informe 1 electronica de potencia

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA-fim

Informe Final

Laboratorio N°1

Curso: Electrónica de potencia

Tema: Disparo del tiristor con componentes discretos

Integrantes:- Huasupoma Malca , Enrique ; 20121046F- Peláez Cárdenas Sergio Kevin ; 20121018B

Sección: “A”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA DE FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA POTENCIA

ContenidoI.Objetivo de la experiencia..........................................................................................................2

II.Equipos y materiales.................................................................................................................3

III.Fundamento teórico.................................................................................................................4

TIRISTORES.......................................................................................................................4

- Diodo Shockley.............................................................................................................4

- SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER).......................................................................5

- EL DIAC.........................................................................................................................5

- EL TRIAC........................................................................................................................6

IV.Materiales................................................................................................................................8

V.Procedimiento..........................................................................................................................9

VI.Hoja de datos.........................................................................................................................11

VII.Cuestionario..........................................................................................................................12

VIII.Observaciones y Conclusiones.............................................................................................13

IX.Anexos....................................................................................................................................14

Anexo 1:.................................................................................................................................14

Anexo 2:.................................................................................................................................14

Anexo 3:.................................................................................................................................15

Anexo 4:.................................................................................................................................15

Anexo 5:.................................................................................................................................15

Anexo 6:.................................................................................................................................16

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I.Objetivo de la experiencia 1.- Comprobar experimentalmente el disparo de un tiristor con elementos discretos y este está conectado con una carga.

2.- Armar circuitos de activación de un tiristor y observar las ventajas y desventajas de cada uno de ellos.

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II.Equipos y materiales

1.- 1 Osciloscopio digital

2.- 1 Multímetro digital

3.- 1 Tiristor 2N3669 o Equivalente

4.- 1 Protoboard

5.- 1 Foco con socket

6.- 2 condensadores de 0.22uF, 0.088uF, 0.02uF, 1uF, 5uF

7.- 2 resistencias de 10 k

8.- 1 Potenciómetro de100 k y 2W de potencia

9.-2 interruptores SW1, SW2

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III.Fundamento teórico

TIRISTORES

Los tiristores son una familia de dispositivos semiconductores de cuatro capas (pnpn), que se utilizan para controlar grandes cantidades de corriente mediante circuitos electrónicos de bajo consumo de potencia.

La palabra tiristor, procedente del griego, significa puerta. El nombre es fiel reflejo de la función que efectúa este componente: una puerta que permite o impide el paso de la corriente a través de ella. Así como los transistores pueden operar en cualquier punto entre corte y saturación, los tiristores en cambio sólo conmutan entre dos estados: corte y conducción.

Dentro de la familia de los tiristores, trataremos en este tutorial los tipos más significativos: Diodo Shockley, SCR (Silicon Controlled Rectifier), GCS (Gate Controlled Switch), SCS (Silicon Controlled Switch), Diac y Triac.

- Diodo Shockley

Un diodo Shockley es un dispositivo de dos terminales que tiene dos estados estables: uno de bloqueo o de alta impedancia y de conducción o baja impedancia. No se debe confundir con el diodo de barrera Schottky.

Está formado por cuatro capas de semiconductor de tipo N y P, dispuestas alternadamente. Es un tipo de tiristor.

La característica Tensión-Corriente (V-I) se muestra en la figura. La región I es la región de alta impedancia y la III, la región de baja impedancia. Para pasar del estado apagado al de conducción, se aumenta la tensión en el diodo hasta alcanzar la tensión de conmutación, denominada Vs. La impedancia del diodo desciende bruscamente, haciendo que la corriente que lo atraviesa se incremente y disminuya la tensión, hasta alcanzar un nuevo equilibrio en la región III (Punto B). Para volver al estado apagado, se disminuye la corriente hasta la corriente de mantenimiento, denominada Ih. En ese instante el diodo aumenta su impedancia, reduciendo, todavía más la corriente, mientras aumenta la tensión en sus terminales, cruzando la región II, hasta que alcanza el nuevo equilibrio en la región I (Punto A). La tensión inversa de avalancha es denominada Vrb.

Este dispositivo fue desarrollado por el físico estadounidense William Bradford Shockley (1910-1989), tras abandonar los Laboratorios Bell y fundar Shockley Semiconductor. Fueron fabricados por Clevite-Shockley. Shockley fue el descubridor del transistor por el que obtuvo el Premio Nobel de Física en 1956.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Premio_Nobel_de_F%C3%ADsica

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Shockley_Semiconductor&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Shockley_Semiconductor&action=edit&redlink=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Laboratorios_Bell

http://es.wikipedia.org/wiki/William_Bradford_Shockley

http://es.wikipedia.org/wiki/William_Bradford_Shockley

http://es.wikipedia.org/wiki/Avalancha

http://es.wikipedia.org/wiki/Tiristor

http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor

http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_Schottky


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Símbolo del diodo Shockley Gráfica V-I del diodo Shockley

- SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER)

El SCR es un dispositivo de cuatro capas muy similar al diodo Shockley, con la diferencia de poseer tres terminales: ánodo, cátodo y puerta (gate). Al igual que el diodo Shockley, presenta dos estados de operación: abierto y cerrado, como si se tratase de un interruptor.

Construcción básica y símbolo del SCR

- EL DIAC

Es un tipo de tiristor que puede conducir en los dos sentidos. Es un dispositivo de dos terminales que funciona básicamente como dos diodos Shockley que conducen en sentidos opuestos.

Construcción básica y símbolo del diac

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La curva de funcionamiento refleja claramente el comportamiento del diac, que funciona como un diodo Shockley tanto en polarización directa como en inversa.

Cualquiera que sea la polarización del dispositivo, para que cese la conducción hay que hacer disminuir la corriente por debajo de la corriente de mantenimiento IH. Las partes izquierda y derecha de la curva, a pesar de tener una forma análoga, no tienen por qué ser simétricas.

Característica V-I del diac

- EL TRIAC

Este dispositivo es simular al diac pero con un único terminal de puerta (gate). Se puede disparar mediante un pulso de corriente de gate y no requiere alcanzar el voltaje VBO como el diac.

Construcción básica y símbolo del TRIAC.

En la curva característica se indica que para diferentes disparos, es decir, para distintas corrientes aplicadas

en gate, el valor de VBO es distinto. En la parte de polarización positiva, la curva de más a la izquierda es la que presenta un valor de VBO más bajo, y es la que mayor corriente de gate precisa en el disparo. Para que este dispositivo deje de conducir, como en el resto de los casos, hay que hacer bajar la corriente por debajo del valor IH.

Al igual que el SCR, se emplean para controlar la potencia suministrada a una carga. El triac puede dispararse de tal modo que la potencia en alterna sea suministrada a la carga durante un tiempo determinado de cada ciclo. La

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diferencia con el SCR es que se puede disparar tanto en la parte positiva que en la negativa del ciclo, de tal manera que la corriente en la carga puede circular en los dos sentidos.

Característica V-I del triac

Control básico de potencia con un Triac

IV.Materiales 1 Osciloscopio digital

1 Multímetro digital

1 Tiristor 2N3669 o Equivalente.

1 PROTOBOARD

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1 Foco con su sokect (carga)

2 Condensadores de 0.22uF, 0.088uF , 0.02uF, 1uF, 5uF

2 Resistencias de 10 K y 2W de potencia

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V.Procedimiento

1) Armar el circuito de la figura.

F O C OS W 1

2N3669R110k

220Vac60Hz

S W 2

Rp100k

2) Seleccionar en RP un valor de 50K y cerrar el interruptor SW1 observando que sucede con la lámpara.

3) Luego de verificar las conexiones cerrar el interruptor SW2, observando lo que sucede con la lámpara y medir la tensión entre el ánodo y cátodo.

4) Repetir el paso 2 y 3 para valores de RP de 70 y 100K.

5) Armar el circuito que se muestra en la figura y seleccione en RP un valor de 50K.

F O C OS W

2N3669

C10 .22uF

R110k

220Vac60Hz

Rp100k

6) Conectar el OSCILOSCOPIO entre los terminales del condensador y observe la forma de onda.

7) Luego de verificar que todas las conexiones están correctas cerrar el interruptor SW, observando la figura que aparece en el osciloscopio, lo que sucede con la lámpara , el tiempo que demora en prenderse y medir la tensión entre ánodo y cátodo del tiristor.

8) Repetir los pasos 6 y 7 para valores de RP de 70 y 100K.

9) Anote en su hoja de datos todos los gráficos y valores de tensión medidos; recuerde que la corriente y tensión son alternas, por lo tanto debe tener mucho cuidado.

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Circuito N°1 Circuito N°2

Mediciones circuito N° 1 Mediciones circuito N°2

Voltaje de la carga vista en el osciloscopio

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VI.Hoja de datos

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VII.Cuestionario

1. Hacer el fundamento teórico del experimento realizado.

(Ver página 4 del informe).

2. ¿Cuál es la diferencia entre el primero y segundo circuito?

La diferencia radica en el rango de variación del ángulo de disparo, en el primer circuito podemos controlar el ángulo de disparo entre 0° y 90°,modificando los valores de R1 y Rp(Ver anexo 1), mientras que en el segundo lo podemos hacer entre 0° y 180°, con valores de C1, R1 y Rp adecuados (Ver anexo 2), la razón por la cual es posible esto es debido a la adición de un condensador, por lo que podemos manipular la constante de tiempo del circuito.

3. ¿Qué sucede con la lámpara cuando aumenta el valor de RP en ambos circuitos?

Cuando aumentamos el valor de Rp, disminuye la corriente que circula al terminal GATE, por consiguiente el tiristor no alcanzará la corriente de puerta de disparo (I GT) para activarlo, es decir, el tiristor no conducirá corriente.

4. Según su opinión cuál de los circuitos de disparo es el recomendable ¿Por qué?

Recomendamos el uso del segundo circuito porque se puede diseñar tal que el ángulo de disparo esté en el rango de 0° a 180°, mucho más versátil que el primero (0° a 90°), pero con la observación de que el condensador producirá fluctuaciones pequeñas cuando se cargue y descargue, dependiendo del valor de la capacitancia(Ver anexo 2).

5. ¿Qué dificultades encontró para realizar este experimento? Sugiera que cambios se podrían hacer para mejorarlo.

-No encontramos el tiristor pedido en la guía de laboratorio, sugerimos utilizar el tiristor de código TYN616 u otro equivalente.-Algunas fuentes del laboratorio están defectuosas por lo que sugerimos usar como fuente directamente el tomacorriente con precaución y haciendo buen contacto entre sus terminales.Recomendamos añadir un segundo resistor R2 (resistencia de cátodo puerta), también denotado como RGK, el cual se incluye para evitar una activación indeseada del tiristor(Ver anexo 3).En el segundo circuito, las pequeñas fluctuaciones causadas por el condensador, hacen difícil de medir a simple vista el ángulo de disparo en el osciloscopio(Ver anexo 4), recomendamos visualizar al mismo tiempo en el osciloscopio, el voltaje de entrada, para determinar con mayor exactitud el ángulo de disparo(Ver anexo 5).

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VIII.Observaciones y Conclusiones1) Lo que manipulamos en ambos circuitos es la resistencia puerta-cátodo, en consecuencia, controlamos la corriente de la puerta, la cual al alcanzar un valor de diseño dado por el fabricante (IGT), activará el tiristor.

2) Para el tiristor que utilizamos, el valor de la corriente IGT varía entre los 2mA y 25mA, la corriente de mantenimiento IH puede ser como máximo 40mA y por último la corriente de enganche IL llega a ser como máximo 60mA (Ver anexo 6), estas dos últimas son corrientes que circulan de ánodo a cátodo.

3) En el primer circuito, observamos que el tiristor (cuando conduce) rectifica la señal porque el voltaje ánodo-cátodo ya no es positivo en el semiciclo negativo del voltaje de entrada.

4) En el segundo circuito, podemos calcular el ángulo de disparo utilizando la constante de

tiempo del circuito(τ) mediante la siguiente ecuacion: x°=360 °∗τ16,67ms

; τ=R carga∗C , esto

hace posible obtener rangos que varíen de 0° a 180°.

5) Con solo un SCR no es necesario controlar su puerta más allá de 180°, ya que está "muerto" en ese período de tiempo entre 180° y 360°, por pertenecer al flanco negativo de la corriente alterna.

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IX.Anexos

Anexo 1:

En este caso: Rp=100k𝛺 y R1=10k𝛺. Podemos observar que el ángulo de disparo está entre 0° y 90°. Se simuló utilizando el programa Multisim 12.0.

Anexo 2:

En este caso: C1=2uF, Rp=10k𝛺 y R1=1k𝛺. Podemos observar que el ángulo de disparo está entre 90° y 180°. Se simuló utilizando el programa Multisim 12.0.

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Anexo 3:

Esta es la disposición del resistor R2 en el circuito para evitar una activación indeseada del tiristor.

Anexo 4:

A simple vista es difícil determinar el ángulo de disparo.

Anexo 5:

Ahora, es mucho más sencillo poder determinar el ángulo de disparo.

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Anexo 6:

Características del tiristor TYN616, fuente: datasheet en internet.

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X. Referencias bibliográficas

http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/application_note/ CD00183570.pdf

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/232916/STMICROELECTRONICS/ TYN616.html

http://www.radio-electronics.com/info/circuits/scr-silicon-controlled-rectifier/firing- triggering-circuit.php

http://www.edaboard.com/thread64478.html Electrónica de potencia – Mohammed H.Rashid Electrónica de potencia – Ned Mohan

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http://www.edaboard.com/thread64478.html

http://www.radio-electronics.com/info/circuits/scr-silicon-controlled-rectifier/firing-triggering-circuit.php

http://www.radio-electronics.com/info/circuits/scr-silicon-controlled-rectifier/firing-triggering-circuit.php

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/232916/STMICROELECTRONICS/TYN616.html

http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/232916/STMICROELECTRONICS/TYN616.html

http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/application_note/CD00183570.pdf

http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/application_note/CD00183570.pdf

informe 1 electronica de potencia

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