UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFacultad de Ingeniera
Electrnica y Elctrica Universidad Nacional Mayor de San Marcos
(Universidad del Per, DECANA DE AMRICA) Facultad de Ingeniera
Electrnica y ElctricaE.A.P. INGENIERIA ELECTRNICAEL SCR Y
RECTIFICADORES CONTROLADOS Curso:Lab. Electrnica de
Potencia.Profesor:Ing. Celso Gernimo Huamn.Alumno: Solis Galvez,
Elvis Magno Cdigo:10190029Horario : Viernes de 4pm a 6pmTipo de
informe: Informe final N1-2015-EL SCR Y RECTIFICADORES
CONTROLADOS1) HAGA UNA INTRODUCCION TEORICA DE LOS TIRISTORES (SCR
Y DIACS)
Los tiristores constituyen una familia de dispositivos que
pueden tomar diferentes nombres y caractersticas, pero donde todos
los elementos que la componen se basan en el mismo principio de
funcionamiento. Constructivamente son dispositivos de 4 capas
semiconductoras N-P-N-P y cuya principal diferencia con otros
dispositivos de potencia es que presentan un comportamiento
biestable. Ante una seal adecuada pasan de un estado de bloqueo al
de conduccin, debido a un efecto de realimentacin positiva. El
pasaje inverso, de conduccin a bloqueo se produce por la disminucin
de la corriente principal por debajo de un umbral. Funcionan como
llaves, presentando dos estados posibles de funcionamiento: No
conduccin (abierto) Conduccin (cerrado)
FUNCIONAMIENTO:
Un tiristor, o con mayor precisin, un SCR puede conducir solo
cuando su nodo es positivo respecto al ctodo. Para pasar de la
condicin de corte a la de conduccin, se requiere aplicar un pulso
positivo de energa suficiente en el terminal de compuerta. Mientras
no se produzca el disparo, el SCR permanece en condiciones de
bloqueo, tanto con tensiones nodo - ctodo positivas como negativas.
Con el nodo positivo respecto al ctodo, el SCR, si bien se
encuentra habilitado a cambiar de estado, no conduce y la tensin
aplicada es soportada por la juntura J2. Cuando el nodo es negativo
respecto del ctodo, el SCR se encuentra en una condicin inherente
de no conduccin y se mantiene as an excitndolo.
ESTADOS DEL TIRISTOR:
Un tiristor puede encontrarse en uno de los siguientes
estados:
Bloqueado con polarizacin inversa Bloqueado con polarizacin
directa. Conduccin.
Se analizan a continuacin cada uno de estos estados y sus
conmutaciones.
Estado de BloqueoLos tiristores permanecen indefinidamente en la
condicin de bloqueo, a menos que se les suministre la adecuada
energa al terminal de compuerta, estando el tiristor bloqueado con
polarizacin directa. Excitar a un tiristor con polarizacin inversa
no produce ningn cambio de estado, con excepcin de los TRIACS,
donde pulsos de cualquier polaridad pueden producir el pasaje del
estado de conduccin al de corte sin importar la polaridad de la
tensin bloqueada.
EncendidoCuando aumenta la tensin nodo-ctodo llega un momento en
que la corriente de prdida (corriente inversa de saturacin IOX)
toma un valor suficiente para producir la avalancha, establecindose
la conduccin del tiristor.El disparo de un tiristor por superar su
tensin de ruptura puede producir una elevada disipacin instantnea
de potencia de distribucin no uniforme en el rea del semiconductor.
Esta disipacin de potencia produce una elevacin excesiva de la
temperatura que puede destruir al transistor. En operacin normal
los tiristores no deben ser encendidos por este mtodo. En aquellos
miembros de la familia preparados para este uso como los Diacs, se
debe controlar el valor mximo de di/dt soportado
Estado de ConduccinEl tiristor es un dispositivo de control de
tensin y no de corriente. Una vez en conduccin, la magnitud de
corriente a circular por el mismo la fija el circuito exterior.Para
que una vez encendido el tiristor se mantenga en el estado de
conduccin al eliminarse la corriente de disparo de compuerta, se
requiere que la corriente principal sea lo suficientemente elevada.
El menor valor de corriente de nodo que debe establecerse antes de
eliminar la corriente de compuerta se denomina corriente de cerrojo
o de latch. Mantener el valor de la corriente nodo por encima de
este valor es el nico requerimiento para que el tiristor permanezca
conduciendo una vez retirada la corriente de compuerta.
ApagadoLa nica forma de apagar a cualquier tiristor, con
excepcin de los GTO, es reducir la corriente de nodo por debajo del
valor de la corriente de mantenimiento o de hold. Por debajo de
esta corriente se produce una realimentacin positiva que lleva a
ambos transistores al corte. Debe recordarse que el modelo es solo
vlido para el tiristor apagado y en el momento del encendido o
corte.Del modelo parecera que cortocircuitar a la compuerta sera
suficiente para iniciar este proceso, pero en la estructura real de
un SCR el rea de compuerta es solo una porcin del rea de ctodo y
solo una muy pequea porcin de la corriente es derivada por este
corto.Solo mediante una reduccin de la corriente principal por
debajo de la mencionada corriente de mantenimiento se asegura el
comienzo de la accin regenerativa que lleva a ambos transistores
del modelo al corte.
1) DISEE EL CIRCUITO DE LA FIGURA N 01 CONSIDERANDO LAS
CARACTERISTICAS DEL SCR (UTILIZAR LA HOJA DE DATOS DEL SCR),
CONSIDERE UNA RESISTENCIA Y UN POTENCIOMETRO ENTRE LA PUERTA Y EL
ANODO PARA EL DISPARO DEL SCR.
Circuito N 01
Nuestra Carga es de 47 ohmios.Cuando se cierra SW, existir
corriente hacia la compuerta cuando el voltaje de alimentacin pase
a positivo. El ngulo de retardo de disparo lo determina el valor de
R2, la resistencia variable. Si R2 es baja, la corriente de
compuerta ser suficientemente grande para disparar el SCR cuando el
voltaje de alimentacin sea bajo. Por tanto, el ngulo de retardo de
disparo ser pequeo, y la corriente de carga promedio ser
grande.
Si R2 es alta, el voltaje de alimentacin debe ascender ms alto
para suministrar suficiente corriente de compuerta para disparar el
SCR. Esto incrementa el ngulo de retardo de disparo y reduce la
corriente de carga promedio
Para nuestro diseo sacamos los datos del datasheet de nuestro
SCR. Corriente de disparo en la compuerta : Igt = 2 15mA; Voltaje
de disparo en la compuerta : Vgt = 0,6 1.5V, Corriente de
mantenimiento: IH =7 20mA; Voltaje en estado de trabajo. Vt =1.4
-1.75v.De la ley de voltajes de kirchoff se tiene: = ( + ) + Donde
Rpot es el potencimetro, R1 la resistencia de proteccin para la
puerta del tiristor y Rcarga es la carga.Segun indicacin hacemos
Rpot = 0=R1, = () + = ( + =0.694Este valor de voltaje nos indica el
punto desde donde empieza a conducir el tiristor, este punto es el
ngulo de disparo que se calcula as:
Pero la resistencia R1 es necesaria para la proteccin de la
puerta, entonces consideraremos una resistencia de R1=100, por lo
tanto: = ( + ) +
Por lo tanto: = () + =0.9v.
Se puede observar que conforme Vs aumente, el ngulo de disparo
va aumentando tambin. El mximo valor que puede tomar Vs es Vs=Vm,
para lo cual se tiene:
De donde se deduce que < < Este ngulo varia conforme se
cambie los valores de R1, pero como este fijo se puede colocar un
potencimetro (Rpot) en serie para variar el ngulo de disparo.Como
puede llegar hasta , y Rcarga y R1 ya suman 147 , veremos que valor
de potencimetro se puede colocar en serie con R1para variar el
angulo de disparo. = ( + ) +
R3 nos permitir aumentar el ngulo de disparo, para la
experiencia podremos usar un potencimetro comercial como el de
20k.
VsVcarga
Vgk Vak
VsVcarga
Vgk Vak
2) CUAL ES EL RANGO DEL ANGULO DE DISPARO QUE SE LOGRA CON EL
CIRCUITO DE LA FIGURA 01?
Se calculo y explico de manera teorica la respuesta en la
pregunta 06.De una forma experimental observe el Vcarga el voltaje
promedio ( Vo=3.43), para este voltaje se llevo al potenciometro a
su mas alto valor.Entonces hallamos el angulo de retardo de la
formula de Vo:
Entonces:
3) CUAL ES LA DESVENTAJA DE ESTE CIRCUITO DE DISPARO?Una
desventaja de este simple circuito de disparo es que el ngulo de
retardo de disparo es ajustable slo desde aproximadamente 0 a 90.
4) USANDO EL OSCILOSCOPIO DIBUJAR LAS ONDAS EN Vs, Vak, Vgk y
Vcarga.
Se mostrara para cada circuito las respectivas ondas que se
solicitan. Se mostr las ondas en el circuito N 01.
5) OBTENER EL VDC EN LA CARGA PARA UN ANGULO DE DISPARO DE 60
(TEORICO Y EXPERIMENTAL)Como nos piden el voltaje en dc entonces
aplicamos la formula siguiente, para un ngulo dado:
Entonces experimentalmente movemos nuestro potencimetro hasta
obtener en la carga el voltaje calculado.
6) DISEAR EL CIRCUITO DE LA FIGURA 2. USANDO ELOSCILOSCOPIO
DIBUJAR LAS ONDAS EN Vs, Vak, Vg y Vcarga.
El mtodo ms simple para mejorar el control de compuerta es
agregar un capacitor al final de la resistencia de terminal de
compuerta, como se muestra en la figura 4-8.La ventaja de este
circuito es que el ngulo de retardo de disparo se puede ajustar ms
all de los 90. Esto se puede entender si nos centramos en el
voltaje a travs del capacitor C. Cuando la alimentacin ca es
negativa, el voltaje inverso a travs del SCR es aplicado al
circuito disparador RC, con lo que carga negativamente al capacitor
en la placa superior y positivamente en la inferior. Cuando la
alimentacin ingresa a su medio ciclo positivo, el voltaje directo a
travs del SCR tiende a cargar a C en la direccin puesta. Sin
embargo, la acumulacin de voltaje en la nueva direccin se retrasa
hasta que la carga negativa se elimine de las placas del capacitor.
Este retraso en la aplicacin de voltaje positivo en la compuerta se
puede extender ms all del punto de 90. Cuanto mayor sea la
resistencia del potencimetro, ms tardar C en cargar positivamente
en la placasuperior y SCR menos en dispararse.
Para nuestro circuito que hemos diseado hemos utilizado una
Capacitancia C1 de 3.2 uF.
VsVcarga
Vgk Vak
VsVcarga
Vgk Vak
Laboratorio de Electrnica de Potencia I | Informe Final N01: SCR
y Rectificadores Controlados7
