Rectificador De Media Onda Controlado 3v6n4r

PRÁCTICA # 2 ASIGNATURA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA TIEMPO PLANIFICADO EN EL SILABO: 6 HORAS TIEMPO DE LA PRÁCTICA POR GRUPO: 4 NUMERO DE ESTUDIANTES POR GRUPO: 3 ESTUDIANTES INTEGRANTES:  ANDREA BRAVO  NANCY RIVERA  DANNY ARMIJOS

1. TEMA: RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA CON UN SCR Y UNA CARGA INDUCTIVA 2. OBJETIVOS:   

Describir el funcionamiento de los rectificadores de media onda controlados con carga resistiva y con carga resistiva- inductiva Analizar el funcionamiento del SCR y obtener la medición de los circuitos propuestos. Comparar los resultados del circuito con valores ideales y reales.

3. MATERIALES Y REACTIVOS – Por Grupo

4. Equipos y herramientas – Por Grupo

    

Transformador reductor de 110V-2A 1 potenciómetro de 10kΩ 1 resistencia de 100Ω 1 tiristor SCR 1 diodo 1N4007



Cable para protoboard.

       

1 osciloscopio 1 protoboard 1 computadora 2 jaks 2 sondas para osciloscopio Conectores caimán Cable para conexión en protoboard Pinzas, alicates, corta cables

5. INSTRUCCIONES:      

Colocar las mochilas en los casilleros Prohibido consumo de alimentos Prohibido equipo de diversión, celulares etc. Prohibido jugar Prohibido mover o intercambiar los equipos de los bancos de trabajo Prohibido sacar los equipos del laboratorio sin autorización.

     

Ubicar los equipos y rios en el lugar dispuesto por el responsable del laboratorio, luego de terminar las prácticas. Uso adecuado de equipos Uso obligatorio del mandil Presentar el preparatorio al docente a cargo de la materia al inicio de la jornada. Contestar las preguntas de control después de realizarse la práctica. Realizar el informe con todos los ítems destallados en la guía.

6. ACTIVIDADES POR DESARROLLAR: 1. Realizar un rectificador de media onda con carga resistiva en un software especializado para la simulación.

Fig. 7.1 Circuito de rectificador de media onda con carga R

CÁLCULOS MATEMÁTICOS: Tensión media en la carga

V0 =

Vm 2π

[ 1+ cos ∝ ]

->

V0 =

21.21 [1+cos(60 ° )]=3.37∗1.5 = 5.06V 2π

La tensión eficaz en la resistencia

√

V rms =

Vm ∝ sin2 ∝ 1− + 2 π 2π

V rms =

21.21 1.047 sin 2(1.047) 1− + =10.605 √1−0.33+0.0058=¿ 2 π 2π

->

60

°∗π =1.047 rad 180 °

√

8.72V Corriente media en carga

Io=

Vo R

=

5.06 120 Ω

8.72V =72.67 mA 120

Corriente eficaz en la carga

= 42.17mA

I rms =

V rms R

=

=

Potencia absorbida por la carga

P=

Vrms 2 R

2

=

(8.72) 120 Ω

= 0.634W

SIMULACIONES:

Fig. 7.3 Voltaje en el SCR de la Fig. 7.1. Software Pspice (Autores)

Fig. 7.2 Voltaje en la carga R de la Fig. 7.1 VENTRADA y VSALIDA EN R. Software Pspice (Autores)

2. Realizar un rectificador de media onda con carga resistiva - inductiva en un software especializado para la simulación.

Fig. 7.4 Circuito de rectificador de media onda con carga RL

CÁLCULOS MATEMÁTICOS:

f =60 Hz →ω=2 πf =2 π∗60=377 rad /s Z =√( 150 ) + ( 377∗0.3 ) =187.86Ω 2

θ=tan

ωτ=

−1

2

( 377∗0.3 ) =37.02 °=0.646 rad 150

ωL (377∗0.3) = =0.754 rad R 150

α =cos−1

[

]

V O∗2 π 5.06∗2 π −1 =cos−1 −1 =60 °=1.047 rad Vm 21.21

[

]

¿

( VmZ ) [ sen ( ωt−θ)−sin (∝−θ ) e

( α −ωt ) /ωτ

] , para ∝ ≤ ωt ≤ β

¿ i ( ωt ) =¿ i ( β )=0=0.1129 [ sen ( β−0.646 )−sin ( 1.047−0.646 ) e( 1.047−β )/ 0.754 ]

β=3.78 rad−¿ 216.58 ° V o=

Vm [ cos α −cos β ] = 21.21 [ cos 1.047−cos 3.78 ] =3.38 ( 1.3 )=1.3V 2π 2π

1 ( 1.06 )=¿ 86.8 mA 2π β 1 I= ∫ ¿ 2π α

i ( ωt ) d ( ωt )=

I rms =

√

β

√

1 ∫ i2 (ωt )d (ωt)= 21π (0.0112)=42.22 mA 2π α

SIMULACIONES:

Fig. 7.5 Voltaje en la carga RL de la Fig. 7.4 VENTRADA y VSALIDA EN RL. Software Pspice (Autores)

Fig. 7.6 Voltaje en el SCR de la Fig. 7.4. Software Pspice (Autores)

3. Hacer el montaje en el protoboard de los circuitos anteriormente mencionados 4. Conectar las sondas del osciloscopio en la entrada y salida del circuito haciendo la relación de voltaje-corriente

7. MARCO TEÓRICO: 8.1 RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA CONTROLADO CON CARGA RESISTIVA Durante el semiciclo positivo de la tensión de entrada, la tensión ánodo-cátodo es positiva, de manera que el SCR puede entrar en conducción. Controlando el ángulo de disparo de los tiristores son capaces de enviar más o menos energía a la carga, con lo que están controlando el valor medio de la tensión de salida del rectificador (Fig. 7.1)

Fig. 8.1 Formas de Onda con carga resistiva. (Hart, 2001)

8.1.1 ECUACIONES DEL CIRCUITO Tensión media en la resistencia de carga π V 1 V o= ∫ V m sen ( ωt ) d ( ωt )= m [ 1+cos ∝ ] 2π ∝ 2π

(8.1 )

La tensión eficaz en la resistencia

V π

√

Vm 1 ∝ sin 2∝ 2 [¿ ¿ m sen ( ωt )] d ( ωt )= 1− + ∫ 2π ∝ 2 π 2π V rms = √¿ Corriente media en carga

V Io= o R

(8.2 )

Corriente eficaz en la carga

I rms =

(8.3 )

)

Potencia absorbida por la carga

P=V 2 rms/ R

V rms R (8.4

(8.5 )

Factor de potencia

f p=

P I rms∗V(8.6 rms )6)

8.2 RECTIFICADOR DE MEDIA ONDA CONTROLADO CON CARGA RESISTIVAINDUCTIVA El análisis de este circuito es similar al rectificador no controlado. La corriente es la suma de las respuestas natural y forzada. (Fig. 7.4)

Fig. 8.4 Formas de Onda. (Hart, 2001)

8.2.2 ECUACIONES DEL CIRCUITO La corriente por la carga viene dada por:

i ( ωt ) =

Vm sen ( ωt −θ ) + A e−ωt/ ωτ (8.7) Z

Dónde:

Z =√ R 2+(ωL)2

τ=

(8.8)

L R (8.10

θ=tan

−1

ωL R (8.9)

[( )

A= −

)

]

Vm sin ( ∝−θ ) e α / ωτ (8.11 Z )

Sustituyendo A y simplificando:

¿ Vm [ sen ( ωt−θ ) −sin ( ∝−θ ) e( α −ωt ) /ωτ ] para ∝≤ ωt ≤ β Z ¿ ( i ωt )=¿

( )

(8.12 )

Para encontrar beta se obtiene mediante la siguiente ecuación

( VmZ )[sen ( β−θ )−sin ( ∝−θ) e

i ( β )=0=

( α − β) /ωτ

]

(8.13 )

La tensión media de salida es: β V 1 V o= ∫ V m sen ( ωt ) d ( ωt )= m [ cos α−cos β ] (8.14 2π ∝ 2π

)

La corriente media

La corriente eficaz

β (8.15 1 I = ∫ i(ωt )d ( ωt) ) 2π α

√

β

(8.16 1 I rms = i 2 (ωt ) d (ωt)) ∫ 2π α

8. RESULTADOS OBTENIDOS:

Fig. 9.2 Voltaje de salida en la carga R. (Autores)

Fig. 9.1 Voltaje del rectificador de media onda controlado con carga R. (Autores)

Fig. 9.4 Voltaje en la carga RL. (Autores)

Fig. 9.3 Voltaje del rectificador de media onda controlado con carga RL. (Autores) Fig. 9.5 Voltaje en el SCR. (Autores)

Fig. 9.6 Alto paso de corriente debido al potenciómetro de 10kΩ. Donde sí se coloca un motor de cc paralelo a la carga, girará, debido que tiene la suficiente corriente para que funcione. (Autores)

Fig. 9.7 Bajo paso de corriente debido al potenciómetro de 10kΩ. Donde si se coloca un motor de cc paralelo a la carga, no girará, debido que no tiene la suficiente corriente para que funcione. (Autores)

9. DISCUSIÓN:

Para mostrar la onda del circuito rectificador de media onda con carga resistiva (Fig. 9.2) en el osciloscopio no hubo mayor inconveniente, mientras que en el circuito rectificador de media onda con carga resistiva-inductiva (Fig. 9.4) no fue tan sencillo debido a circuito de disparo que contenía un circuito amortiguador o de freno RC elevado por lo que fue necesario reducirlo para trabajar con la carga RL. Debe armar cuidadosamente los circuitos, teniendo en cuenta la polaridad de los pines del SCR y si se usa capacitores electrolíticos verificar que la polaridad sea la indicada al momento del montaje en el protoboard, ya que es ahí donde más se suele confundir al armar.

Se comprobó el funcionamiento de los circuitos rectificadores comparando las ondas simuladas con las obtenidas en el osciloscopio. Para verificar lo dicho, se puede observar que la onda simulada de la Fig. 7.2 (onda simulada del circuito rectificador de media onda con carga resistiva) es semejante a la onda obtenida en el osciloscopio de la Fig. 9.2 (onda obtenida en el osciloscopio del circuito rectificador de media onda con carga resistiva), así mismo de la Fig. 7.5 (onda simulada del circuito rectificador de media onda con carga resistiva-inductiva) con la obtenida en la Fig. 9.4 (onda obtenida en el osciloscopio del circuito rectificador de media onda con carga resistiva-inductiva) 10. CONCLUSIÓN: 



 

Un circuito rectificador de media onda con SCR permiten modificar la señal de entrada senoidal transformándola a DC, además este solo permite el flujo de corriente en ciertas circuntancias. Quedo demostrado que el SCR funciona como un interruptor, dependiendo de la corriente que se le ingrese en la compuerta en este dispositivo de tal manera que se ingresa una corriente a la necesaria este dispositivo estará en estado abierto caso contrario funcionara como circuito cerrado. Los SCR consume cierta energía pero al tratarse de una energía insignificante con la que se está trabajando a este dispositivo se lo considerara ideal. Como se pudo observar en la práctica según se variaba el potenciómetro las revoluciones del motor DC iba más rápido o más lento. A más corriente que se le ingresaba a la compuerta el motor giraba más rápido, a menos corriente el motor giraba más lento hasta el punto en que el SCR dejaba de conducir y allí se paraba el motor

11. RECOMENDACIONES: 1 2 3 4 5

Asegúrese de calibrar correctamente el osciloscopio. Al armar y conectar los diferentes elementos del circuito tener cuidado al unirlos mediante los cables, para evitar algún cortocircuito. Una vez armado el circuito usar el multímetro para ver continuidad en la red. Al medir en el osciloscopio el voltaje de entrada y salida, no conectar los dos cables de tierra a la vez del osciloscopio. Realizar cuidadosamente los cálculos teóricos, puesto que es la base para relacionar con los valores obtenidos en la práctica y los simulados.

12. PREGUNTAS DE CONTROL: ¿Cómo está compuesto un SCR y para qué es utilizar el gate (compuerta)? El rectificador controlado de silicio es un tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor con estructura PNPN o bien NPNP además SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (compuerta). La compuerta 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.

Indique ¿Cómo es el comportamiento de un SCR en corriente continua y corriente alterna además represente su símbolo grafico El SCR en corriente alterna se desexcita en cada alternancia o semiciclo. Mientras que en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito. En la figura se muestra la simbología de SCR.

Fig. 13.1 Simbología del SCR. [1]

¿Cómo se regula el SCR para que funcione como interruptor? Esto se regula dependiendo de la corriente que se le ingrese en la compuerta este dispositivo reaccionara como circuito cerrado o abierto. 13. BIBLIOGRAFÍA

[1] s.f.. Diodos 1N4007. Electronicos Caldas. [En línea] s.f. de s.f. de s.f. http://www.electronicoscaldas.com/diodos-y-puentes/67-diodo-1n4007.html. [2] s.f.. El diodo semiconductor, aplicaciones y caracteristicas. APUNTES DE ELECTRONICA BASICA. [En línea] s.f. de s.f. de s.f. http://www.viasatelital.com/proyectos_electronicos/diodo_semiconductor.htm. [3] Fajardo Valencia, Alexandra. 2013. Corriente Continúa y Alterna. monografias.com. [ En línea] 25 de 06 de 2013. http://www.monografias.com/trabajos82/corriente-continuay-alterna/corriente-continua-y-alterna.shtml. [4] Hart, Daniel W. 2001. Electronica de Poencia. madrid : Pearson educacion , 2001. ISBN. [5] 2012. ON Semiconductor. ON Semiconductor. [En línea] Semiconductor Components Industries, LLC, 2012, octubre de 2012. [Citado el: 20 de abril de 10:30.] http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/1N4001-D.PDF.