• Author / Uploaded
• Hansvan Salvador

Citation preview

“DISPOSITIVOS BÁSICOS DE POTENCIA”

CARRERA

: TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

CICLO

: III

SECCIÓN

: “B”

DOCENTE

: BENITES JARA, PEDRO

CURSO

: ELECTRÓNICA ANALÓGICA Y DIGITAL

ALUMNOS

:

 

SALVADOR LOYOLA, HANSVAN RODRIGUEZ ARANDA, JONATHAN 2018 – I

Laboratorio N°3

“DISPOSITIVOS BÁSICOS DE POTENCIA”

2018 – I

TIRISTORES I.

OBJETIVOS 1. Mostrar cómo funciona un SCR, visualizando en qué momento se dispara y en que polarización trabaja. 2. Mostrar el funcionamiento del Triac, observando el trabajo en el ciclo positivo y negativo.

II.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA El tiristor es una familia de componentes electrónicos constituido por elementos semiconductores que utiliza realimentación interna para producir una conmutación. Los materiales de los que se compone son de tipo semiconductor, es decir, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren pueden funcionar como aislantes o como conductores. Son dispositivos unidireccionales (SCR) o bidireccionales (Triac) o (DIAC). Se emplea generalmente para el control de potencia eléctrica. Para los SCR el dispositivo consta de un ánodo y un cátodo, donde las uniones son de tipo P-N-P-N entre los mismos. Por tanto se puede modelar como 2 transistores típicos P-N-P y N-P-N, por eso se dice también que el tiristor funciona con tensión realimentada. Se crean así 3 uniones (denominadas J1, J2, J3 respectivamente), el terminal de puerta está a la unión J2 (unión NP). Algunas fuentes definen como sinónimos al tiristor y al rectificador controlado de silicio (SCR);2 Aunque en realidad la forma correcta es clasificar al SCR como un tipo de tiristor, a la par que los dispositivos DIAC y TRIAC. Este elemento fue desarrollado por ingenieros de General Electric en los años 1960. Aunque un origen más remoto de este dispositivo lo encontramos en el SCR creado por William Shockley (premio Nobel de física en 1956) en 1950, el cual fue defendido y desarrollado en los laboratorios Bell en 1956. Gordon Hall lideró el desarrollo en Morgan Stanley para su posterior comercialización por parte de Frank W. "Bill" Gutzwiller, de General Electric.

Figura 1. Símbolo eléctrico tiristor

1. Formas de Activar un Tiristor: 

Luz: Si un haz de luz incide en las uniones de un tiristor, hasta llegar al mismo silicio, el número de pares electrón-hueco aumentará pudiéndose activar el tiristor.



Corriente de Puerta: Para un tiristor polarizado en directa, la inyección de una corriente de puerta al aplicar un voltaje positivo entre puerta y cátodo lo activará. Si aumenta esta corriente de puerta, disminuirá el voltaje de bloqueo directo, revirtiendo en la activación del dispositivo.



Térmica: Una temperatura muy alta en el tiristor produce el aumento del número de pares electrón-hueco, por lo que aumentarán las corrientes de fuga, con lo cual al aumentar la diferencia entre ánodo y cátodo, y gracias a la acción regenerativa, esta corriente puede llegar a ser 1, y el tiristor puede activarse. Este tipo de activación podría comprender una fuga térmica, normalmente cuando en un diseño se establece este método como método de activación, esta fuga tiende a evitarse.



Alto Voltaje: Si el voltaje directo desde el ánodo hacia el cátodo es mayor que el voltaje de ruptura directo, se creará una corriente de fuga lo suficientemente

grande

para

que

se

inicie

la

activación

con

retroalimentación. Normalmente este tipo de activación puede dañar el dispositivo, hasta el punto de destruirlo. 

Elevación del voltaje ánodo-cátodo: Si la velocidad en la elevación de este voltaje es lo suficientemente alta, entonces la corriente de las uniones puede ser suficiente para activar el tiristor. Este método también puede dañar el dispositivo.

2. SCR: El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier) es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón (tyratron) y Transistor. Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito. El pulso de conmutación ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo si se está trabajando en corriente alterna. En este último caso, según se atrase o adelante el pulso de disparo, se controla el punto (o la fase) en el que la corriente pasa a la carga. Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento (en la práctica, cuando la onda senoidal cruza por cero). Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aun sin corriente de puerta. Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito existente entre la puerta y el ánodo. Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control, especialmente control de motores, debido a que puede ser usado como interruptor de tipo electrónico.

3. Triac: Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los tiristores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna. Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en direcciones opuestas. Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y puerta (gate). El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo de gate/puerta.

III.

EQUIPOS Y MATERIALES: 

01 Osciloscopio



01 Transformador 220/100Vac



01 Multímetro Digital



01 Pelacables



01 Protoboard



01 Resistencia de 10kΩ, 2 W



01 Resistencia de 1kΩ, ½ W



01 Potenciómetro de 500kΩ



01 Diodo Rectificador 1N4007



01 SCR



01 Condensador 0.1uF



01 DIAC DB3



01TRIAC

IV.

PROCEDIMIENTO 1. Reconocimiento Físico 

El rectificador controlado de Silicio- SCR BT151 o equivalente: El símbolo del SCR es el mostrado; en él identifique y nombre sus terminales: Forma Física:



El interruptor de Alterna –TRIAC BT136: El símbolo del TRIAC es el mostrado; en él identifique y nombre sus terminales: Forma Física:

2. Prueba del estado del SCR: Usando el multímetro analógico con el selector en ohmios, conecte la punta positiva al ánodo (pin 1) y la negativa al cátodo (pin 2), hacer un puente (disparo) por un instante entre el ánodo y la compuerta (pin 2 y 3). Deberá observar que la aguja indica un valor de resistencia alrededor de los 100 ohmios.

3. Prueba del estado del Triac: Como en el caso anterior, usando el multímetro analógico con el selector en ohmios, conecte la punta positiva a uno de los ánodos y el negativo al otro, realice un puente entre la punta positiva del multímetro y la compuerta, observara que la aguja indica un valor de resistencia pequeño.

4. Circuito de disparo del SCR:



Cierre el interruptor S1 ¿qué sucede con la luminosidad del led? Al cerrar el interruptor S1, circula corrientes a través de la patilla Gate o puerta del SCR, lo que ocasiona que este se dispare, es decir que permita el flujo de corriente en dirección ánodo-cátodo. De esta forma, circula corriente también por el diodo led y se enciende.



Abra el interruptor S1 ¿qué observa en el led? ¿Porque? Al abrir el interruptor que une la fuente de voltaje DC y la puerta del SCR, el diodo led sigue encendido, esto debido a que el SCR ya ha sido disparado, y se comporta como un diodo normal, permitiendo el paso de corriente hasta que sea interrumpido externamente.



Abrir el interruptor S2 (descebado). Diga que ocurre con la luminosidad del led. ¿Por qué? Si abrimos el interruptor S2, cortamos el circuito del diodo led, la corriente no tendría en donde llegar, se toparía con una resistencia infinita en el SCR, de tal formal el led se apaga. Esta es una forma de paro del circuito.



¿En qué estado se encuentra el SCR.? Cuando el led se mantiene encendido, es decir circula corriente por el SCR, se dice que se encuentra en conducción o disparado, de lo contrario, se denomina estado de corte.

V.

CONCLUSIONES 

Los tiristores son componentes semiconductores, que permiten el paso de corriente, ante una excitación externa. Puede decirse entonces, que permiten el paso de corriente de forma controlada.



Los SCR, son un tipo de tiristor, que permite el paso de corriente en una sola dirección, al igual que un diodo común. Se usan mayormente con corriente continua.



Los Triac, permiten el paso de corriente en forma bidireccional. Puede decirse que es la unión de dos SCR. Se usan mayormente con corriente alterna.



Los tiristores pueden estar en dos estados: en conducción, cuando son disparados con una corriente de excitación o control por el Gate, y permite el paso de corriente, y en estado de corte, si no fluye corriente por este.



Para desactivar el tiristor en conducción, puede mandarse señal negativa, o corriente inversa por el GATE, o en su defecto, colocar el terminal del ánodo a tierra.



Se conocen como componentes de electrónica de potencia, ya que mediante estos dispositivos, podemos controlar circuitos de corriente alterna, como motores, al funcionar como interruptores controlados con una corriente mínima de excitación. Cabe mencionar, que los tiristores son la unión de dos transistores.

VI.

ANEXOS :

Figura 2. Disparo de SCR, encendido LED

Figura 3. Trabajando en el laboratorio