Fuentes de mando y tipos de conmutación de las fuentes de mando

1. FUENTES DE MANDO
Jesús Fernando Merlano
David Felipe Niño
Yesid Sneider Moreno

2. CONTENIDO
1.INTRODUCIÓN
2. IMPORTANCIA
3. COMPONENTES
3.1. TIRISTORES
3.1.1. Conmutación del SCR y RED
SNUBBER (Conmutación Forzada)
3.1.2. Disparo resistivo
3.1.3. Disparo RC
3.1.4. Disparo con DIAC
3.1.5. Disparo lineal para el control de CA
3.1.6. Disparo lineal para un semiconvertidor
3.1.7. Disparo por cruce de cero
3.1.8. Transformador de impulso
3.1.9. Disparo por optoacoplador (Figura 27)
3.2. TRANSITORES
3.2.1. Disparo por optoacoplador y transistor
(Figura 29)
3.2.2. Disparo con oscilador de relajación
4. OTRAS FUENTES DE MANDO
4.1. INTEGRADO TEMPORIZADOR 555 (Conmutación
Forzada)
5. REFERENCIAS

3. 1. INTRODUCIÓN
¿QUÉ ES UNA FUENTE DE MANDO?:
Es un conjunto de componentes electrónicos que conectados entre sí
proporciona el control a diferentes cargas eléctricas, permitiendo aislar la
etapa de control de la etapa de potencia. Éstas están diseñadas para
ofrecer confiabilidad y una operación segura ante procesos industriales.
Figura 1. Control de una carga.

4. 2. IMPORTANCIA DE LAS FUENTES DE MANDO
Los sistemas de control tienen una intervención cada vez más importante
en la vida diaria, desde los simples controles que hacen funcionar un
tostador hasta los complicados sistemas de control necesarios en
vehículos espaciales, en guiado de proyectiles, sistemas de pilotajes de
aviones, etc.
Figura 2. Circuito regulador para una carga.

5. 3. COMPONENTES
•Tiristores
•Transistores
Figura 3. Tiristor
Figura 4. Transistor

6. 3.1. TIRISTORES
3.1.1. Conmutación forzada del SCR y RED SNUBBER
3.1.2. Disparo resistivo
3.1.3. Disparo RC
3.1.4. Disparo con DIAC
3.1.5. Disparo lineal para el control de CA
3.1.6. Disparo lineal para un semiconvertidor
3.1.7. Disparo por cruce de cero
3.1.8. Transformador de impulso
3.1.8. Disparo por optoacoplador

7. 3.1.1. CONMUTACIÓN FORZADA DEL SCR Y RED SNUBBER
Para poder controlar la conmutación del tiristor en corriente directa existe
una técnica llamada de conmutación forzada, que consiste en agregar un
circuito adicional, cuya función es obligar a que la corriente que fluye por
el tiristor pase por cero. Esta técnica encuentra aplicación en los
convertidores de dc a dc (pulsadores) y de dc a ac (inversores.)
Figura 5. Circuito para la conmutación forzada

8. Figura 6. Formas de onda del circuito de conmutación
forzada para C=100 µF
Figura 7. Formas de onda del circuito de conmutación
forzada para C=1000 µF

9. 3.1.1. RED SNUBBER
La red Snubber es un arreglo RC que se conecta en paralelo al tiristor en
un circuito de conmutación, como una protección para el dv/dt. Es
básicamente un circuito de frenado al apagado del tiristor,
cuyo objetivo es amortiguar el efecto de una variación voltaje / tiempo
que en algún momento pudiera ser destructiva para el tiristor.
𝑑𝑣
𝑑𝑡
=
0.632𝑅𝑉𝑠
𝐶𝑠(𝑅 𝑠 + 𝑅)2
𝑅 𝑠 =
𝑉𝑠
𝐼 𝑇𝐷
Figura 8.
Tiristor con red Snubber

10. Figura 9. Formas de onda del circuito con freno al apagado

11. 3.1.2. DISPARO RESISTIVO
Unas cuantas aplicaciones del SCR se basan en el control de la corriente
de compuerta por medio del control de una resistencia limitadora. Como
ejemplos sencillos de tales aplicaciones tenemos al control manual de la
intensidad de iluminación en lámparas o focos.
Figura 10. Circuito para disparo resistivo

12. Figura 12. Disparo a 80º.Figura 11. Disparo a 10º.

13. 3.1.3. DISPARO RC
El valor de la corriente de corriente de compuerta de los tiristores suele
variar demasiado, aún en los tiristores de la misma matrícula. Esto se debe
a que la estructura de los cristales de material semiconductor nunca
puede ser idéntica de un dispositivo a otro. La forma más simple de
solucionar el problema planteado es colocar una red de adelanto RC para
lograr un disparo por voltaje y no por corriente.
Figura 13. Red RC

14. Figura 14. Forma de la señal en la carga para
el ángulo mínimo
Figura 15. Forma de onda en la carga para el ángulo máximo.

15. 3.1.4. DISPARO CON DIAC
La utilización de un elemento de conmutación como el DIAC, en conjunto
con la red RC de control de fase vista anteriormente forman un circuito
capaz de generar un impulso de disparo en lugar de una señal sinusoidal.
Con esta premisa, se sabe que el tiristor no desperdiciará potencia en su
compuerta.
Figura 16. Circuito de disparo con DIAC.

16. Figura 17. Forma de onda de disparo con DIAC.

17. 3.1.5. DISPARO LINEAL PARA EL CONTROL DE CA
los sistemas de control del disparo de los tiristores se presentan, de una
manera más común, con una señal de referencia que es comparada con
una señal de entrada variable, en donde el tiristor (o grupo de ellos), es
conmutada hacia conducción cuando la señal de entrada ha sobrepasado
la magnitud de la referencia (o viceversa.)
Figura 18. Montaje del circuito
de disparo lineal

18. Figura 21. Señal de salida del circuito de disparo lineal
Figura 19. Señal de salida del integrador, el generador de rampa
Figura 20. Señal de salida del detector de cruce por cero.

19. 3.1.6. DISPARO LINEAL PARA UN SEMICONVERTIDOR
Los circuitos rectificadores con diodos proporcionan un voltaje de
corriente directa fijo. Para obtener voltajes de salida controlados, se
utilizan tiristores. Es posible modificar la magnitud del voltaje de salida de
los rectificadores a tiristores controlando el ángulo de disparo de los
mismos. Un tiristor funcionando en esta forma se conoce como tiristor de
control de fase, que se activa mediante la aplicación de un disparo en la
compuerta y se desactiva mediante la conmutación natural o de línea.
Figura 22. Diagrama general del semiconvertidor.

20. Figura 23. Forma de onda en RL para a =10 grados Figura 24. Voltaje promedio del voltaje de salida, 10 grados
Figura 25. Forma de onda en RL para a =170 grados Figura 26. Voltaje promedio del voltaje de salida, 170 grados

21. 3.1.7. DISPARO POR CRUCE DE CERO
Esta etapa se encarga de monitorear la señal de entrada mediante la
detección del cruce de la señal alterna por la línea de referencia de cero,
de tal forma que su señal de salida servirá para sincronizar la señal de
alimentación y las etapas subsecuentes.

22. Figura 27. Montaje final del circuito

23. Figura 28. Señal de salida del detector de cruce por cero

24. 3.1.8. DISPARO POR TRANSFORMADOR DE IMPULSO
Figura 29. Acoplamiento óptico entre un sistema digital y una etapa de potencia.

25. 3.2. TRANSISTORES
3.2.1. Disparo por optoacoplador y transistor
3.2.2. Disparo con oscilador de relajación

26. 3.2.2. DISPARO CON OSCILADOR DE RELAJACIÓN
El transistor monounión (UJT) se utiliza comúnmente para
generar señales de disparo en los SCR, mediante un circuito conocido
como oscilador de relajación. El oscilador de relajación genera impulsos
de disparo cuya forma de onda del voltaje el RB1 es idéntica a la forma de
onda de la corriente de descarga del capacitor CE; este voltaje debe
diseñarse tan grande como para activar al SCR.
Figura 30. Diagrama básico del oscilador de relajación

27. Figura 31. Efecto en la carga de alterna (10º) Figura 32. Dimensiones del impulso de disparo
Figura 33. Efecto en la alimentación del oscilador
Figura 34. Efecto en la carga de alterna (170º)

28. 4.1. INTEGRADO TEMPORIZADOR 555
El circuito integrado 555 es capaz de producir pulsos de temporización
(modo monoestable) muy precisos y que también puede ser usado como
oscilador (modo astable).
Figura 35. Integrado 555

29. 5. REFERENCIAS
[1] Rashid, Muhammad (1993). Power Electronics: circuits, devices and
applications (2ª ed.). Prentice Hall.
[2] Boylestad Robert y Nashelsky Louis. Electrónica. Teoría de Circuitos.
Editorial Prentice Hall Hispanoamericana, México, 1998.
[3] Maloney J. Timothy. Electrónica Industrial. Dispositivos y Sistemas.
Editorial Prentice Hall Hispanoamericana, México, 2000

30. Formando líderes para la construcción
de un nuevo país en paz