UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA
INFORME FINAL DE LABORATORIO N° 01
CURSO: ELECTRONICA DE POTENCIA
ALUMNO: MEDINA CASTILLO AMÉRICO
CÓDIGO: 13190177
PROFESOR: Dr. CELSO YSIDRO GERONIMO HUAMAN
Ciudad Universitaria, Lima, 28 de abril del 2017
INFORME FINAL DE LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA EXPERIENCIA Nª 01 EL SCR I.
II.
OBJETIVO:
Familiarizarse con el SCR( Silicon Crontoller Rectifier)
Determinar experimentalmente algunas de sus características
MATERIALES Y EQUIPOS (MARCO TEORICO):
SCR:
Es un dispositivo electrónico que sirve para controlar corrientes relativamente grandes de una carga. Es relativamente barato, no necesita mantenimiento y su consumo de potencia es pequeño.
Resistencias Varias:
Usados frecuentemente en el diseño de circuitos electrónicos, uno de los principales usos junto al SCR es la de proteger la puerta de sobre corrientes y también la de determinar el ángulo mínimo de disparo.
Potenciómetros:
Son dispositivos electrónicos que se usan como resistencias variables y su principal uso en el diseño de los SCR será la de determinar el ángulo de disparo y de conducción.
Multímetro:
Su uso generalmente es para determinar o medir la cantidad de diferencia de potencial o la resistencia del potenciómetro.
Miliamperímetro: Se usa para medir la corriente que circula a través del circuito. En esta experiencia servirá para determinar la corriente de umbral de la puerta que generalmente está en el rango de 0,1 a 20 mA.
Transformador: Dispositivo eléctrico que nos proporcionara una fuente de voltaje alterna continua, es decir una señal en A.C.
III.
PROCEDIMIENTO:
1. INTRODUCCION TEORICA DE LOS SCR El rectificador controlado de es un tipo de tiristor de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón de Tiratrón (tyratron) y Transistor. y Transistor. Un SCR posee tres conexiones: ánodo, conexiones: ánodo, cátodo cátodo y gate (puerta). La (puerta). La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo un diodo rectificador 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 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 en corriente alterna. En alterna. En este último caso, según se atrase o adelante el pulso de disparo, se controla el punto (o la fase) 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 sinodal 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.
2. MODELO EQUIVALENTE CON TRANSISTORES
3. TENSION DE DISPARO Y CORRIENTE DE MANTENIMIENTO .
Tensión de disparo : Un SCR es cebado por la inyección de un pulso de corriente en la puerta. Esta corriente de puerta IG fluye a través de la unión entre puerta y cátodo y sale del SCR por el terminal del cátodo. La mayoría de los SCR requiere una corriente de puerta comprendida entre 0,1 y 20 mA para cebarse. Dado que entre la puerta y cátodo hay una unión pn estándar, el voltaje entre estos terminales VGK (Tension de disparo) sera ligeramente mayor que 0.6V. Una vez cebado el SCR no es necesario que continue fluyendo corriente por la puerta ya que el SCR permanece en conducción por el tiempo que fluya corriente a través de sus terminales principales de ánodo a cátodo.
Corriente de mantenimiento: La corriente de mantenimiento es cuando la corriente de ánodo a cátodo caiga por debajo de algún valor mínimo y es simbolizado por ℎ . En este momento el SCR estará en estado de bloqueo. Esto ocurre generalmente cuando el voltaje AC de alimentación pasa por cero hacia su zona negativa. Para la mayoría de los SCR de mediana potencia, ℎ es del orden de 10mA.
4. SIMULACION DE LOS CIRCUITOS Y RESULTADOS EN LA PRACTICA 1) Con el Ohmimetro en la Fig. 1 unir el electrodo de control (G) al ánodo(A), del SCR; colocar el (+) del Ohmímetro al ánodo del SCR y el (-) ( -) del Ohmimetro al cátodo o el mismo; el SCR debe pasar de estado de no-conducción al estado de conducción, este estado debe mantenerse aun desconectando (G) del (A). El SCR vuelve al estado de bloque al interrumpir la conexión con el Ohmimetro. Con la polaridad de la fuente invertida el SCR no debe parar al estado de conducción.
Al observar en el laboratorio el ohmímetro genera un pequeño voltaje, lo cual hace que circule corriente corriente suficiente que circule circule por el gate (G) para que active el disparo en el SCR, recordando que se necesita una corriente entre 0,1 y 20 mA para provocar el disparo. Se observa que existe un voltaje entre ánodo y cátodo del SCR que es 101mV. Esto provoca la circulación de corriente, por lo tanto la resistencia máxima que existe entre ánodo y cátodo (estado de no-conducción o de bloqueo), al ocurrir el disparo, sea mínima (estado de conducción) y arroje el valor de 215,7 ohmios. Cuando se cambió la polaridad del ohmímetro con su voltaje interno, el SCR no disparo y no se produjo el estado de conducción.
2) Disparo del SCR con alimentación AC. Diseñar el circuito de la Fig2 considerando las características del SCR que va a utilizar, considere una resistencia de carga pequeña de 100-200c de 5-10W.
Indicar cuál es el propósito de R1 El propósito de R1 es el de mantener algún valor fijo de R en el terminal de tal manera de que en caso R2 sea puesto en 0, R1 proteja a la puerta (G) del SCR de sobre corrientes, además R1 determina el mínimo ángulo de disparo.
El rango del ángulo de disparo que se logra con este tipo de circuito(Teórico y experimental) Mediante este tipo de circuito solo se puede obtener un ángulo de disparo de 0º a 90º
Cuál es la ventaja de este circuito ci rcuito de disparo Una desventaja de este tipo de circuito de disparo es que solo se puede ajustar de 0º A 90º , debido a que la corriente de puerta tiende a ser una onda sinodal en fase fase con el voltaje a través través del SCR. Por eso apenas si alcanza a (corriente de puerta necesaria para cebar el SCR). Bajo esta circunstancia el SCR se ceba a los 90º del ciclo. Puede suceder que si fuese más pequeña no podrá de ninguna manera disparar el SCR. Por lo tanto el ángulo de disparos superiores a 90º no son posibles con este tipo de circuito de control de puerta.
En la figura de arriba se muestra las formas de onda ideales de voltaje de los terminales del SCR y la corriente de puerta. La línea a trazos representa la corriente de puerta necesaria para cebar el SCR ( ).
(a) La corriente de puerta es baja, por lo cual se dispara a los 90º. (b) La corriente de puerta es grande, lo cual produce ángulo de disparo cercano a 0º.
Usando el osciloscopio dibujar las ondas Vent, Vak, Vg, Vcarga.
Voltaje de entrada
Voltaje Anodo-Catodo : Aquí se observa el disparo, llegando casi a 90º, que es el ángulo máximo al que es posible llegar)
Voltaje en el Gate (Puerta): Se compara la seña de entrada (CH1) con la señal en el Gate (CH2). Como se observa según la teoría el voltaje de gate a cátodo; en este caso a tierra porque el cátodo está conectado directamente a tierra, está comprendido entre 0.6-0.8 V. Por eso observamos que la señal del voltaje de Gate se ha atenuado.
Voltaje en la Carga Se observa que la señal es casi idéntica a la señal de entrada debido a que la resistencia es pequeña en comparación a R2, por tal motivo antes del disparo en la carga se reflejara casi la totalidad del voltaje de la señal de entrada.
3) Disparo del circuito de la FIg3.
Hallar el ángulo de disparo teóricamente y en la practica El método más simple para mejor el circuito de control de puerta es adicionando un condensador en el extremo inferior de la resistencia del terminal de puerta, la principal ventaja de este circuito es que el ángulo de disparo puede ajustarse a más de 90º. Para eso explico: Nos centramos en el voltaje a través del condensador C. Cuando la fuente AC es negativa, el voltaje inverso carga el condensador con su placa superior negativa y su placa inferior positiva. Cuando la fuente entra en el semiciclo positivo, el voltaje directo a través del SCR tiende a cargar C en la polaridad opuesta. Pero la formación de voltaje en la dirección opuesta es retardada hasta cuando la carga negativa sea removida de las placas del condensador. Este retardo en la aplicación de un voltaje positivo a la puerta, se extiende a más de 90º. Cuanto mayor sea la magnitud de la resistencia del potenciómetro, más tiempo toma C en cargar positivamente positivamente su placa superior, y más tarde se cebara el SCR. En ángulo hallado en la práctica es aproximadamente
Usando el osciloscopio dibuje las ondas en Vent, Vak,Vg,Vcarga,Vc. Compare las ondas gráficamente.
Voltaje de entrada
Voltaje entre Ánodo y Cátodo Cuando R2 -
Cuando R2-
Tiende a ser Máximo
Tiende a disminuir
Voltaje de Gate
Voltaje en la carga
Voltaje en el capacitor
Indique otros circuitos de disparo de los SCRh.
Circuito de control de puerta que utiliza diodos de 4 capas (schockely): El diodo de 4 capas proporciona consistencia en la operación de disparo y reduce la dependencia de temperatura del circuito. El diodo tiene un cierto voltaje de disparo (ruptura positiva). Si el voltaje través del condensador esta por debajo del punto de disparo, el diodo de 4 capas actúa como un interruptor abierto. Cunado el voltaje del capacitor alcanza el punto de disparo, el diodo de 4 capas conduce y actúa como interruptor cerrado. Esto ocasiona una gran inyección instantánea de corriente hacia la puerta, lo que proporciona un cebado seguro del SCR.
Circuito doble de RC: Este tipo de configuración muestra una red RC doble para el control de puerta. En este esquema, el voltaje retardado C1 es utilizado para cargar C2, resultando aún más retardo en la formación de voltaje de puerta.
4) Disparo del SCR con alimentación DC. Sea el ckto:
Con:
P1=10kΩ
P2=20kΩ
R=330Ω
R1=1kΩ
R2=330Ω
Con el potenciómetro hacemos que la resistencia entre DB sea cero.
Cerramos el interruptor SW. Aumentamos P2 hasta que provoque el disparo del SCR, una vez esto se tiene: VGK Ig I 0.733 v 2250 mA 16.2 mA 0.706 v 2200 mA 4,3 mA
VGK:
Ig :
I:
Abrir el interruptor SW Variamos lentamente P1 hasta que el SCR retorne a la condición de bloqueo. Una vez esto se tiene lo siguiente: VGK 0.156 V 0.154 V
I 0.01 mA 0.01 mA
VDB 10.03 V 10.06 V
IH 0.01 mA 0.01 mA
