practica4 electronica de potencia rectificadores controlados tiristor
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Rectificadores controlados por fase utilizando un tiristor.TRANSCRIPT
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Electrnica de Potencia Febrero 2015
Electrnica de Potencia - Rectificadores Controlados 1
Prctica 4: RReeccttiiffiiccaaddoorreess MMoonnooffssiiccooss CCoonnttrroollaaddooss ccoonn
TTiirriissttoorr
Razo Rodeo Ivn
Ledesma Martnez Juan Jos
Estrada Razo Ricardo
Garca Espitia Edgar Gastn
UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO.
DIVISION DE INGENIERIAS CAMPUS IRAPUATO SALAMANCA.
CARRETERA SALAMANCA-VALLE DE SANTIAGO Km 3.5+1.8Km.
COMUNIDAD DE PALO BLANCO, SALAMANCA, GTO, MEXICO.
Resumen: La prctica consiste en implementar los circuitos de rectificadores no controlados en los
cuales se utiliz un diodo para efectuar la rectificacin de la onda de CA a CD, en esta prctica el
propsito es el mismo, rectificar la onda de entrada, pero utilizando un tiristor que es un dispositivo de
control. Dicho tiristor cuenta con una tercera terminal que se denomina compuerta, por la cual le
introducimos una seal, esta seal se conoce como seal de control, con la cual controlamos el ngulo
de conduccin del tiristor. Gracias a este dispositivo los rectificadores dejaron de ser no controlados a
controlados.
Objetivo: Aprender a utilizar un tiristor, sus ventajas y desventajas con respecto a un diodo normal y saber dnde podemos aplicar dicho dispositivo de control. Observar el comportamiento de los rectificadores utilizando un tiristor y comparar dicho comportamiento con los rectificadores no controlados.
1. INTRODUCCION
Un tiristor es uno de los tipos ms importantes de dispositivos semiconductores de potencia. Los tiristores se utilizan en forma extensa en los circuitos electrnicos de potencia. Se operan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Para muchas aplicaciones se puede suponer que los tiristores son interruptores o conmutadores ideales, aunque los tiristores prcticos exhiben ciertas caractersticas y limitaciones.
Como se estudi en clases y en la prctica 2 y 3
los diodos rectificadores proporcionan solo un voltaje de salida fijo. Para obtener voltajes de salida
controlados, se usan tiristores con control por fase en lugar de diodos. El voltaje de salida de los rectificadores con tiristor se vara controlando el ngulo de disparo. Un tiristor controlado por fase se activa aplicando un pulso corto a su compuerta, y se desactiva por conmutacin natural o de lnea; en caso de que la carga sea muy inductiva, se desactiva disparando otro tiristor del rectificador durante el medio ciclo negativo del voltaje de entrada.Estos rectificadores controlados por fase son sencillos y menos costosos, y su eficiencia es, en general, superior al 95%.[1]
Los rectificadores controlados por fase se
pueden clasificar en dos tipos, que dependen de la alimentacin:
1) Rectificadores Monofsicos 2) Rectificadores Trifsicos
[1] Cada uno de esos tipos se puede subdividir en:
a) Rectificador de media onda b) Rectificador de onda completa c) Rectificador dual
[1]
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]
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Un rectificador de media onda es un convertidor de un cuadrante y tiene su voltaje y corriente de salida de una polaridad. Un rectificador de onda completa es uno convertidor de dos cuadrantes, y la polaridad de su voltaje de salida puede ser positiva o negativa. Sin embargo la corriente de salida solo tiene una polaridad. Un rectificador dual puede operar en cuatro cuadrantes y su voltaje y corriente de salida pueden ser positivos o negativos.[1]
2. SUSTENTO TEORICO Y ANTECEDENTES
TIRISTORES Es un dispositivo semiconductor de cuatro capas
de estructura pnpn con tres uniones pn. Tiene tres terminales: nodo, ctodo y compuerta. La figura 1 muestra el smbolo del tiristor y las tres uniones pn.[1]
Fig. 1. Smbolo del Tiristor.
CARACTERISTICAS DEL TIRISTOR La corriente del anodo debe ser mayor que un
valor conocido como corriente de enganche , a fin de mantener la cantidad requerida de flujo de portadores a traves de la union; de lo contrario, al reducirse el voltaje del anodo a catodo, el dispositivo regresara a la condicion de bloqueo. La corriente de enganche, es la corriente del anodo minima requeirda para mantener el tiristor en estado de conducion inmediatamente despues de que ha sido activado y se ha retirado la seal de compuerta. En la figura 2 se puede apreciar una grafica donde se muestran dichas caracteristicas mencionadas anteriormente.[1]
Fig. 2. Caractersticas del tiristor.
Anteriormente se nombra una seal de
compuerta, la cual tiene como propsito activar el estado de conduccin del tiristor al ngulo que se requiera. En la figura 3 se muestra la seal de compuerta, de esta manera el tiristor se activa y comienza a conducir, cuando el cae a cero volts
deja de conducir, esto se repite una y otra vez.[2]
Fig. 3. Tiristor Interruptor.
PRINCIPIO DE OPERACIN DE UN RECTIFICADOR CONTROLADO POR FASE
Observe el circuito de la figura 4.1. Durante el
medio ciclo positivo del voltaje de alimentacin, el nodo del tiristor es positivo con respecto a su ctodo, se dice que el tiristor esta polarizado en forma directa. Cuando se dispara el tiristor en , ese tiristor conduce el voltaje de entrada. Cuando el voltaje de entrada comienza a ser negativo en , el nodo del tiristor es negativo con respecto a su ctodo, se dice que el tiristor tiene polarizacin inversa y se desactiva.[1]
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Fig. 4.1. Circuito.
El tiempo transcurrido despus de que el voltaje
de entrada comienza a ser positivo y se dispara el tiristor en , se llama ngulo de disparo . En la figura 4.2 se muestra la regin de operacin del tiristor.[1]
Fig. 4.2. Regin de operacin del Tiristor.
La figura 4.3 muestra las formas de onda del
voltaje de entrada, voltaje de salida, corriente en la carga y voltaje a travs de .[1]
Fig. 4.3. Formas de onda.
APLICACIONES DE TIRISTOR
Rectificacin de corriente Carga de bateras Generacin de potencia a distancia Regulacin de fuentes de
alimentacin Control de velocidades de motores
Maquinas Vehculos de traccin
Sustitucin de dispositivos
electromagnticos Rels Protectores de sobre carga Graduadores de iluminacin Sistema de encendido de motores
de explosin
Control de potencia Radar Laser de impulsos Generadores ultrasnicos
Circuitos lgicos
Control de tiempo Fines de carrera Circuitos alarma Control de alumbrado de
emergencia [3]
En algunas aplicaciones, los convertidores se
conectan en serie para operar a mayores voltajes y para mejorar el factor de potencia en la entrada.[1]
3. MATERIALES Y EQUIPO
Lab Volt. Multmetro modelo FLUKE 175. 20 Bananas. Osciloscopio de 4 canales.
4. DESARROLLO
Antes de llevar a cabo la practica en Lab Volt, se realiz la simulacin de cada circuito, para observar y analizar su grafica de salida. Cada circuito se simulo aplicndole al tiristor un pulso a su compuerta con un ngulo de disparo de , y .
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Una vez terminadas las simulaciones se prosigui a implementar los circuitos en Lab Volt, con utilizando los mismos ngulos de disparo de , y .
A continuacin se muestran las simulaciones y los circuitos armados en el laboratorio.
RECTIFICADOR CONTROLADO CON TIRISTOR Y R.
Fig. 5. Circuito simulado.
RECTIFICADOR CONTROLADO CON
TIRISTOR Y RL.
Fig. 6. Circuito simulado.
RECTIFICADOR CONTROLADO
FREEWHEELING CON TIRISTOR Y RL
Fig. 7. Circuito simulado.
RECTIFICADOR CONTROLADO CON PUENTE DE TIRISTORES Y R.
Fig. 8. Circuito simulado
RECTIFICADOR CONTROLADO CON
PUENTE DE TIRISTORES Y RL.
Fig. 9. Circuito simulado.
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RECTIFICADOR CONTROLADO CON
TRANSFORMADOR, TIRISTOR Y R
Fig. 10. Circuito simulado.
RECTIFICADOR CONTROLADO CON
TRANSFORMADOR, TIRISTOR Y RL
Fig. 11. Circuito simulado
Se anexan nada ms tres fotografas haciendo referencia a los circuitos armados en Lab Volt mostrando nada ms el mdulo de disparo de los tiristores, donde se puede apreciar el ngulo de disparo.
Fotografa. 1. Circuito construido en Lab Volt con un
ngulo de disparo de 30 .
Fotografa. 2. Circuito construido en Lab Volt con un
ngulo de disparo de 60 .
Fotografa. 3. Circuito construido en Lab Volt con un
ngulo de disparo de 90 .
5. TABLAS Y RESULTADOS En este apartado del documento se reportan las grficas obtenidas en la simulacin y a su vez comparndolas con las que se obtuvieron en la prctica con ayuda del osciloscopio.
GRAFRICAS DEL RECTIFICADOR
CONTROLADO CON TIRISTOR Y R.
Grafica 1. Simulacin con un ngulo de disparo de 30 .
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Grafica 2. Captura en el osciloscopio con un ngulo de
disparo de 30 .
Grafica 3. Simulacin con un ngulo de disparo de 60 .
Grafica 4. Captura en el osciloscopio con un ngulo de
disparo de 60 .
Grafica 5. Simulacin con un ngulo de disparo de 90 .
Grafica 6. Captura en el osciloscopio con un ngulo de
disparo de 90 .
GRAFICAS DEL RECTIFICADOR CONTROLADO CON TIRISTOR Y RL.
Grafica 7. Simulacin con un ngulo de disparo de 30 .
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Electrnica de Potencia - Rectificadores Controlados 7
Grafica 8. Captura en el osciloscopio con un ngulo de
disparo de 30 .
Grafica 9. Simulacin con un ngulo de disparo de 60 .
Grafica 10. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 60 .
Grafica 11. Simulacin con un ngulo de disparo de 90 .
Grafica 12. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 90 .
GRAFICAS DEL RECTIFICADOR
CONTROLADO FREEWHEELING CON TIRISTOR
Y RL
Grafica 13. Simulacin con un ngulo de disparo de 30 .
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Grafica 14. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 30 .
Grafica 15. Simulacin con un ngulo de disparo de 60 .
Grafica 16. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 60 .
Grafica 17. Simulacin con un ngulo de disparo de 90 .
Grafica 18. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 90 .
GRAFICAS DEL RECTIFICADOR CONTROLADO CON PUENTE DE TIRISTORES Y R.
Grafica 19. Simulacin con un ngulo de disparo de 30 .
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Grafica 20. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 30 .
Grafica 21. Simulacin con un ngulo de disparo de 60 .
Grafica 22. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 60 .
Grafica 23. Simulacin con un ngulo de disparo de 90 .
Grafica 24. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 90 .
GRAFICAS DEL RECTIFICADOR CONTROLADO CON PUENTE DE TIRISTORES Y RL.
Grafica 25. Simulacin con un ngulo de disparo de
30 .
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Electrnica de Potencia - Rectificadores Controlados 10
Grafica 25. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 30 .
Grafica 26. Simulacin con un ngulo de disparo de
60 .
Grafica 27. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 60 .
Grafica 28. Simulacin con un ngulo de disparo de
90
Grafica 29. Captura en el osciloscopio con un ngulo de
disparo de 90 .
GRAFICAS DEL RECTIFICADOR
CONTROLADO CON TRANSFORMADOR,
TIRISTOR Y R
Grafica 30. Simulacin con un ngulo de disparo de
30
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Grafica 31. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 30 .
Grafica 32. Simulacin con un ngulo de disparo de
60
Grafica 33. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 60 .
Grafica 34. Simulacin con un ngulo de disparo de
90
Grafica 35. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 90 .
GRAFICAS DEL RECTIFICADOR
CONTROLADO CON TRANSFORMADOR,
TIRISTOR Y RL
Grafica 36. Simulacin con un ngulo de disparo de
30
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Electrnica de Potencia - Rectificadores Controlados 12
Grafica 37. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 30 .
Grafica 38. Simulacin con un ngulo de disparo de
60
Grafica 39. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 60 .
Grafica 40. Simulacin con un ngulo de disparo de
90
Grafica 41. Captura en el osciloscopio con un ngulo
de disparo de 90 .
6. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES
Se observ durante la prctica que los
rectificadores controlados funcionan de manera similar a los no controlados, esto se puedo ver en las grficas que se obtuvieron de los rectificadores controlados comparndolas con los no controlados. La nica y gran diferencia es el control de conduccin del tiristor o ngulo de disparo.
Con la elaboracin de esta prctica, se concluye
que el tiristor es un dispositivo muy til, el cual tiene un enorme campo de aplicacin en la industria ya que este cuenta con la aptitud para controlar grandes potencias, con una potencia de control mnima.
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7. BIBLIOGRAFIA Y REFERENCIAS
[1] Muhammad H. Rashid, Electrnica de Potencia, Circuiros, Dispositivos y Aplicaciones, Tercera Edicin, Editorial Pearson, Pag 904.
[2] Ned Mohan, Tore M. Undeland and William P. Robbins, Electrnica de Potencia; convertidores, aplicaciones y diseo. [3] http://www2.uca.es/grup-invest/instrument_electro/Ramiro/docencia_archivos/Tiristores.PDF