltios. El optonand tiene la aplicación específica que solo cuando recibe un pulso positivo (asumiendo que la otra entrada se encuentra enclavada en Vcc) como salida se obtiene una conexión a tierra que brinda un aislamiento más grande. Propiedades del optonand 6N137: Posee un aislamiento de 5000 [Vrms] y tiempos de subida y bajada de 50 [ns]

Figura 8: Optoacoplador 6N137 CONCLUSIONES Luis Medina •

El aislamiento de la parte del circuito de control de la parte de potencia es muy importante ya que permite que los dos circuitos trabajen independientemente sin interferencias y permite únicamente el paso de las señales necesarias.

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La detección por cero de un circuito puede ser obtenida de muchas maneras, sin embargo, esta es necesaria para sincronizar el disparo de la señal PWM a los elementos de potencia.

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Una señal PWM puede ser generada de muchas formas y es necesario considerar su amplitud conforme a la tecnología (TTL-CMOS) que vaya a ser utilizada.

Mauricio Yuquilema •

Se observó el uso e importancia de utilizar opto acopladores dentro de los circuitos de electrónica de potencia ya estos circuitos manejan altos valores de voltaje y corriente, por lo que es necesario un tener un aislamiento tanto eléctrico como óptico, el aislamiento óptico funciona mediante la emisión de luz desde el emisor (led) hacia el dispositivo receptor de luz (Triac, Scr,etc) por lo que el único contacto que se tiene es mediante luz aislando también eléctricamente los circuitos de entrada y salida.

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Se observó que la generación de señales PWM se puede realizar implementando diferentes circuitos con distintos elementos tales como: opto acopladores, amplificadores operacionales, circuitos integrados, etc . Al diseñar dichos circuitos se puede ajustar el ciclo de trabajo, frecuencia, periodo para diferentes aplicaciones como el control de motores de corriente continua,sistemas hidráulicos, y algunos otros.

RECOMENDACIONES

Luis Medina •

Realizar las simulaciones en Orcad 17.6 ya que es más estable que las otras versiones.

Mauricio Yuquilema •

Utilizar elementos sustitutivos con características similares cuando no se cuente con los dispositivos para el diseño de circuitos dentro del software Pspice.

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Considerar el tiempo de simulación adecuado así como el tiempo de resolución para tener más exactitud en la visualización y toma de mediciones dentro de las gráficas.

REFERENCIAS [1] Educatina, «YouTube,» 04 02 2015. [En línea]. Available: https://www.youtube.com/watch?v=cl4xL3UIEAU. [Último acceso: 15 11 2017]. [2] «555 Oscillator Tutorial - The Astable Multivibrator,» Basic Electronics Tutorials, 2017. [En línea]. Available: http://www.electronics-tutorials.ws/waveforms/555_oscillator.html. [Último acceso: 13 Diciembre 2017]. [3] STMicroelectronics, WIDE BANDWIDTH QUAD J-FET OPERATIONAL AMPLIFIERS LF147, STMicroelectronics GROUP OF COMPANIES, 2001. [4] M. Rashid, Electrónica de Potencia, México: Alan Apt, 1997. [5] C. N. J. Andrés, Diseño y Construcción de un Electroestimulador muscular digital, Quito : EPN, 2015.

CONSTANCIA DE HOJA DE DATOS