Manual de practicas de Electrónica de potencia
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Este documento presenta un manual de prácticas para la materia de Electrónica de Potencia. Consta de cinco unidades que cubren dispositivos de potencia, rectificadores, troceadores, inversores y cicloconvertidores. Las prácticas se enfocan en el diseño e implementación de estos circuitos y en medir sus parámetros de funcionamiento. La primera práctica caracteriza un SCR midiendo parámetros como VGT e IGT.
Manual de practicas de Electrónica de potencia
- 1. INTRODUCCIÓN El manual de prácticas para la materia de Electrónica de Potencia pretende ser un material de apoyo para los estudiantes que cursan la materia de manera que complementen los conocimientos teóricos adquiridos en el aula con la comprobación real de un circuito de aplicación. La materia consta de cinco unidades. En las unidades I y II el alumno identificará y conocerá los principales dispositivos de potencia así como los circuitos de disparo usados para dispararlos. La mayor parte de las prácticas propuestas se enfocan en este objetivo ya que esto es de vital importancia para que posteriormente en las unidades siguientes se apliquen estos conocimientos en el diseño e implementación de circuitos más complejos. En la unidad III, el alumno conocerá el funcionamiento de los rectificadores controlados, tanto monofásicos como trifásicos, de media onda y onda completa. En esta unidad se propone el diseño por parte del alumno de un rectificador monofásico completo de onda completa y en base este diseño calcular los principales parámetros de funcionamiento. En la unidad IV, el objetivo es que el alumno conozca las principales configuraciones de troceadores, su funcionamiento y aplicaciones. En esta unidad de propone el diseño de un troceador tipo elevador para que, en base a ello se calculen sus principales parámetros de funcionamiento. Por último, en la unidad V el alumno conocerá el funcionamiento de los inversores y cicloconvertidores. En esta unidad se propone el diseño de un inversor de 12Vcd a 120Vca y comprobar su funcionamiento con diferentes cargas.
- 2. PRÁCTICA No. 1 CARACTERÍSTICAS DEL SCR OBJETIVOS: a) Identificar las terminales de un SCR utilizando un multímetro digital y comprobar su funcionamiento. b) Medir parámetros como: VGT, IGT e IH de un SCR activado por compuerta. INTRODUCCIÓN: Un SCR es un interruptor semiconductor que cuando se enciende permite que fluya una corriente a través de él en una sola dirección mediante la aplicación de un voltaje polarizado de ánodo a cátodo. Comúnmente el SCR se dispara por medio de la aplicación de un voltaje positivo en la compuerta y se apaga reduciendo el voltaje ánodo cátodo por debajo de un valor requerido para mantener el valor mínimo de corriente de ánodo llamado corriente de mantenimiento IH. El SCR se utiliza principalmente en el control de energía de CA y CD. Como semiconductor es un dispositivo compacto herméticamente y libre de efectos de vibración. Como rectificador sabemos que conduce en una sola dirección, pero su operación es más compleja que la de un diodo. Como interruptor de enganche el SCR ofrece ventajas sobre los transistores de potencia ya que no es necesaria la aplicación de una señal continua para activarse. Los niveles de corriente que manejan los SCR van desde ¼ Arms hasta 2000 Arms y voltajes de hasta 5000 V. Niveles más altos de corriente y voltaje son manejados por conexiones serie-paralelo de SCR´s. MATERIAL Y EQUIPO: · 2 Fuentes de poder (0-20Vcd). · 2 Multímetros digitales. · 2 Miliamperímetros (pueden usar los de la mesa de trabajo) · 1 SCR C106B1. · 1 Protoboard. · 1 Diodo 1N4004 o similar. · 1 Potenciómetro de 1KΩ. · 5 Resistencias (10KΩ a 1W, 270Ω a 2W, 1kΩ a 1W, 1kΩ a 2W) · 2 Resistencias 100Ω a 1W · 1 Interruptor PNBC (normalmente cerrado) DESARROLLO: I.- Identificación de las terminales de un SCR: 1. Coloque el multímetro en la posición de diodo, busque la combinación de terminales donde exista una unión PN, una vez localizadas estas terminales tenemos que la punta negra está en el cátodo y la roja está en la compuerta. La tercera terminal debe ser el ánodo. Dibuje un esquema de la distribución de terminales en el dispositivo.
- 3. 2. Ahora coloque la punta roja en el ánodo y mantenga la negra en el cátodo. Haga un pequeño corto momentáneo entre ánodo y compuerta. ¿Qué indica el multímetro?______________________________________________________ _______________________________________________________________ ¿Qué significa esto?_______________________________________________ _______________________________________________________________ II.- Funcionamiento del SCR y medición de la IH: 1. Arme el circuito de la Figura No. 1. 2. Ajuste E1 a 10Vcd. Aumente lentamente E2 en tanto observa A2, hasta que la aguja brinque repentinamente. Tome las siguientes lecturas: A1=_____________ A2=___________ VR2=___________ 3. Reduzca E2 a 0Vcd. Observe A1 y A2. ¿Qué ocurrió? __________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 4. Con E2 en 0Vcd tome las lecturas de VR2 y VAK. VR2=_______________ VAK=_______________ 5. Presione SW1 y observe A1 y A2. ¿Qué ocurrió?______________________ _______________________________________________________________ 6. Tome nuevamente las lecturas de VR2 y VAK: VR2=_____________ VAK=_______________ 7. Ajuste E1 a 15Vcd. 8. Aumente lentamente E2 sin dejar de observar A2, hasta que la aguja salte repentinamente. Registre las siguientes lecturas: A1=________ A2=_________ VR2=__________ 9. Mida el voltaje ánodo cátodo del SCR: VAK=___________ 10. Reduzca E2 a 0Vcd y presione momentáneamente SW1. 11. Ajuste E1 a 5Vcd. 12. Aumente lentamente E2, observando A2 hasta que la aguja de un salto repentino. Registre las siguientes lecturas: A1=_________ A2=_________ VR2=_________ 13. Mida el voltaje ánodo cátodo del SCR: VAK=__________ 14. Reduzca E2 a 0Vcd y a continuación disminuya lentamente E1 a oVcd, sin dejar de observar A1 y A2. ¿Qué ocurre? ______________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________
- 4. 15. ¿Qué representa el último valor observado en A2 antes de que el SCR se apague?________________________________________________________ _______________________________________________________________ 16. Registre el último valor observado: A2=__________ III.- Medición de IGT y VGT para un SCR: 1. Arme el circuito de la figura No. 2. 2. Coloque R2 a resistencia máxima en el circuito de compuerta y verifique que el SCR esté apagado (V1 debe medir 6Vcd). 3. Varíe lentamente R2 hasta que V1 cambie de 6Vcd hasta aproximadamente 1Vcd, en ese momento el SCR estará activado. 4. Desactive el SCR y repita el paso anterior, pero observando los valores de VGT e IG un momento antes de la caída de V1. Registre estos valores y con ellos calcule IGT de acuerdo a la siguiente fórmula: VGT=____________ IGT=_____________ NOTA: IGT puede resultar ser una cantidad negativa (la corriente de disparo fluye de la compuerta) 5. Compare con la hoja de datos del fabricante y concluya. CIRCUITOS UTILIZADOS: Figura No 1 Circuito de prueba para un SCR Figura No. 2 Medición de VGT e IGT OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:
- 5. PRÁCTICA No. 2 EL TRIAC Y EL DIAC OBJETIVOS: a) Mostrar la conducción bidireccional y los cuatro modos de disparo del TRIAC. b) Mostrar el funcionamiento bidireccional del DIAC. INTRODUCCIÓN: El TRIAC es un semiconductor interruptor tríodo de c.a. Opera como dos SCR conectados en paralelo inverso. Por tanto, puede conducir con cualquier polaridad de voltaje entre sus terminales principales y se puede disparar con cualquier polaridad de señal en la compuerta. Sus electrodos son denominados MT1, MT2 y G ya que como la conducción es bidireccional sería inapropiado nombrar sus terminales principales como ánodo y cátodo. Por lo general MT1 es la terminal de referencia de medición pues la que interactúa con la compuerta. El TRIAC tiene cuatro modos posibles de disparo que son (con respecto a MT1): MT2 positiva, G positiva; MT2 positiva, G negativa; MT2 negativa, G positiva; MT2 negativa, G negativa. A veces se expresan los cuatro modos de disparo del TRIAC con respecto a su curva característica V-I, en la cual, sólo se muestra la conducción en el primer y tercer cuadrante. Por otro lado, el DIAC es un diodo interruptor de ca de tres capas que se utiliza principalmente como elemento de disparo para el TRIAC. Opera como dos diodos montados en paralelo inverso por lo que es bidireccional. Su conducción se inicia hasta que se alcanza el el VBO en cualquier dirección, en ese momento la corriente aumenta y disminuye el voltaje entre terminales. MATERIAL Y EQUIPO · 1 Fuente de cd (que alcance 40 V) · 1 Fuente de ca aislada de tierra (Variac) · 1 Multímetro digital · 1 Osciloscopio · 1 TRIAC SC136B o reemplazo · 1 DIAC · 2 Resistencias (47Ω y 10KΩ) una de cada valor · 1 Capacitor (0.1µF) · 1 Lámpara miniatura 6.3V · 1 PNBO (Interruptor normalmente abierto) · 1 SPST (Interruptor 1 polo 1 tiro) · 1 Protoboard DESARROLLO: I. Operación bidireccional del TRIAC 1. Arme el circuito de la figura No. 1
- 6. 2. Ajuste el voltaje de la terminal principal a 6.3 Vcd 3. Ajuste el voltaje de compuerta a 6Vcd 4. Oprima y retenga S1. ¿Qué ocurre? ________________________ _______________________________________________________ 5. Libere S1. ¿Qué ocurre?_________________________________ _______________________________________________________ 6. Explique el comportamiento anterior._______________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ 7. Conecte el osciloscopio a través de DS1 (carga) mientras oprime y retiene nuevamente S1. Dibuje la forma de onda dibujada a escala. 8. Explique el resultado obtenido en el paso anterior.____________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ II. Cuatro modos de disparo del TRIAC: 1. Arme le circuito de la figura No. 2. 2. Ajuste las fuentes de la terminal principal y de la compuerta a 6Vcd 3. Cierre S2 y oprima momentáneamente S1. ¿Qué ocurre? ______ _______________________________________________________ 4. Registre en la tabla 1 el modo de disparo, el cuadrante y las características observadas en la lámpara. 5. Abra S2. ¿Qué ocurre?__________________________________ 6. Elimine la fuente de compuerta y luego invierta su polaridad para conectarla nuevamente al circuito. 7. Cierre S2 y oprima momentáneamente S1. ¿Qué ocurre?_______ _______________________________________________________ 8. Registre en la tabla el modo de disparo, el cuadrante y las características observadas en la lámpara. 9. Abra S2. ¿Qué ocurre?__________________________________ 10.Elimine el voltaje de la terminal principal e invierta la polaridad para conectarla nuevamente al circuito. 11.Cierre S2 y oprima momentáneamente S1. ¿Qué ocurre?_______ _______________________________________________________ 12.Registre en la tabla el modo de disparo, el cuadrante y las características observadas en la lámpara. 13.Abra S2. ¿Qué ocurre? _________________________________ 14.Elimine la fuente de compuerta y luego invierta su polaridad para conectarla nuevamente al circuito. 15.Cierre S2 y oprima momentáneamente S1. ¿Qué ocurre?_______ _______________________________________________________ 16.Registre en la tabla el modo de disparo, el cuadrante y las características observadas en la lámpara. 17.Abra S2. ¿Qué ocurre?__________________________________
- 7. CUADRANTE MODO OPERACIÓN POLARIDAD DE LAS TERMINALES CARACTERÍSTICAS III. Operación bidireccional del DIAC: 1. Arme el circuito de la figura No. 3 2. Ajuste la fuente a 40 Vcd y conecte el osciloscopio entre terminales principales del DIAC. 3. Dibuje la forma de onda a escala, indicando su amplitud máxima y la frecuencia correspondiente. 4. ¿Qué representa la medición de la amplitud máxima de la señal anterior?_____________________________________________ _______________________________________________________ 5. Elimine la fuente del circuito e invierta su polaridad para posteriormente conectarla nuevamente. 6. Dibuje a escala la forma de onda desplegada en el osciloscopio indicando su amplitud máxima y la frecuencia correspondiente. 7. ¿Qué diferencia tiene la forma de onda con la observada en el paso 3?______________________________________________ _______________________________________________________ 8. ¿Qué representa la medición de la amplitud máxima de la señal anterior?_____________________________________________ _______________________________________________________ 9. Compare la amplitud máxima de la señal desplegada en ambos casos y concluya.______________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ CIRCUITOS UTILIZADOS: Figura No. 1. Conducción del TRIAC
- 8. Figura No. 2. Modos de disparo del TRIAC Figura No. 3. Conducción del DIAC OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:
- 9. PRÁCTICA No. 3 RELEVADOR DE ESTADO SÓLIDO OBJETIVOS: a) Construcción de un relevador de estado sólido en tablilla de circuito impreso. b) Implementación de un circuito de aplicación para un relevador de estado sólido. INTRODUCCIÓN: Un relevador de estado sólido, como su nombre lo indica, es un dispositivo que utiliza un interruptor de estado sólido (por ejemplo: un transistor o tiristor), en lugar de contactos mecánicos (como los de los relevadores normales), para conmutar cargas de potencia a partir de señales de control de bajo nivel. Estas últimas pueden provenir, por ejemplo, de circuitos digitales y estar dirigidas a motores, lámparas, solenoides, calefactores, etc. El aislamiento entre el circuito de control y la etapa de potencia lo proporciona generalmente un optoacoplador. La conmutación propiamente dicha puede ser realizada por transistores bipolares, MOSFETs de potencia, TRIACs, SCRs, etc. Un relevador de estado sólido ofrece varias ventajas notables respecto a los tradicionales relevadores y contactores electromecánicos: son más rápidos, silenciosos, livianos y confiables, no se desgastan, son inmunes a los choques y a las vibraciones, pueden conmutar altas corrientes y altos voltajes, sin producir arcos ni ionizar el aire circundante, generan muy poca interferencia, proporcionan varios kilovoltios de aislamiento entre la entrada y la salida, etc. MATERIAL Y EQUIPO · 1 Fuente dual de voltaje · 1 Fuente de voltaje (0-30 Vcd) · 8 Resistencias (R1=330Ω, R2=270Ω, R3 y R5=2.2KΩ, R4=220Ω, R6= 10KΩ, R7=39Ω, R8=4.7KΩ) · 1 Potenciómetro (R9=10K) · R10 – Termistor (Utilice el que proporciona el laboratorio de electrónica) · 2 Capacitores (C1, C2=0.01 µF) · 1 Diodo Zener (D1=15V a 0.5W) · 3 Diodos Rectificadores1N4004 (D2, D4, D5) · 1Indicador LED (D3) · DS1, foco de 40W · Q1, transistor 2N3904 · U1, optoacoplador, MOC3010 · U2, amplificador operacional LM741 · Q2, TRIAC Q4015L5, 400V/16 A · F1, fusible 10 A DESARROLLO: I. Construcción de un relevador de estado sólido: 1. Arme el circuito de la Figura No. 1 en una tablilla de circuito impreso. Procure usar contactos firmes tanto en las terminales de entrada y salida (por ejemplo, contactos para bananas). Una vez terminada la tablilla se
- 10. debe presentar levantada con espaciadores adecuados para que la soldadura no toque abajo (puede usar tornillos con tuercas como espaciadores). La soldadura debe ser firme y no presentar falsos contactos. 2. Una vez terminada la tablilla, tome una fuente de cd y conéctela en las terminales de entrada en serie con un miliamperímetro, mientras que en las de salida conecte un foco de 40w conectado a la línea de ca. 3. ¿Cuál es el rango de voltaje y corriente de entrada de cd necesario para que el relevador funcione?_____________________________________ 4. Explique brevemente el funcionamiento del circuito armado incluyendo la función que desempeña cada elemento importante que contiene.___________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ II. Circuito de aplicación del relevador de estado sólido 5. Con el circuito anteriormente armado proceda a conectarlo adecuadamente en el circuito de la figura No. 2. 6. Arme un divisor de voltaje con R8 y R9. Con el potenciómetro de este divisor elija un voltaje de referencia de aproximadamente 5Vcd. 7. Acerque un cautín previamente calentado al termistor, mientras monitorea el voltaje a través del mismo. 8. ¿En qué nivel de voltaje a través del termistor enciende el foco?_______ 9. Explique este comportamiento._________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 10.Disminuya el voltaje de referencia a 3 Vcd. 11.Repita el paso 4 y explique el resultado obtenido.___________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 12.¿Cómo esta funcionando el amplificador operacional en este caso? ____ __________________________________________________________ __________________________________________________________ CIRCUITOS UTILIZADOS: Figura No. 1. Diagrama de un Relevador de Estado Sólido
- 11. Figura No. 2. Circuito de aplicación de un relevador de estado sólido. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:
- 12. PRACTICA No. 4 EL TRANSISTOR DE UNIJUNTURA (UJT). OBJETIVOS: a) Medir la resistencia intrabase y determinar las características de la unión PN emisor-base1 de un UJT, b) Determinar la relación de inactividad intrínseca y el voltaje máximo de disparo (Vp) de un UJT. INTRODUCCIÓN: El transistor de unijuntura tiene una sola unión PN semejante a un diodo, pero diferente de éste porque en el UJT el material n es una pieza de silicio con un contacto ohmico en cada extremo. Estos dos contactos se denominan Base 1 y Base 2. Para formar el emisor el material P de la unión se une con un alambre de aluminio a la pieza de silicio. ESTRUCTURA FÍSICA SÍMBOLO En el circuito equivalente del UJT rB1 y rB2 representan la resistencia ohmica de la pieza de silicio entre B1 y B2 a cada lado de la unión PN. La resistencia total entre las dos bases rBB es la resistencia intrabase. El diodo que se muestra representa la unión PN del UJT. CIRCUITO EQUIVALENTE Para que el UJT funcione como transistor, es necesario aplicar un voltaje positivo a la terminal de emisor. Sin embargo para que conduzca corriente de emisor es necesario vencer la polaridad inversa creada en rB1, cuando se aplica un voltaje positivo entre ambas bases, así como la caída del diodo. Este nivel es llamado voltaje de pico (Vp). Cuando VE alcanza Vp el diodo se polariza directamente y el UJT se dispara.
- 13. Los UJT no se utilizan como amplificadores, se utilizan principalmente en circuitos de tiempo, disparo, detección y generación de ondas. Pueden controlar retrasos exactos, pulsos de tiempo, ondas de diente de sierra y transiciones de onda cuadrada. MATERIAL Y EQUIPO: · 1 Fuente de c. d. · 1 Multímetro · 1 Protoboard · 1 Capacitor de 0.22µF · 1 Capacitor de 0.1µF · 1 Diodo de silício 1N4004 · 1 UJT 2N2646 · 1 Resistencia de 1KΩ · 1 Resistencia de 100Ω · 1 Resistencia de 10KΩ · 1 Potenciómetro de 10KΩ DESARROLLO: I.- Identificación de terminales. 1. Tome el UJT y con un multímetro ajustado en la posición de diodo coloque la punta positiva en una de las terminales cercanas a la muesca del dispositivo y la negra en cualquiera de las otras dos hasta que mida aproximadamente una caída de diodo. Cuando se logre esto se ha identificado el emisor y la Base 1. La terminal restante es la Base 2, la cual, debe ser común con el cuerpo del dispositivo. Dibuje la ubicación de los pines del UJT.
- 14. 2. Coloque el multímetro en la posición de 20KΩ y mida la resistencia entre base 1 y base 2 con el emisor abierto. Registre la lectura. RBB =_________ 3. ¿Qué pasa con la lectura anterior si invierte las puntas del multímetro? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 4. Proceda a medir la resistencia directa entre el emisor y base1 colocando la punta roja del multímetro en el emisor y la negra en la base1. Registre su lectura REB1 =________ 5. ¿Qué pasa con la lectura anterior si invierte las puntas del multímetro?_____ _______________________________________________________________ 6. Comparando rBB con rEB1, ¿Qué concluye del comportamiento del UJT? _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ II. Medición de la razón de inactividad intrínseca: 1. Arme el circuito de la figura No. 1. 2. Ajuste Vs a 10Vcd. Mida y registre el voltaje a través de C1. VC1 =________ 3. ¿Qué representa esta lectura para el UJT?___________________________ 4. Mida el voltaje entre Base2 y Base1 y registre su valor. VB2B1 =________ 5. Con los valores anteriores calcule la razón de inactividad intrínseca considerando el efecto del diodo CR1 en el circuito. h =_________ III. Medición del voltaje de pico (Vp): 1. Arme el circuito de la figura No. 2 2. Ajuste Vs a 10Vcd y el potenciómetro a resistencia minima. 3. Aumente lentamente R4 mientras observa el voltaje de emisor a tierra en el vólmetro conectado en el circuito. ¿Qué sucede con la indicación del vólmetro? _______________________________________________________________ 4. ¿Que representa la lectura máxima que registró el vólmetro?_____________ 5. ¿Que provoca la disminución repentina en el voltaje de emisor registrada en el vólmetro?_____________________________________________________ 6. Regrese el potenciómetro a resistencia minima y repita el paso 3 hasta obtener una medición mas exacta de Vp. Registre su valor. Vp =_________ 7. Compare Vp con VC1 registrada en el experimento anterior. ¿Concuerdan los resultados?______________________________________________________ 8. Explique cualquier discrepancia.___________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 9. ¿Qué efecto tendría en Vp un valor mayor de h?______________________ 10. ¿Y un mayor valor en VB2B1?_____________________________________ OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:
- 16. PRACTICA No. 5 OSCILADOR DE RELAJACION UJT OBJETIVOS: a) Mostrar la operación y determinar la frecuencia de un oscilador de relajación con UJT. b) Determinar el efecto de un cambio de los componentes sobre la frecuencia de oscilación de un oscilador de relajación con UJT. c) Mostrar la operación de un generador de onda cuadrada con UJT. INTRODUCCION: Un oscilador de relajación a menudo se utiliza para generar una onda no sinusoidal, tal como una onda cuadrada, una onda triangular o un diente de sierra. El oscilador contiene un componente no lineal (transistor) que descarga periódicamente la energía almacenada en un condensador o un inductor , causando cambios bruscos en la forma de onda de salida. Los osciladores de relajación y los generadores de onda cuadrada se pueden utilizar para proporcionar una señal de reloj para circuitos secuenciales de lógica, tales como los relojes y los muestreadores, aunque a menudo se prefieren osciladores de cristal por su mayor estabilidad. Los osciladores de relajación de onda triangular o de diente de sierra se utilizan en los circuitos síncronos que generan las señales horizontales de desvió para tubos catódicos en osciloscopios y televisores análogos. En los generadores de función, esta onda triangular entonces puede ser adicional formada por una aproximación cercana de una onda de seno. El multivibrador es otro tipo de oscilador de relajación. MATERIAL Y EQUIPO · 1 Fuente de CD. · 1 Multimetro · 1 Protoboard · 1 Osciloscopio · 3 Capacitores(C1=0.22µF, C2 = 25µF y C3 =0.022µF) · 1 Diodo de silicio 1N4004(CR1) · 1 UJT 2N2646(Q1) · 7 Resistencia (R1=10KΩ, R2=1KΩ, R3=47Ω, R4 =100KΩ ,R5=1MΩ,R6=22 KΩ Y R7=47 KΩ) DESARROLLO: I. Oscilador de relajación 1. Arme el circuito de la figura No. 1. 2. Ajuste VBB a 12 VCD y observe la forma de onda a través de C1 en el osciloscopio. ¿Que tipo de onda se despliega y cual es su amplitud?___ _____________________________________________________________ 3. Mida y registre el periodo de la onda desplegada en el osciloscopio (mida entre dos picos sucesivos de la onda ). Calcule también la frecuencia. T =_________ f =_________
- 17. 4. Observe la forma de onda desplegada en la resistencia de la base 1. ¿Que tipo de onda se despliega y cual es su amplitud?______________ _____________________________________________________________ 5. Observe la forma de onda registrada entre base 2 y tierra .Descríbala. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 6. Dibuje a escala las tres formas de onda anteriores. 7. Calcule el periodo del oscilador de relajación de acuerdo a la formula teórica y compare con los pasos registrados en el paso tres. ¿Concuerdan?______________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 8. Disminuya VBB a 11 VCD y observe nuevamente la forma de onda a través de C1 midiendo el periodo de la señal y calculando la frecuencia. T =_________ f =_________ 9. Disminuya VBB a 10 VCD y observe nuevamente la forma de onda a través de C1 midiendo el periodo de la señal y calculando la frecuencia. T =_________ f =_________ 10.¿Que concluye de los dos resultados anteriores? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 11.Elimine momentáneamente VBB del circuito y reemplace la R1=10KΩ por una R4=100 KΩ. 12.Conecte nuevamente VBB =12 VCD. Observe nuevamente la señal a través de C1 midiendo su periodo y calculando la frecuencia. T =_________ f =_________ 13.Elimine momentáneamente VBB del circuito y reemplace la R4=100KΩ por R5=1MΩ 14.Conecte nuevamente VBB =12 VCD. Observe nuevamente la señal a través de C1 midiendo su periodo y calculando la frecuencia. T =_________ f =_________ 15.Elimine momentáneamente VBB del circuito y reemplace la R5 =1 M por la R1=10KΩ. Quite el capacitor C1 =0.22 F y en su lugar conecte el capacitor electrolítico C2=25µF, asegurándose de colocarlo con la polaridad correcta. 16.Conecte nuevamente VBB=12VCD.Observe la señal a través de de C2 midiendo su periodo y calculando la frecuencia. T =_________ f =_________ 17.De acuerdo a los resultados anteriores. ¿Que sucede al aumentar el valor de la resistencia en el emisor en el circuito? _____________________________________________________________ 18.¿Y al aumentar el capacitor de emisor? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ II. Generador de onda cuadrada con UJT: 1. Arme el circuito de la figura No. 2.
- 18. 2. Ajuste el VBB a 10 VCD mientras observa las formas de onda en la base 2, el emisor y atreves de C3. Dibújelas a escala indicando para cada una su amplitud, frecuencia y periodo. Vmax Vmin VP T Frec. C3 B2 EMISOR 3. De acuerdo al tipo de circuito. ¿Cual señal representa su salida? _____________________________________________________________ 4. Explique el funcionamiento del circuito. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________ OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: CIRCUITOS UTILIZADOS: Figura No. 1 Figura No. 2 Oscilador de relajación con UJT Generador de onda cuadrada con UJT
- 19. PRACTICA No. 6 CONTROL DE POTENCIA DE CA CON SCR. OBJETIVOS: a) Comprobar el funcionamiento de un circuito resistivo de control de compuerta para un SCR. b) Comprobar el funcionamiento de una red RC de control de compuerta para un SCR. c) Diseño de un circuito de control de fase para un SCR utilizando una red RC doble en el control de compuerta. INTRODUCCIÓN: La potencia que se entrega a una carga se puede controlar con un SCR que conduce durante un semiciclo de la señal de entrada. Control de fase significa controlar la fase de disparo respecto a la del voltaje de ánodo, limitando con ello el tiempo de conducción del SCR. El ángulo de conducción para un SCR es el tiempo en grados eléctricos que conduce el dispositivo y que entrega potencia a la carga. El retardo de fase es el tiempo en grados eléctricos que se retrasa el tiempo de compuerta con respecto al voltaje de ánodo. Si se suministran los voltajes de compuerta y carga desde una misma fuente de CA, se puede ajustar el tiempo de conducción de un SCR, controlando la amplitud relativa del voltaje de disparo de compuerta con respecto al voltaje de carga. Mientras el SCR conduce se entrega corriente a la carga y se suministra la potencia promedio requerida para la carga. Cuando el SCR se apaga en el semiciclo negativo de la fuente de CA, se interrumpe el flujo de corriente y no se desarrolla voltaje a través de la carga. Dado que la potencia se promedia en un ciclo completo, la fuente debe desarrollar suficiente potencia durante el tiempo de encendido del SCR para funcionar adecuadamente a la carga hasta el siguiente pulso. Generalmente el voltaje de disparo se ajusta de manera que se pueda variar el ángulo de conducción para satisfacer los requerimientos de la carga. MATERIAL Y EQUIPO: · 1 Fuente de CA aislada de tierra o transformador de 110Vrms a 6.3Vrms · 1 Multímetro · 1 Protoboard · 1 Osciloscopio · 1 Capacitor, C1 = 0.22µF. · 2 Diodos de silicio 1N4004 (CR1 Y CR2) · 1 Lámpara miniatura 6.3V (DS1) · 1 SCR C106B (Q1) · 1 Potenciômetro (R1= 50KΩ) · 2 Resistencias (R2 = 1KΩ y R3 =100Ω @ 1W · 1 Interruptor SPST (S1). DESARROLLO: I. Circuito resistivo de control de compuerta. 1. Arme el circuito de la figura No. 1
- 20. 2. Ajuste la fuente a 6.3Vca, el potenciómetro R1 a su valor mínimo y cierre el interruptor S1. ¿Qué ocurre? ________________________________ 3. Coloque el osciloscopio a través de la carga y observe la forma de onda desplegada. Dibújela a escala. 4. Aumente lentamente R1 mientras sigue observando la forma de onda en la carga. Describa lo que sucede con la señal._____________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 5. De acuerdo a lo expuesto anteriormente conteste lo siguiente: Angulo de conducción (Min) __________ Angulo de conducción (Max) ___ ____ Angulo de retardo de disparo (Min) _________ Angulo de retardo de disparo (Max) _________ 6. ¿Cuál es el rango de control del ángulo de retardo de disparo para este circuito? ___________________________________________________ II. Red RC de control de compuerta: 7. Arme el circuito de la figura No. 2. 8. Ajuste la fuente a 6.3Vca, el potenciómetro R1 para minima resistencia y cierre el interruptor S1. ¿Qué ocurre? ___________________________ 9. Observe la forma de onda a través de la carga utilizando el osciloscopio. Dibújela a escala: 10.Aumente lentamente R1 hasta su resistencia máxima sin dejar de observar la forma de onda desplegada en el osciloscopio. Describa lo que ocurre con la señal:______________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ 11.De acuerdo a lo expuesto anteriormente conteste lo siguiente: Angulo de conducción (Min) __________ Angulo de conducción (Max) ___ _______ Angulo de retardo de disparo (Min) ________ Angulo de retardo de disparo (Max) _________ 12.¿Cuál es el rango de control del ángulo de retardo de disparo para este circuito?___________________________________________________
- 21. III. Diseño de una red RC doble de control de compuerta. 13. Utilizando valores de capacitores comerciales y un voltaje de entrada de 120Vrms a 60Hz. Diseñe una red RC doble de control de compuerta para un SCR que tenga un amplio rango de control del ángulo de retardo de disparo. La carga puede ser un foco de 40W. Se deben cumplir las siguientes condiciones: a) Diseñar y comprobar el funcionamiento utilizando el osciloscopio a través de la carga con una punta atenuada para observar el rango de control. b) Si el circuito diseñado no tiene el amplio rango de control hacer los ajustes prácticos necesarios hasta lograrlo. c) Dibujar a escala la forma de onda para el mínimo y el máximo ángulo de retardo y establecer el rango para el que se pudo ajustar el circuito. CIRCUITOS UTILIZADOS: Fig. 1 Circuito resistivo de control de compuerta. Fig. 2 Red RC de control de compuerta: OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: PRACTICA No. 7.
- 22. CIRCUITOS DE DISPARO UJT-SCR EN C.D. Y C.A. OBJETIVOS: a) Comprobar el funcionamiento de un circuito de atraso UJT-SCR. b) Calcular y medir el período de un circuito de atraso UJT-SCR. c) Diseño de un circuito de disparo UJT-SCR sincronizado por línea. INTRODUCCIÓN: En muchas aplicaciones industriales, a veces es necesario retrasar la aplicación de la potencia a una carga o quitar la potencia de un período determinado de tiempo, esto se logra con un dispositivo de control operado con un circuito de retraso de tiempo. El SCR es ideal para realizar esta operación, pero es necesario agregarle un circuito de disparo de compuerta con un retraso. El oscilador de relajación con UJT puede servir adecuadamente para dar el retraso deseado y dar el suficiente voltaje de disparo para el SCR. Los UJT son casi ideales como dispositivos de disparo para SCR, particularmente aquellos que usan realimentación de la carga. Se dice que un circuito está sincronizado con la línea de c.a. cuando el UJT entrega el pulso de disparo al SCR cuando éste tiene polaridad directa de las terminales principales. MATERIAL Y EQUIPO: 1 Fuente de cd. 1 Fuente de c.a. aislada de tierra. 1 Multímetro. 1 Protoboard. 1 Osciloscopio. 1 Capacitor, C1=10µF. 1 Diodo de silicio 1N4004 (CR1) 2 Lámparas miniatura 6.3V (DS1 y DS2) 1 UJT 2N2646 (Q1) 1 SCR C106B (Q2) 4 Resistencias (R1=270W @ 1W, R2=4.7KW, R4=100W, R5=47W) 1 Potenciómetro (R3=500KΩ) 1 Interruptor SPST (S1) 1 Interruptor PBNC (S2) 1 Diodo Zener 6.8V @ 1W DESARROLLO: I. Funcionamiento del circuito de atraso UJT-SCR: 1. Arme el circuito de la Figura No. 1. Verifique que S1 esté abierto 2. Ajuste R3 aproximadamente a la posición intermedia y ajuste la fuente de cd a 12Vcd. 3. Cierre S1 y espere aproximadamente 5 segundos. ¿Qué ocurre? ___________ _______________________________________________________________ 4. Oprima S2 momentáneamente y libérelo. ¿Qué ocurre? __________________ _______________________________________________________________ 5. Aumente un poco R3 sin llegar al máximo y oprima y libere S2. ¿Qué ocurre ahora? _________________________________________________________ _______________________________________________________________ 6. Disminuya R3 abajo del punto intermedio pero sin llegar al mínimo, oprima y libere nuevamente S2. Explique: _____________________________________ _______________________________________________________________
- 23. 7. Experimente con el circuito y con un cronómetro indique cuál es el mínimo y el máximo retraso práctico. Incluya el análisis matemático para determinar el mínimo y máximo retraso teórico. T (mínimo) T (máximo) Teórico Práctico II. Medición del período del circuito de atraso UJT-SCR: 8. Reajuste R3 a la posición intermedia. 9. Conecte el osciloscopio entre el emisor de Q1 y tierra. Ajuste los controles del osciloscopio en operación de cd y una velocidad baja de barrido. 10. Oprima y libere S2 mientras observa la forma de onda desplegada. ¿Qué representa esta forma de onda? ________________________________________ __________________________________________________________________ 11. ¿Qué determina el barrido del osciloscopio? ___________________________ __________________________________________________________________ 12. Oprima y libere S2 y registre el máximo voltaje a través de C3. VC3 = _________________ 13. ¿Qué representa este voltaje para el UJT? _____________________________ 14. Ajuste R3 a su resistencia mínima. Suponiendo que R3=0Ω, calcule el período del circuito de retraso utilizando R2 y C1. T = ___________________ 15. Oprima y libere S2 y mida la constante de tiempo de carga de C1 utilizando el osciloscopio. T = ___________________ 16. Compare ambos resultados. Explique cualquier discrepancia. ______________ __________________________________________________________________ III. Diseño de un circuito de disparo UJT-SCR sincronizado por línea: 17. Diseñe un circuito de disparo UJT-SCR sincronizado por línea. Utilice una alimentación de 120 Vrms aislada de tierra y un foco de 40W como carga. Para el diodo zener utilice uno con Vz=20V y Pz=2W, o bien, otro con características similares. Para el diseño considere las características del UJT y del SCR. Compruebe que el circuito diseñado tiene un amplio rango de control. Dibuje a escala la forma de onda observada en la carga para el mínimo y el máximo ángulo de retardo y así establecer el rango de control. (Utilice punta atenuada para observar la forma de onda).
- 24. CIRCUITO UTILIZADO: Figura No. 1 Circuito de atraso UJT-SCR OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES:
- 25. PRACTICA No. 8. CIRCUITOS DE CONTROL DE FASE PARA EL TRIAC OBJETIVOS: a) Comprobar el funcionamiento de un circuito de disparo RC doble para un TRIAC b) Mostrar la operación de un circuito de control de fase básico DIAC-TRIAC. c) Mostrar un método para reducir la histéresis de un circuito de control de fase básico DIAC-TRIAC. d) Mostrar la operación de un circuito de control de fase de rango extendido y libre de histéresis. INTRODUCCIÓN: En TRIAC se utiliza primordialmente en circuitos de control de energía de c.a. debido a su conducción bidireccional. En ambos semiciclos del voltaje aplicado se entrega energía a la carga, con lo que se aprovecha mejor la energía disponible. Ya que el TRIAC tiene cuatro métodos de disparo independientes, se puede utilizar una diversidad de métodos de disparo. El DIAC se diseño especialmente para disparar al TRIAC. El DIAC conduce y produce un pulso de corriente cuando su voltaje de ruptura se excede en cualquier dirección. En consecuencia puede suministrar cualquier polaridad de corriente de disparo para el TRIAC. Al controlar la dirección de disparo del DIAC con respecto a la polaridad de voltaje a través de las terminales del TRIAC, se puede controlar de manera efectiva la dirección del flujo de corriente y el ángulo de conducción del TRIAC. La histéresis en el circuito de disparo del TRIAC se debe al voltaje no uniforme de disparo y produce disparo no simétrico. MATERIAL Y EQUIPO: 1 Fuente de c.a. aislada de tierra (hasta 40Vca) 1 Multímetro. 1 Protoboard. 1 Osciloscopio. 1 Capacitor, C1=0.1µF. 2 Diodos de silicio 1N4004 (CR3 y CR4) 4 Lámparas miniatura 6.3V (DS1 a DS4) 1 DIAC (CR1) 1 TRIAC SC136B (Q1) 2 Resistencias (R1=22KW y R3=10KW) 1 Potenciómetro (R2=100KΩ) 1 Interruptor SPST (S1) DESARROLLO: I. Funcionamiento de un circuito de disparo RC doble para el TRIAC: 1. Arme el circuito de la Figura No. 1. Utilice una alimentación de 120Vrms a 60Hz aislada de tierra y en la carga un foco de 40W. Compruebe si el circuito tiene un amplio rango de control para el ángulo de retardo de disparo. Mostrar las formas de onda para tres diferentes ángulos de retardo (mínimo, intermedio y máximo). Si es necesario ajustar algunos valores fundamentando los cambios que se hagan en el circuito. II. Operación de un circuito básico de control de fase DIAC-TRIAC 2. Arme el circuito de la Figura No. 2. 3. Ajuste R2 a máxima resistencia y asegúrese que S1 este abierto.
- 26. 4. Ajuste la fuente de poder a 40Vca y cierre S1. 5. Disminuya lentamente R2. ¿Qué ocurre con el encendido inicial de las lámparas?_______________________________________________________ 6. Aumente lentamente R2 al máximo. ¿Qué ocurre con el apagado de las lámparas?_______________________________________________________ _______________________________________________________________ 7. ¿Cómo controla R2 el brillo de las lámparas?___________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 8. Conecte el osciloscopio a través de la carga (lámparas) y disminuya lentamente R2 observando el ángulo de conducción inicial, al ir disminuyendo R2 observe como aumenta el ángulo de conducción. Luego aumente lentamente R2 y observe el minino ángulo de conducción. Dibuje a escala las tres formas de onda y registre sus observaciones. Angulo de conducción (Min) __________ Angulo de conducción (Max) ___ ____ 8. ¿Se puede decir que este circuito exhibe histéresis?______________________ 9. Explique:_________________________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ 10. ¿Qué ventaja observa en el funcionamiento de este circuito?_______________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ III. Reducción de la histéresis en un circuito de control de fase básico DIAC- TRIAC: 11. Modifique el circuito de la figura No. 2 por el de la figura No. 3. 12. Asegure que R2 este ajustada al máximo y la fuente a 40Vca. 13. Disminuya lentamente R2. ¿Qué ocurre con el encendido inicial de las lámparas?_______________________________________________________ 14. Aumente lentamente R2 al máximo. ¿Qué ocurre con el apagado de las lamparas?__________________________________________________________ __________________________________________________________________ 15. Conecte el osciloscopio a través de la carga (lámparas) y disminuya lentamente R2 observando el ángulo de conducción inicial, al ir disminuyendo R2 observe como aumenta el ángulo de conducción. Luego aumente lentamente R2 y observe el mínimo ángulo de conducción. Dibuje a escala las tres formas de onda y registre sus observaciones. Angulo de conducción (Min) __________ Angulo de conducción (Max) ___ ____
- 27. 16. ¿Como se disminuye la histéresis en este circuito? Explique:_______________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ IV. Circuito de control de fase DIAC-TRIAC de rango extendido y libre de histéresis. 17. Arme el circuito de la Figura No. 4. 18. Ajuste R2 a máxima resistencia y la fuente a 40Vca. 19. Disminuya lentamente R2. ¿Qué ocurre con el encendido inicial de las lámaras?___________________________________________________________ 20. Aumente lentamente R2 al máximo. ¿Qué ocurre con el apagado de las lámparas?__________________________________________________________ _______________________________________________________________ 21. Conecte el osciloscopio a través de la carga (lámparas) y disminuya lentamente R2 observando el ángulo de conducción inicial, al ir disminuyendo R2 observe como aumenta el ángulo de conducción. Luego aumente lentamente R2 y observe el mínimo ángulo de conducción. Dibuje a escala las tres formas de onda y registre sus observaciones. Angulo de conducción (Min) __________ Angulo de conducción (Max) ___ ____ 22. ¿Se puede decir que éste circuito elimina histéresis?_____________________ 23. Explique el comportamiento:________________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________ V. Circuito de disparo DIAC-TRIAC de rango extendido y libre de histéresis simétrico para 120Vrms. 24. Dado el circuito de la Figura No. 4. Agregue una red para descargar el capacitor también en los semiciclos negativos. Cambie la fuente por una de 120Vrms y la carga un foco de 40W. Utilice una fuente aislada de tierra para observar que la forma de onda en la carga es simétrica. Determine el rango de control para el circuito propuesto y explique si se tiene un ajuste fino de la R2.
- 28. CIRCUITOS UTILIZADOS: Figura No. 1 Figura No. 2 Figura No. 3 Figura No. 4 OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES: