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Control Electrónico de
Máquinas Industriales
Código: 89000634
Técnico de Nivel Operativo
CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
INDICE
1. Presentación........................................................................ 3
2. Tarea 1............................................................................... 4 – 28
Montaje de circuitos rectificadores trifásicos no controlados.
3. Tarea 2............................................................................... 29 – 58
Montaje de circuitos de disparo de SCR y TRIAC.
4. Tarea 3............................................................................... 59 – 76
Montaje de circuitos rectificadores trifásicos controlados.
5. Tarea 4............................................................................... 77 – 94
Montaje y comprobación de circuitos inversores con SCR.
6. Tarea 5.............................................................................. 95 – 107
Montaje y comprobación de circuitos troceadores.
7. Tarea 6............................................................................. 108 – 118
Montaje y comprobación de circuitos cicloconvertidor.
8. Tarea 7.............................................................................. 119 – 140
Montaje de circuitos de mando electrónico de motores.
9. Tarea 8............................................................................. 141 – 155
Montaje de circuitos para el control de velocidad de
motores DC y AC.
10. Tarea 9..............................................................................156 – 183
Instalación y mantenimiento de sistemas de generación
eólico.
11. Hojas de Trabajo.......................................... ...................... 184 – 187
12. Bibliografía.......................................................................... 188
CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
.
PRESENTACION
El presente Manual de Aprendizaje de la especialidad de Controlista de
Máquinas y Procesos Industriales, del Programa de Aprendizaje Dual,
corresponde al curso 04.04.03 Control Electrónico de Máquinas Industriales y
tiene como objetivo analizar, montar, detectar fallas y reparar los circuitos
electrónicos de potencia, utilizando instrumentos de medición electrónicos.
El Modulo Formativo Control Electrónico de Máquinas Industriales esta
compuesto por las siguientes tareas:
- Montaje de circuitos rectificadores trifásicos no controlados.
- Montaje de circuitos de disparo de SCR y TRIAC.
- Montaje de circuitos rectificadores trifásicos controlados.
- Montaje y comprobación de circuitos inversores con SCR.
- Montaje y comprobación de circuitos troceadores.
- Montaje y comprobación de circuitos cicloconvertidor.
- Montaje de circuitos de mando electrónico de motores.
- Montaje de circuitos para el control de velocidad de motores DC y AC
- Instalación y mantenimiento de sistemas de generación eólico.
Elaborado en la Zonal: Lambayeque Cajamarca Norte
Año: 2004
Instructor: Ing. Julio Quispe Rojas.
RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA
L1
L2
L3
EL EL
Isrms Idiodo
EF
EF
PIV IDC
EDC
RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA
L1
L2
L3
EL EL
EDC
D1 D3 D5
D4 D6 D2
IDC
EF
Nº ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS/MATERIALES
1
2
3
4
5
IDENTIFIQUE LOS TERMINALES DE DIODOS
RECTIFICADORES.
PROBAR TRANSFORMADOR TRIFASICO.
MONTE CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO
DE MEDIA ONDA.
MONTE CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO
DE ONDA COMPLETA.
VERIFIQUE FUNCIONAMIENTO DE CADA
CIRCUITO ELECTRONICO DE POTENCIA
TRANSFORMADOR TRIFASICO.
DIODOS RECTIFICADORES.
MULTIMETRO DIGITAL, PROTOBOARD,
OSCILOSCOPIO.
CONDUCTORES VARIOS CALIBRE 18 Y 22
AWG Y ENCHUFE.
PINZAS, ALICATE DE CORTE.
RESISTENCIAS Y CINTA AISLANTE.
PZA CANT DENOMINACIÓN–NORMA/ DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES
MONTAJE DE CIRCUITOS RECTIFICADORES
TRIFASICOS NO CONTROLADOS
HT REF: HT-01
Tiempo:4 Horas HOJA: 1 / 1
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y
PROCESOS INDUSTRIALES Escala: ------ 2004
4
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-01 1 / 2 5
OPERACIÓN
PROBAR ESTADO DE DIODOS RECTIFICADORES DE POTENCIA
DESCRIPCIÓN
Para montar un circuito rectificador se debe tener los componentes del circuito
en buen estado y con los terminales identificados.
Identificar los terminales de los DIODOS RECTIFICADORES DE POTENCIA y
verificar si está en buen estado, mediante medición con multímetro y haciendo
funcionar en un circuito electrónico simple.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Identifique terminales del DIODO RECTIFICADOR DE POTENCIA
en el manual de componentes electrónicos, en la sección
Industrial Rectifiers
2º PASO: Tome el multímetro digital y seleccione el selector en la escala del
símbolo del DIODO ..
+
-
DIODO
MULTIM
ETRO
3º PASO: Halle entre los dos terminales una resistencia baja; el terminal
conectado a la punta de prueba positiva es el ánodo y el negativo
corresponde al cátodo.
4º PASO: Arme el circuito mostrado y alimente con la fuente de prueba 100
Vdc-3A.
OBSERVACIONES
Los voltajes que se usan son 220 V. 60 Hz. Peligrosos para la integridad
de las personas si se toma contacto con el cuerpo, se debe trabajar sin
tensión y luego de verificado por el instructor, alimentar el circuito y medir,
luego desconectar inmediatamente.
Se deben aplicar las precauciones para el uso de las corrientes alternas.
CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-01 2 / 2 6
DIODO
A
PROBAR
FUENTE DE PRUEBA
100 VDC - 3A
5º PASO: Mida con el multimetro en la escala de voltaje DC 20 VDC, Con la
º PASO: Mida con el multimetro en la escala de voltaje DC 200 VDC, Con
º PASO: Arme el circuito mostrado y alimente con la fuente de prueba 100
º PASO: Repita el paso 6 entre los puntos A y B, y los puntos B y C, los
los indicados el diodo esta en buen estado.
punta de prueba positiva en A y con la punta de prueba negativa
en B, La lectura del Multimetro debe ser aproximadamente 1 V.
6
la punta de prueba positiva en B y con la punta de prueba negativa
en C, La lectura del Multimetro debe ser aproximadamente 50 V.
7
Vdc-3A.
DIODO
A
PROBAR
FUENTE DE PRUEBA
100 VDC - 3A
8
resultados deben ser 90 v. y 0 v. respectivamente y registrar los
datos, para hacer un cuadro. Si los resultados son aproximados a
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-02 1 / 2 7
OPERACIÓN
PROBAR TRANSFORMADOR TRIFASICO
DESCRIPCIÓN
El transformador es la parte del circuito rectificador que permite elevar o reducir
la tensión que debe alimentar al rectificador para obtener la corriente continua.
El transformador Trifásico se puede considerar como tres transformadores
monofásicos.
Para verificar el estado del transformador, se debe probar la continuidad y el
aislamiento de cada uno de los bobinados.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Identifique los bornes de los bobinados, tres pares para los
primarios y tres pares para los secundarios.
2º PASO: Medir la continuidad de cada bobinado con el multímetro en la
escala de ohmimetro, midiendo una baja resistencia:
A.- Conecte la punta de prueba del multimetro uno en el terminal
1U1 y el otro en el terminal 1U2;
B.- El multímetro debe mostrar una baja resistencia.
C.- Registrar en el cuadro el valor leído.
D.- Repetir los pasos A, B y C para las otras 5 bobinas.
CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-02 2 / 2 8
BOBINA TERMINALES MEDICION
1U 1U1 - 1U2
1V 1V1 - 1V2
1W 1W1 - 1W2
2U 2U1 - 2U2
2V 2V1 - 2V2
2W 2W2 - 2W2
3º PASO: Verifique que no haya continuidad entre dos bobinas cualquiera,
mida con el multimetro en la escala ohmimetrica y obtendrá muy
alta resistencia:
A.- Conecte la punta de prueba en el terminal 1U1 y el otro en
1V1.
B.- El multimetro debe mostrar muy alta resistencia.
C.- Repita los pasos A y B, usando el terminal 1U1 con 1W1, luego
con 2U1, 2V1 y 2W1
D.- Repita los pasos A y B, usando el terminal 1V1 con 1W1, luego
con 2U1, 2V1 y 2W1
E.- Repita A y B para 1W1 con 2U1, 2V1 y 2W1.
F.- Repita A y B para 2V1 con 2V1 y 2W1
G.- Repita A y B para 2V1 con 2W1
4º PASO: Anote los terminales que en el paso anterior no cumplieron con
tener muy alta resistencia.
5º PASO: Si el cuadro de continuidad cumple con presentar baja resistencia y
si hay muy alta resistencia entre los terminales de dos bobinas
distintas, para todos los terminales de las bobinas, el transformador
esta en buen estado.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-03 1 / 2 9
OPERACIÓN
MONTAR CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO NO CONTROLADO
DESCRIPCIÓN
Los circuitos Rectificadores Trifásicos No Controlados utilizan como elemento
rectificador al diodo y utilizan la corriente alterna trifásica.
Los rectificadores trifásicos pueden ser de media onda y onda completa tipo
puente.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Arme el circuito RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA,
mostrado.
L1
L2
L3
EL EL
Isrms Idiodo
EF
EF
PIV IDC
EDC
2º PASO: Verifique las conexiones y alimente con 220 V. - 60Hz trifásico.
3º PASO: Conecte el osciloscopio y observe en un canal, la tensión de fase
del secundario EF y en el otro canal, la tensión en la carga EDC.
4º PASO: Dibuje la forma de onda y mida el voltaje máximo y mínimo de la
señal.
CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-03 2 / 2 10
5º PASO: Mida con voltímetro DC la tensión en la carga EDC, calcule el valor
teórico, y compare el valor calculado con el valor medido.
6º PASO: Arme el circuito RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA
COMPLETA, mostrado.
L1
L2
L3
EL EL
EDC
D1 D3 D5
D4 D6 D2
IDC
EF
7º PASO: Repita los pasos 2,3, 4 y 5.
OBSERVACION
Los voltajes que se usan son 220 V. 60 Hz. Peligrosos para la integridad
de las personas si se toma contacto con el cuerpo, se debe trabajar sin
tensión y luego de verificado por el instructor, alimentar el circuito y medir,
luego desconectar inmediatamente.
Se deben aplicar las precauciones para el uso de las corrientes alternas.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-04 1 / 1 11
OPERACIÓN
VERIFICAR FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO ELECTRONICO DE
POTENCIA
DESCRIPCIÓN
Los componentes electrónicos, como todo componente por el que circula
corriente eléctrica, disipa color y los componentes electrónicos de potencia, por
consumir mayor potencia, están sometidas a una mayor disipación de color.
Se debe verificar que la temperatura no sea alta, mantenga entre 30°C y 40°C,
y cuando utiliza disipadores, estos deben estar adecuadamente conectados y
en contacto directo con el componente.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Verifique que los componentes no estén demasiado calientes; si
están calientes apague el circuito y verifique conexiones y
cálculos.
2º PASO: Compruebe que los niveles de tensión en los terminales de los
componentes electrónicos de potencia, sean aproximados a los
valores calculados.
3º PASO: Utilice un osciloscopio para observar las formas de onda en los
puntos adecuados para cada circuito.
4º PASO: Registre las mediciones realizadas y dibuje las formas de onda
observadas.
5º PASO: Registre sus comentarios respecto al funcionamiento del circuito.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 12
CIRCUITOS RECTIFICADORES
GENERALIDADES
En el campo de la electrotecnia se utilizan dos tipos de corrientes, la corriente
alterna con la que funcionan la mayoría de los equipos de fuerza y la corriente continua
que se utiliza para las etapas de control y equipos electrónicos, y para equipos de
fuerza en menor cantidad.
El circuito que convierte la corriente alterna monofásica o trifásica en corriente continua
es el circuito rectificador. Por lo tanto: RECTIFICAR ES CONVERTIR UNA
CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA.
Un circuito rectificador se compone básicamente de un transformador y del circuito
rectificador propiamente dicho. El transformador no siempre es necesario, en algunos
casos se rectifica directamente la tensión alterna sin necesidad de reducir o elevar la
tensión alterna.
Los símbolos de las tensiones y corrientes, que se usan en este manual son:
Uv : Tensión alterna antes de rectificar.
Iv : Corriente de línea antes de rectificar.
Ud: Tensión continua o rectificada.
Id : Corriente continua o rectificada.
TIPOS
Los Circuitos Rectificadores pueden ser de diferentes tipos de acuerdo a la
clasificación que se utiliza, presentamos tres clasificaciones que son: según la corriente
alterna que se utiliza, según la conducción en el transformador y según el inicio de la
conducción en el componente rectificador.
POR EL TIPO DE CORRIENTE ALTERNA
Los circuitos rectificadores se pueden agrupar en dos:
RECTIFICADORES MONOFÁSICOS.- cuando la corriente continua se obtiene de
rectificar la corriente alterna monofásica
RECTIFICADORES TRIFÁSICOS.- cuando la corriente continua se obtiene a partir de
la corriente alterna trifásica.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 13
En el cuadro se muestra los circuitos rectificadores que pertenecen a cada uno de lo
grupos y sus códigos según la Norma DIN 41761.
Circuitos Rectificadores
MONOFASICOS
Rectificador Monofásico de
Media Onda M 1
Rectificador Monofásico de
Onda Completa M 2
Toma central
Rectificador Monofásico de
Onda Completa B 2
Tipo puente
TRIFASICO
Rectificador Trifásico de
Media Onda M 3
Rectificador Trifásico de
Onda Completa B 6
Tipo Puente
POR EL TIPO DE CONDUCCIÓN EN EL TRANSFORMADOR
Esta clasificación de los circuitos rectificadores, corresponde a la norma DIN 41761, y
agrupa los circuitos en dos:
RECTIFICADORES UNIDIRECCIONALES.-cuando en los bobinados del transformador
conduce en un solo sentido y no invierte cuando se presenta semiciclo negativo, solo
bloquea; pertenecen a este grupo los rectificadores M1, M2, y M3
RECTIFICADORES BIDIRECCIONALES.- cuando en los bobinados del transformador
conducen en los dos sentidos e invierte cuando se presenta semiciclo negativo, a los
que pertenecen los rectificadores B2 y B6.
POR EL INICIO DE LA CONDUCCIÓN EN EL COMPONENTE RECTIFICADOR
Se clasifican según la conducción sea natural o controlada, también se divide en dos
grupos:
RECTIFICADORES NO CONTROLADOS.- cuyo comportamiento de rectificación
depende la conducción natural de los diodos.
RECTIFICADORES CONTROLADOS.- cuyo comportamiento de rectificación depende
del control de inicio de conducción de los tiristores.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 14
RECTIFICADORES NO CONTROLADOS
Los circuitos rectificadores No Controlados, utilizan para rectificar, los diodos
rectificadores y su conducción se inicia cuando el diodo se polariza directamente, y
deja de conducir cuando el diodo se polariza inversamente, a esta conducción se
conoce como conducción natural del diodo.
La conducción natural del diodo depende directamente de la tensión que ingresa al
rectificado y no existe forma externa de controlar la conducción de los diodos, por ello,
a estos rectificadores se les llaman RECTIFICADORES NO CONTROLADOS.
TIPOS
Los principales circuitos rectificadores trifásicos no controlados son:
RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA.- es un rectificador que solo conduce
parte del semiciclo positivo de cada fase o línea.
RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA.- es un rectificador que conduce
parte del semiciclo positivo y parte del semiciclo negativo de cada fase o línea.
CARACTERISTICAS
Siempre que los rectificadores monofásicos, no sean suficiente para aplicaciones de
alto consumo de potencia, sea por la tensión o por la corriente o por ambos, se utiliza
rectificadores trifásicos y las potencias de los componentes que intervienen, son altas
para práctica normal de la electrónica, utilizándose por lo tanto componentes de la
electrónica de potencia.
Se observa, en la Tabla de valores característicos de los rectificadores, que el
rectificador monofásico tipo puente posee unos valores característicos mejores que
los restantes rectificadores monofásicos. Este circuito se utiliza frecuentemente para
la obtención de potencias de continua pequeñas y medias, pues proporciona una
tensión continua ideal de valor elevado. Además las tensiones inversas a las que
quedan sometidos los diodos en este rectificador son relativamente reducidas.
Para obtener grandes potencias de corriente continua se utiliza el rectificador
trifásico tipo puente, pues presenta valores característicos favorables, análogos al
rectificador monofásico tipo puente, como se puede observar en tabla.
En la tabla se muestra los valores característicos de los circuitos rectificadores, según
la norma DIN 41761, estos valores característicos facilitan el cálculo de las tensiones y
corrientes de los cinco principales circuitos rectificadores, tres monofásicos M1, M2 y
M3 y dos trifásicos B2 y B6, de tal forma que conociendo una tensión o corriente se
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 15
puede calcular los otros valores de tensión y corriente, utilizando el valor característico
como relación entre ellos.
VALORES CARACTERISTICOS DE LOS CIRCUITOS RECTIFICADORES
Denominación Símbolo
( DIN
41761)
Udi
Uvo
I v
I d
U im
U di
SL I
Udi I d
I p
I d
Rectificador
monofásico de
media onda M 1 0,45 1,57 3,14 3,49 1
Rectificador
monofásico de
Onda completa
M 2 0,45 0,785 3,14 1,23 0,5
Rectificador
Trifásico
de media onda
M 3 0,675 1,7 2,09 1,23 0,333
Rectificador
monofásico
tipo puente
B 2 0,9 1 1,57 1,23 0,5
Rectificador
trifásico tipo puente
B 6 1,35 0,82 1,05 1,06 0,333
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Cada circuito rectificador tiene su propia forma de funcionamiento, y un elemento
fundamental del rectificador, aun cuando existen rectificadores sin este elemento, es el
transformador de entrada, que permite lo siguiente:
a.- Aislar eléctricamente la salida de corriente continua de la entrada de la red alterna.
b.- Acomodar el valor de la tensión de salida, al valor exigido, gracias a una adecuada
relación de transformación, elevando o reduciendo la tensión de entrada.
Los rectificadores que no necesitan transformador por no requerir elevar o reducir la
tensión de entrada, para cumplir el punto a, utilizan transformador de relación de
espiras 1 a 1.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 16
A continuación se detalla la estructura y el funcionamiento de los rectificadores más
importantes.
RECTIFICADOR TRIFÁSICO NO CONTROLADO DE MEDIA ONDA
El rectificador trifásico de media onda - M3, funciona en redes trifásicas, cada una de
las tres ramas rectificadoras contribuye con un tercio a la corriente; el montaje puede
ser polianódico, los tres ánodos unidos, o policatódico, los tres cátodos unidos, la
única diferencia entre ambas configuraciones es la tensión de salida, dan una
polaridad contraria entre ellas.
Como existe un solo camino, los diodos de cada fase están conectados al mismo
punto, y como la carga esta conectada al neutro de transformador, va a conducir el
diodo conectado a la fase que instantáneamente, posee el mayor potencial o nivel de
tensión.
CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA
ELEF
L1
L2
L3
D1
D2
D3
EF
Idiodo
PIV
EDC
Isrms
EL
La conducción del diodo D1, que esta conectado a la fase V1 ocurre en ω t = π /6, el
momento exacto cuando V1 se hace mas positiva que V2 y V3, en ese momento,
(π /6), se produce el bloqueo del diodo D3 y se inicia la conducción del diodo D1.
2
V
V1 V1 V3
2
D3
0
D1 D2 D3
ϖτ
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 17
Durante la conducción del diodo D1, los diodos D2 y D3 están polarizados
inversamente, pues sus respectivas fases tienen una tensión menor que la fase V1.
Cuando ω t = 5 π /6, la tensión V2 iguala a la tensión V1, el diodo D1 pasa al estado
de bloqueo, mientras que D2 pasa al estado de conducción, el diodo D2 conduce
desde ω t = 5 π /6 hasta ω t = 9 π /6 = 3 π /2
Cuando ω t = 9π /6, la tensión V3 iguala a la tensión V2; y el diodo D2 ingresa al
estado de bloqueo y el diodo D3 inicia la conducción, el diodo D3 conduce desde ω t =
9π /6 hasta ω t = 13 π /6. Y luego se repite el ciclo de conducción.
La tensión en la carga es solo positiva y de un nivel relativamente cercano a la tensión
pico, como se muestra en el grafico.
2
V
V1
0
V1 V3
2 ϖτ
La tensión EDC, es la tensión continua en la carga y se puede calcular con la formula:
EDC =
π
2
6
3V
La corriente por cada diodo es tercera parte de la corriente total IDC, así para el D1
I D1 =
3
IDC
La corriente en el secundario del transformador se calcula con la formula:
Is RMS = 0.59 x I DC
El Voltaje Pico Inverso o VIP, es un parámetro importante en el diseño de los
rectificadores, si esta mal calculado el diodo se deteriora y quema,
PIV = V 6
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 18
FORMA DE ONDA DEL VOLTAJE INVERSO EN EL DIODO
ϖτ
RECTIFICADOR TRIFÁSICO NO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA
El rectificador trifásico de onda completa tipo puente – B6, funciona en redes trifásicas,
genera componentes ondulatorios de seis pulsos en la tensión de salida por cada ciclo
de conducción, y además como los diferentes pulsos de tensión están traslapados se
obtiene una tensión rectificada cuyo valor oscila muy poco, el secundario del
transformador puede estar conectado en triangulo o en estrella.
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON EL SECUNDARIO EN TRIANGULO
El rectificador trifásico no controlado de onda completa tipo puente con el secundario
del transformador en triangulo, tiene los terminales del secundario del transformador
conectados en triángulo.
El primario se conectará de acuerdo a la configuración de la red eléctrica que provee el
concesionario eléctrico, en nuestro país se utiliza mayoritariamente la red eléctrica
trifásica de tres hilos, sin neutro.
CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA EN TRIANGULO
EDC
EL
Esrms
Idiodo
EL
D1
D4D6D2
IDC
D3D5
EF
L1
L2
L3
EF
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 19
Los diodos están numerados en orden de secuencia de conducción, cada uno de ellos
conduce durante 120°, La secuencia de conmutación de los diodos es en forma
natural, controlados por la tensión de alimentación.
3 3
2
3
4
3
5
3
6
3
3
En cada instante conducen dos diodos, uno por que su ánodo es el que tiene el mayor
nivel de tensión en ese instante y el otro por que su cátodo es el que tiene el menor
nivel tensión o tensión más negativa en ese instante.
En el gráfico se debe tener en cuenta que V32 significa que V3 es positivo y V2 es
negativo, V12 significa que V1 es positivo y V2 es negativo, etc. Tal forma que de 0 a
π /3 (V32) conduce D5 y D6, de π /3 a 2π /3 (V12) conduce D1 y D6, de 2π /3 a 3π /3 ó
π (V13) conduce D1 y D2, de 3π /3 a 4π /3 (V23) conduce D3 y D2, de 4π /3 a 5π /3
(V21) conduce D3 y D4, de 5π /3 a 6π /3 ó 2π (V31) conduce D5 y D4, luego se repite
el ciclo.
ϖτ
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 20
La tensión en la carga es solo positiva y de un nivel cercano a la tensión pico, más
cerca que el proporcionado por el rectificador de media onda, como se mostró en el
grafico.
La tensión EDC, es la tensión continua en la carga y se puede calcular con la formula:
EDC =
π
2
3V
La corriente por cada par de diodos es la tercera parte de la corriente total IDC, así
para el D1
I D1 =
3
IDC
La corriente en el secundario del transformador se calcula con la formula:
Is RMS = 0.817 x I DC
El Voltaje Pico Inverso o VIP, es un parámetro importante en el diseño de los
rectificadores, si esta mal calculado el diodo se deteriora y quema,
PIV = V 2
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON EL SECUNDARIO EN ESTRELLA
El rectificador trifásico no controlado de onda completa tipo puente con el secundario
del transformador en estrella, tiene una tensión de salida DC, mayor que el rectificador
con el secundario del transformador en triángulo.
CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO NO CONTROLADO
DE ONDA COMPLETA EN ESTRELLA
EL
D1D3 D5
D4 D6D2
IDC
EDC
EL
EF
L1
L2
L3
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 21
Al igual que el rectificador con el secundario en triángulo, en el grafico del rectificador
en estrella mostrado, los diodos están numerados en orden de secuencia de
conducción, cada uno de ellos conduce durante 120°, La secuencia de conmutación
de los diodos es en forma natural, controlados por la tensión de alimentación.
6 6
7
5
6
9
6
13
6
11
6
3
6
En cada instante conducen dos diodos, uno por que su ánodo es el que tiene el mayor
nivel de tensión en ese instante y el otro por que su cátodo es el que tiene el menor
nivel tensión o tensión más negativa en ese instante.
En el gráfico se debe tener en cuenta que V12 significa que V1 es positivo y V2 es
negativo, etc. Tal forma que de 0 a π /6 (V32) conduce D5 y D6, de π /6 a 3π /6 (V12)
conduce D1 y D6, de 3π /6 a 5π /6 (V13) conduce D1 y D2, de 5π /6 a 7π /6 (V23)
conduce D3 y D2, de 7π /6 a 9π /6 (V21) conduce D3 y D4, de 9π /6 a 11π /6 (V31)
conduce D5 y D4, de 11π /6 a 12π /6 ó 2 π (V32) conduce D5 y D6, luego se repite.
ϖτ
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 22
La tensión en la carga es solo positiva y de un nivel cercano a la tensión pico, más
cerca que el proporcionado por el rectificador de media onda, debiendo tener en cuenta
que el nivel de la tensión pico es mayor en el rectificador con secundario en estrella.
La tensión EDC, es la tensión continua en la carga y se puede calcular con la formula:
EDC =
π
6
3V
Si la tensión alterna Vac = V
Tensión Pico del rectificador con secundario del transformador en triangulo Vp = V 2
Tensión Pico del rectificador con secundario del transformador en estrella Vp = V 6
CARACTERISTICAS DE LOS DIODOS RECTIFICADORES
Para garantizar la seguridad de servicio de los circuitos rectificadores al diseñar se
debe tener en cuenta dos condiciones muy importantes:
1.- VPI o Voltaje Pico Inverso, es la máxima tensión inversa periódica, que recibirá el
diodo cuando se polariza inversamente, están indicadas en las hojas de
características para cada diodo rectificador, debe ser mayor que la máxima tensión
inversa ideal prevista.
2.- Id o Corriente Directa, es su máxima intensidad de corriente directa en la rama Id
que circulará por el diodo.
En la práctica se eligen los diodos rectificadores de modo que su funcionamiento
correcto este asegurado para sobretensiones de la red del 10% como mínimo.
APLICACIONES
En la Industria Productiva como las refinerías de metales, alimentación de motores de
corriente continua, galvanoplastia, etc. las magnitudes de corriente continua
necesarias son altos, donde se requieren corrientes entre 50 a 10,000 Amperios con
tensiones entre 5 a 400 voltios, para satisfacer estas necesidades es necesario utilizar
rectificadores trifásicos, porque el nivel de la señal pulsante es de un nivel casi
constante y muy cerca del nivel de tensión pico.
En la industria de las Telecomunicaciones, como las centrales telefónicas públicas y
centrales de telefonía celular, televisión cable, etc. se requieren tensiones de 24 a 100
voltios DC y corrientes de 10 a 1,000 amperios, se tienen que utilizar rectificadores
trifásicos, en la Telefonía Privada para las centrales y equipos de mayor consumo
también se utilizan rectificadores trifásicos y los pequeños usan rectificadores
monofásicos.
En la industria de la Radiodifusión Comercial, como transmisores de radio y
transmisores de televisión, que requieren tensiones de 500 a 10,000 voltios, con
corrientes de 5 a 100 amperios, se tienen que utilizar rectificadores trifásicos.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 23
GENERACION DE ONDAS TRIFASICAS
Una red de alimentación con sólo dos conductores resulta insuficiente para la mayoría
de las aplicaciones industriales, por el consumo de energía que precisa un gran
numero de instalaciones y aparatos; por ello, para la obtención y distribución de la
energía eléctrica se debe utilizar el sistema de corrientes alternas trifásicas, llamado
también simplemente sistema trifásico, y se dispone de dos tensiones diferentes, 220 V
y 380 V. y en los motores que funcionan con corrientes trifásicas, estas crean un
campo magnético giratorio, que provoca el movimiento de rotación.
Un generador trifásico simplificado esta formado por un campo magnético giratorio que
atraviesa tres devanados, desplazados 120° uno de otro. Por tanto en los tres
bobinados se inducirá tensiones del mismo valor, si los tres bobinados tienen igual
número de espiras; como el campo magnético del rotor atraviesa las bobinas con su
valor máximo a intervalos de 120°, por la construcción física, desplazado 120º los
bobinados, como indicamos antes, se obtiene tres tensiones que presentan una
diferencia de fase de 120° entre cada dos de ellas.
El giro del rotor es el trabajo que se convierte en energía eléctrica, por el proceso antes
descrito, y de esta forma se que genera las ondas trifásicas sinusoidales.
Podríamos suponer que para llevar las tensiones inducidas en los tres devanados al
consumidor serian necesarios seis conductores. Sin embargo si unimos los
conductores U2, V2, W2, podemos ahorrar dos conductores y las tensiones están
concatenadas.
MODELO SIMPLIFICADO DE UN GENERADOR TRIFASICO
N
U1
U2
V1 V2
W2
W
S
120º 120º
120º
Este circuito se denomina conexión en estrella debido a la forma de su esquema de
conexión el punto central de la estrella será el punto neutro, al que puede conectarse el
conductor neutro o simplemente el neutro. Los demás terminales, o sea, los demás
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 24
terminales de la estrella se conectaran a otros tantos conductores activos, también
llamados fases. En algunos casos la línea de neutro no se lleva en las líneas de
transmisión, por que cuando la carga es simétrica no circulará corriente por el neutro.
SISTEMA TRIFASICO
Un Sistema Trifásico esta compuesto de tres tensiones alternas sinusoidales
desfasadas entre si 120° unas de otras y concatenadas.
Si se siguiera la red de alimentación en dirección al generador pasaríamos por el
transformador trifásico hasta llegar al generador de la central eléctrica, que tiene el
mismo principio de funcionamiento indicado anteriormente.
Una conexión de corriente trifásica se compone de tres fases y un neutro conectado al
punto central o neutro de la instalación generadora y simultáneamente a tierra, entre
todos estos conductores disponemos de seis tensiones, que en nuestro caso se tendrá
valores 220 V y 380 V. Los subíndices de los símbolos de las tensiones indican los
puntos de conexión; por ejemplo U23 indica tensión entre conductor de línea L2 y L3.
La norma DIN 40108 contiene información sobre los diferentes conductores y puntos de
un sistema trifásico. La tabla se muestra un extracto de dicha norma. El orden o
numeración de las líneas indica la sucesión de las fases.
CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS TRIFASICOS
Parte
Terminales o
Conductores
Activos (fases)
Punto
neutro,
conductor
neutro
Tierra de
referencia
Conductor de
protección
Puesto a tierra
Neutro
Puesto
a tierra
Preferente:
L1 L2 L3
También están
permitidos,
cuando no pueda
haber confusiones
1 2 3
PEN
Red
También están
permitidos:
R S T
Circuitos
de
consumo
en general:
U V W
N E PE
Los equipos que trabajan con sistemas trifásicos, pueden utilizar dos tipos de
conexiones, conexión en triangulo o conexión en estrella, tal como se utilizo en los
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 25
rectificadores, la diferencia entre ambas conexiones esta en que la carga conectada en
triangulo consume el triple de potencia que la conectada en estrella.
Los transformadores trifásicos tienen las mismas funciones que los monofásicos, o
sea elevar o bajar una tensión, trabajan con tres fases y podemos considerar a un
transformador trifásico como la asociación de tres transformadores monofásicos.
Los transformadores trifásicos poseen 3 columnas, donde cada columna sirve de
núcleo para una fase, como si cada columna fuese un transformador monofásico,
luego, en cada columna habrá dos bobinas, una primaria y una secundaria, por lo
tanto, un transformador trifásico tiene como mínimo 6 bobinas: 3 primarias y tres
secundarias, las cuales se pueden conectar en estrella o en triángulo.
DESFASAJE DE ONDAS
En el sistema trifásico, queda de manifiesto que entre las tres tensiones existe una
diferencia de fase de 120°. El desplazamiento de 120° en el espacio, debido a la
disposición de la bobinas en el generador, se ha transformado en un desfase de 120°
en el tiempo.
Se puede trazar la curva de las tres tensiones distintas que se obtienen en las salidas
de los bobinados en una sola grafica común, en la se observa que entre las tres
tensiones existe una diferencia de fase de 120°.
DESFASAJE DE LAS TENSIONES DE UN SISTEMA TRIFASICO
U
U V W
U U U
90°
0° 180°
120° 120°
270° 360°
La figura puede verse las tensiones de un sistema trifásico con sus correspondientes
sentidos y valores. También puede trazarse un diagrama vectorial de las tensiones.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 26
TENSIONES EN UN GENERADOR TRIFASICO
U
U
U
U
U
U
V
V
N
N
W
W
U
U
U
N
U
U
U
U
U
U
220
220
220
380
380
380
VN
VN
UN
UN
VW
VW
UV
UV
WU
WN
WN
WN
V
=
=
=
=
=
V
V
V
V
V W
EJERCICIOS SOBRE SISTEMAS TRIFASICOS
1. Trazar la grafica de las tensiones de una red trifásica en función del tiempo. Dibujar
el esquema del generador conectado en estrella. Indicar las tensiones tal como
prescriben las normas y caracterizar los terminales.
2. dibujar el diagrama vectorial de las tensiones para un generador conectado en
triangulo.
En el siguiente grafico se muestra las tensiones en un generador conectado en
triangulo y su correspondiente diagrama vectorial.
DIAGRAMA VECTORIAL Y TENSIONES EN UN GENERADOR EN TRIANGULO
U
U
V W
U
U
N
U
U
U
U
U
U
U
UV
UV = = =
VW
VW
VW
UV
WU
WU
WU
V W
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 27
3. Dibujar el diagrama vectorial de las tensiones para un generador conectado en
estrella.
SIMBOLOGIA
Los símbolos de las tensiones se caracterizan en general con dos subíndices, cuyo
orden representa el sentido de referencia de la tensión correspondiente, puede
suprimirse uno de los subíndices cuando las tensiones están orientadas mediante
vectores de referencia o cuando no pueda haber lugar a confusiones; en la tabla
siguiente se indican ejemplos del uso de los símbolos.
CARACTERISTICAS DE LAS TENSIONES EN UN SISTEMA TRIFASICO
Tipo de tensión Sistema de corrientes
Símbolos de
las tensiones
Sistema Trifásico 1
31
,
,
23
,
12 U
U
U
Tensión entre fase
y fase o tensión
de línea
Generadores,
Motores y
transformadores
trifásicos
WU
VW
UV U
U
U ,
,
Sistema trifásico
en estrella
2
,
,
2
,
1 , WN
N
N U
U
U
Tensiones entre fase
y neutro o tensión
de fase
Generadores,
motores y
transformadores
Trifásicos.
WN
VN
UN U
U
U ,
,
Tensiones entre fase
y tierra Sistema trifásico
3
3
,
2
,
1 E
E
E U
U
U
Los símbolos de las corrientes también se escribirán con uno o dos subíndices que
coincidan con los símbolos de las fases, cuando se emplean dos subíndices estos
indicarán el sentido de referencia de la corriente, en las extensiones pueden utilizarse
también IR, IS, IT o también IRS, IST e ITR.
DIAGRAMAS DE BLOQUES
El diagrama de bloques mostrado representa la generación de las ondas trifásica que
tiene un rotor que es movido mecánicamente y produce un campo magnético giratorio
el cual induce una diferencia de potencial o tensión en los bobinados, ubicados
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 28
físicamente con un desplazamiento de 120º, generando ondas sinusoidales desfasadas
en 120ª en el tiempo.
DIAGRAMAS DE BLOQUES DE LA GENERACION DE ONDAS TRIFASICAS
TERMINALES
CON ONDAS
TRIFASICAS
DESFASADAS
120°
BOBINADOS
DESPLAZADOS
FISICAMENTE
120°
ROTOR
QUE
GENERA
CAMPO
MAGNETICO
GENERADOR
DE
MOVIMIENTO
MECANICO
ESQUEMAS DE FORMAS DE ONDA
PRECAUCIONES EN EL USO DE LA CORRIENTE ELECTRICA TRIFASICA
Las precauciones que se debe tener en el uso de la corriente eléctrica trifásica son las
precauciones generales del uso de la corriente eléctrica, No se debe tener contacto
físico directo, por que circula corriente por el cuerpo y es fatal para la integridad física
de las personas, produciendo quemaduras y la muerte en la mayoría de los casos.
Para evitar accidentes, se debe revisar bien las conexiones y los contactos de los
circuitos, aislando adecuadamente los empalmes y las borneras expuestas, y en
general todo punto de energía eléctrica que pueda ser tocado por el aprendiz o
participante.
No olvidar que en los circuitos de electrónica de potencia, partes del circuito de las
experiencias pueden tener tensiones de 220 voltios AC, por lo que se recomienda,
separar las etapas de mando de las etapas de fuerza, con la finalidad de trabajar con el
máximo cuidado en la etapa de fuerza y procurando desconectar después de las
mediciones y pruebas.
Se debe utilizar sistemas de puesta a tierra para evitar que los cables sueltos que
tuvieran energía, puedan ser tocados accidentalmente con la carcasa de un equipo y
quedar energizado y al ser tocado pueda cerrar circuito a tierra a través de una
persona.
Debemos evitar que los circuitos de prueba y experimentos estén energizados,
consumiendo energía eléctrica, cuando no se esta realizando mediciones o
comprobaciones de su funcionamiento, tratando de usar racionalmente los recursos
eléctricos y al mismo tiempo evitar poner en peligro a nuestros compañeros e incluso a
nosotros mismos.
CIRCUITO DE DISPARO DE SCR
Ω
Nº ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS/MATERIALES
1
2
3
4
5
IDENTIFIQUE TERMINALES Y PRUEBE
TIRISTORES ( SCR Y TRIAC).
IDENTIFIQUE TERMINALES Y PRUEBE UJT.
ARME CIRCUITO DE DISPARO PARA SCR.
ARME CIRCUITO DE DISPARO PARA TRIAC.
VERIFIQUE EL FUNCIONAMIENTO DE CADA
CIRCUITO ELECTRONICO DE POTENCIA
FUENTE DE ALIMENTACIÓN DC.
COMPONENTES SCR, TRIAC, UJT.
MULTIMETRO DIGITAL, PROTOBOARD
CONDUCTORES VARIOS CALIBRE 18 Y 22
AWG Y ENCHUFE.
PINZAS, ALICATE DE CORTE.
RESISTENCIAS Y CINTA AISLANTE.
PZA CANT DENOMINACIÓN–NORMA/ DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES
MONTAJE DE CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR
Y TRIAC
HT REF: HT-02
Tiempo:4 Horas HOJA: 1 / 1
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y
PROCESOS INDUSTRIALES Escala: ------ 2004
29
CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-05 1 / 3 30
OPERACIÓN
PROBAR ESTADO DE TIRISTORES
DESCRIPCIÓN
El SCR es un componente de potencia que conduce en un solo sentido, tiene
una tensión de encendido y si no supera dicha tensión no conduce, después de
superado aunque la tensión disminuya, continua conduciendo.
El voltaje de encendido se puede disminuir poniendo un voltaje entre Gate y
Cátodo de tal manera que a un menor voltaje conduzca, cuando mayor es la
tensión Gate-Catodo, el componente conducirá a una menor tensión.
El TRIAC es un componente de potencia que conduce en los dos sentidos, tiene
una tensión de encendido y si no supera dicha tensión no conduce, después de
superado aunque la tensión disminuya, continúa conduciendo.
El voltaje de encendido se puede disminuir poniendo un voltaje entre Gate y el
terminal A1 de tal manera que a un menor voltaje conduzca, cuando mayor es la
tensión Gate-A1, el componente conducirá a una menor tensión.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Arme el circuito de prueba de SCR, mostrado.
Ω
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-05 2 / 3 31
2º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito.
3º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la
lámpara se encienda y se mantiene encendida.
4º PASO: Presione el pulsador S2 y verifique que la lámpara se apaga.
5º PASO: Invierta los terminales del SCR y realice la prueba con el mismo
circuito.
Ω
6º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito.
7º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la
lámpara no se enciende, aunque permanezca pulsado S1.
8º PASO: Confirme el cumplimiento de los pasos anteriores para concluir que
el SCR esta en buen estado.
OBSERVACION
Dependiendo de la tensión de encendido del SCR, se debe
aumentar la tensión de la fuente de 9 V. a una tensión mayor.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-05 3 / 3 32
9º PASO: Arme el circuito de prueba de TRIAC, mostrado.
Ω
10º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito.
11º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la
lámpara se encienda y se mantiene encendida.
12º PASO: Presione el pulsador S2 y verifique que la lámpara se apaga.
13º PASO: Invierta los terminales del TRIAC en el circuito anterior y realice la
misma prueba.
14º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la
lámpara se encienda y se mantiene encendida.
15º PASO: Presione el pulsador S2 y verifique que la lámpara se apaga.
16º PASO: Confirme el cumplimiento de los pasos anteriores para concluir que
el TRIAC esta en buen estado.
OBSERVACION
Dependiendo de la tensión de encendido del TRIAC, se debe
aumentar la tensión de la fuente de 9 V. a una tensión mayor.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-06 1 / 1 33
OPERACIÓN
PROBAR ESTADO DEL UJT
DESCRIPCIÓN
El UJT es un componente electrónico que disminuye su resistencia entre sus
bases, cuando el voltaje de su emisor supera un nivel de tensión determinado.
Esta característica se utiliza para realizar circuitos osciladores de relajación y
con ello probaremos el estado del UJT.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Arme el circuito de prueba de UJT, mostrado.
Ω
Ω
Ω
Ω
2º PASO: Verifique conexiones y alimente el circuito con tensión de 12 V.
3º PASO: Observe con un osciloscopio las señales de oscilación en los
terminales del condensador, en la Base 1 y en la Base 2.
4º PASO: Grafique las formas de Onda, mida y registre los voltajes pico y el
periodo de la onda.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-07 1 / 1 34
OPERACIÓN
ARMAR CIRCUITO DE DISPARO PARA SCR
DESCRIPCIÓN
El SCR permite rectificar una señal alterna con un inicio de conducción distinto
a la conducción natural del diodo, pudiéndose controlar el ángulo de inicio e la
conducción.
Dependiendo del ángulo de inicio de la conducción, varía el nivel de la tensión
de salida.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Arme el circuito mostrado
2º PASO: Verifique conexiones y alimente el circuito con tensión de 220
Voltios AC., y luego cierre el switch.
3º PASO: Observe con un osciloscopio las señales de oscilación en los
terminales del condensador y en el gate del SCR.
4º PASO: Grafique las formas de Onda, determine y registre los voltajes pico
y el periodo de la onda.
5º PASO: Varíe el potenciómetro del circuito y verifique que varía la
iluminación del foco, desde un nivel de apagado hasta un nivel de
iluminación máxima.
6º PASO: Repita los pasos 3 y 4.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-08 1 / 1 35
OPERACIÓN
ARMAR CIRCUITO DE DISPARO PARA TRIAC
DESCRIPCIÓN
El TRIAC conduce en ambos sentidos y permite controlar el nivel de tensión
eficaz, utilizando para ello el tiempo de conducción del triac.
Si el disparo se realiza al inicio del semi ciclo, mayor será el nivel de tensión, por
que mayor será el tiempo de conducción y si el disparo es a medio ciclo o más,
el nivel de tensión será menor porque el tiempo de conducción será menor.
PROCESO DE EJECUCIÓN
1º PASO: Arme el circuito mostrado
2º PASO: Verifique conexiones y alimente el circuito con tensión de 220
Voltios AC., y luego cierre el switch.
3º PASO: Observe con un osciloscopio las señales de oscilación en los
terminales del condensador y en el gate del TRIAC.
4º PASO: Grafique las formas de Onda, determine y registre los voltajes pico
y el periodo de la onda.
5º PASO: Varíe el potenciómetro del circuito y verifique que varia la
iluminación del foco, desde un nivel de apagado hasta un nivel de
iluminación máxima.
6º PASO: Repita los pasos 3 y 4.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 36
CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR Y TRIAC
GENERALIDADES
Los tiristores son componentes de la electrónica de potencia, que tiene una conducción
natural como los diodos, para lo cual se debe superar la tensión de encendido o
conducción, pero esta tensión de encendido puede variarse disminuyendo en su valor,
si se alimenta con una tensión adecuada a su terminal llamado gate.
Generalmente al gate se alimenta con un pulso de disparo, de corta duración, en el
instante que se desea que se inicie la conducción; los pulsos de disparo, tienen que
poseer ciertas características para que cumplan su función, la amplitud debe ser del
orden en las decenas de mA y la duración mayor que 10 ms, ambas magnitudes son
bastantes pequeñas con relación a la corriente l a controlar y al periodo de la red de
60Hz.
Los pulsos de disparo tiene que estar sincronizados con la tensión de suministro y
debe poder desplazarse entre 0 y π, este desplazamiento debe ser controlado por
medio de una tensión, variando un potenciómetro.
TIRISTORES
El termino tiristor viene del griego y significa puerta, y se comporta como una puerta
que se abre y permite el paso a través de ella y debemos considerarlo como un tipo de
interruptor.
El Tiristor es un dispositivo semiconductor que utiliza realimentación interna para
producir un tipo de conmutación, y la principal aplicación de estos dispositivos es el
control de grandes corrientes de carga para motores, calentadores, sistemas de
iluminación, etc.
TIPOS
Los tiristores son diodos de cuatro capas, algunos de ellos con una compuerta de
control y podemos considerar cuatro tipos de tiristores.
TIRISTOR DIODO O DIODO DE CUATRO CAPAS.- similar al diodo rectificador común,
solo que tiene cuatro capas y su tensión de encendido o inicio de conducción no es
0.7voltios, si no una tensión mayor que es característica del componente.
DIAC.- es un componente de cuatro capas, con un comportamiento similar al diodo de
cuatro capas, pero bidireccional, y se puede reemplazar por dos diodos de cuatro
capas en antiparalelo, o espalda-espalda.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 37
SCR.- el SCR o Rectificador Controlado de Silicio, es un componente de similar al
diodo de cuatro capas con una determinada tensión de encendido o inicio de
conducción y con un terminal de control llamado gate o puerta.
TRIAC.- es un componente de cuatro capas, con un comportamiento similar al SCR,
pero bidireccional, y se puede reemplazar por dos SCR en antiparalelo, o espalda-
espalda.
En general a los cuatro se les conoce como tiristores, pero algunos autores diferencian
el término, utilizando término Tiristor solo para identificar al SCR y otros autores para
identificar al SCR y al Triac.
RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO - SCR
Un SCR es un dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura PNPN con
tres uniones PN, tiene tres terminales: ánodo, cátodo y compuerta o gate. Los SCR se
fabrican por difusión y crecimiento epitaxial.
Cuando la tensión del ánodo se hace positiva con respecto al cátodo, las uniones J1 y
J3 tiene polarización directa. La unión J2 tiene polarización inversa, y solo fluirá una
pequeña corriente de fuga del ánodo al cátodo, el SCR esta en condición de bloqueo
directo o en estado desactivado.
P
N
P
N
A
G
K
G
A
J1
J2
J3
K
Si la tensión del ánodo-cátodo se incrementa a un valor lo suficientemente grande, la
unión J2 polarizada inversamente entra en ruptura y el SCR entra en conducción, a
esto se conoce como ruptura por avalancha y la tensión correspondiente se llama
tensión de ruptura directa, también conocida como tensión de encendido.
Al aplicar un pulso positivo al gate, con respecto al cátodo, se incrementan los pares
electrón-hueco y dado que las uniones J1 y J3 ya tiene polarización directa, habrá un
movimiento libre de portadores a través de las tres uniones, que provocara una gran
corriente directa del ánodo al cátodo, quedando el dispositivo en conducción.
La caída de tensión se deberá a la caída ohmica de las cuatro capas y será pequeña,
de 1 voltio; en el estado de conducción, la corriente del ánodo solo esta limitada por la
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 38
resistencia externa, la corriente del ánodo debe ser mayor que un valor conocido
como corriente de enganche IL, a fin de mantener la conducción, la corriente de
enganche IL, es la corriente del ánodo mínima requerida para mantener el SCR en
estado de conducción inmediatamente después que ha sido activado y se ha retirado
el pulso de la compuerta o gate.
Una vez que el SCR, esta conduciendo se comporta como un diodo en conducción y
ya no hay control sobre el dispositivo; si se reduce la corriente directa del ánodo por
debajo de un nivel conocido como corriente de mantenimiento IH, el SCR dejara de
conducir y pasará al estado de bloqueo. La corriente de mantenimiento (IH) es del
orden de los miliamperios y es menor que la corriente de enganche (IL).
Cuando la tensión del ánodo es negativa con respecto al cátodo, la unión J2 tiene
polarización directa, pero las uniones J1 y J3 tienen polarización inversa. El SCR
estará en estado de bloqueo inverso con una corriente de fuga inversa.
CURVA CARACTERISTICA DEL SCR
Zona de bloqueo
en
sentido directo
Zona de bloqueo
en
sentido inverso
I c
I
I
ID
D
E
U
U
U
TRIAC
El TRIAC o TRIODE ALTERNATING CURRENT, es un componente de la electrónica
de potencia similar al SCR pero de conducción bidireccional, que apareció basado en el
éxito del SCR, que indujo a los investigadores a desarrollar un SCR más apto, para
conducción controlada en circuitos de corriente alterna, esto es una conducción
bidireccional, su disparo es similar al del SCR, pero difiere de este en que puede
conducir en ambas direcciones en respuestas a un pulso positivo o negativo.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 39
Los términos ánodo y cátodo no son aplicables al TRIAC y los terminales son
designados por números, el terminal A1 es el punto de referencia para las mediciones
de voltaje y de corriente, y con respecto a este terminal se miden el terminal de
compuerta y el terminal A2.
En el siguiente grafico se muestra el símbolo y la estructura de un Triac y su
comportamiento interno es similar al SCR, pero conduciendo en ambos sentidos.
CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC
Zona de paso 2
Zona de paso 1
I c
I c
I
I12
12
12
12
E0
E0 U
U
U
U
-
-
-
CIRCUITOS DE DISPARO
Los circuitos de disparo pueden servir tanto para disparar al SCR o al Triac, aun
cuando en algunos casos se debe hacer algunas pequeñas modificaciones.
El disparo real de un tiristor esta influenciado por la temperatura de la juntura, que si
es elevada facilita el disparo debido al enriquecimiento de portadores en las uniones
por los pares generados térmicamente.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 40
DISPARO POR TENSION EXCESIVA
Cuando la tensión ánodo-cátodo se acerca al valor de ruptura en sentido directo, una
reacción en cadena a nivel de portadores pasa al SCR a estado de conducción, la
tensión ánodo-cátodo cae al valor de 1 a 2 voltios, al desaparecer la zona de carga
especial de la unión de control y el circuito exterior permitirá el aumento de corriente
por el SCR, considerándose que el componente ha entrado en conducción, cuando la
corriente ha superado el valor de la intensidad de enclavamiento (IL)
Esta forma de disparo es raramente empleada para pasar intencionalmente a
conducción, sin embargo se da en forma fortuita provocada por sobretensiones
anormales en los equipos.
DISPARO POR PULSO EN LA COMPUERTA
El procedimiento norma para disparar un SCR consiste en la aplicación en la
compuerta, de un impulso positivo de corriente, mediante la conexión de un
generador de pulsos entre los terminales de puerta y cátodo; siempre que el SCR este
polarizado directamente y mantiene un tensión positiva ánodo –cátodo.
El pulso produce una corriente local cerca de la compuerta al catado y si la intensidad
de corriente es suficiente, se iniciará la conducción y se mantendrá independiente del
impulso de compuerta y se extenderá el área de conducción a toda la pastilla, en
forma automática en décimas de microsegundo, asumiendo que el circuito exterior
permite la conducción con una corriente mayor a la corriente de mantenimiento.
CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR
En un SCR, con carga resistiva, se define el ángulo de disparo ( ) como el ángulo o
tiempo durante el cual el SCR no conduce, medido a partir del paso de la onda
sinusoidal por cero, y con voltaje ánodo-cátodo mayor que cero.
∝
t b
EL
El ángulo de conducción ( ø ), es el ángulo o tiempo durante el cual el SCR se
encuentra conduciendo.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 41
El tiempo de bloqueo natural (tb) es el tiempo durante el cual el SCR no conduce y se
ha bloqueado en forma natural porque su voltaje ánodo-cátodo es menor que cero o
negativo y por lo tanto la corriente de ánodo es menor que la corriente de
mantenimiento (Ih).
Para disparar al SCR es necesario aplicar una tensión VGT entre compuerta y cátodo
que debe ser mayor que 0.6 a 0.8 V. que es el voltaje de la juntura PN existente entre
compuerta y cátodo para SCR con corriente de ánodo desde 0.8 Amp. hasta 35 Amp.
Los fabricantes especifican un valor de VGTmax que no debe ser superado por el
circuito de disparo bajo riesgo de deteriorar al SCR.
De igual modo se especifica una corriente de compuerta IG Tmin que varía desde 0.2
mA hasta 40 mA para SCR con corriente de ánodo desde 0.8 Amp. hasta 35 Amp.
DISPARO POR DIVISOR DE TENSION
Es el circuito de disparo de un SCR más simple, se emplea cuando la alimentación
es continua, y donde es suficiente un pulso positivo aplicado a la compuerta o gate
por R2 al cerrar el interruptor S1.
VGT
150
1800
24 V
RL
R2
R1
El siguiente circuito, se utiliza el SCR ECG5496, cuyas características son: 10 A/ 600
Voltios, VG Tmax = 2Voltios y IG Tmin = 15 mA
Para calcular el valor de R1 y R2, debemos recordar que el SCR requiere para
dispararse que: 0.8 V VGT
≤ ≤ 2 V
VGT = 2
2
1
xR
R
R
Vcc
+
1
2
1
−
=
VGT
Vcc
R
R
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 42
a) VGT = 0.8 V y Vcc = 24 V
29
1
8
.
0
24
2
1
=
−
=
R
R
R1 = 29 R2
b) VGT = 2 V. y Vcc = 24 V
11
1
2
24
2
1
=
−
=
R
R
R1 = 11 R2
11 R2 ≤ R1 ≤ 29 R2
Por lo tanto se debe escoger una resistencia R1 que sea entre 11 y 29 veces R2.
DISPARO POR CONTROL DE FASE
En el disparo por control de fase, la tensión de alimentación de ánodo se aplica a la
compuerta mediante una resistencia limitadora de corriente y un potenciómetro para
tomar parte de la corriente y disparar el SCR.
V
V
V
R1
AK
a c
AK
P1
RL
El ángulo de disparo está determinado por la posición del potenciómetro P1 quien
controla la magnitud de la corriente (IG).
Si el valor de P1 es pequeño, la corriente de compuerta será suficiente para disparar
al SCR, el ángulo de disparo será pequeño y habrá un gran voltaje en la resistencia
de carga RL.
Si el valor P1 es grande, la corriente de compuerta será pequeña y podría no ser
suficiente para disparar al SCR, permaneciendo bloqueado el SCR.
DISPARO POR CONSTANTE RC SIMPLE
En el disparo por constante RC simple, la tensión de alimentación de ánodo se aplica a
la compuerta mediante una resistencia limitadora de corriente y un potenciómetro para
cargar un condensador y el voltaje de carga al condensador dispara al SCR.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 43
El ángulo de disparo está determinado por la constante de tiempo RC:
T = ( R1 + P1 ) x C
EL SCR entrará en conducción cuando en la compuerta alcance el valor mínimo de
IGT o VGT que para el caso del SCR ECG5496 es:
IGTmin = 15 mA
0.8 ≤ VGT 2V
≤
V R1
C
a c=220V
LAMPARA 220V
0.1uF
10W
50K
30K
P1
RL
En el instante t = 0, el voltaje ánodo-cátodo es positivo, y también el voltaje en el
condensador; el condensador se va cargando, el tiempo de carga esta determinado por
la posición del potenciómetro P1.
Cuando el voltaje del condensador alcanza un valor igual al voltaje de compuerta que
origina la corriente IGT mínima que necesita el SCR para entrar en conducción, el
voltaje ánodo-cátodo cae hasta el valor de aproximadamente 1ó 2 voltios; circula
entonces una gran corriente de ánodo limitada únicamente por la carga RL.
Con la formula que se muestra se puede calcular el ángulo de disparo
t = R.C.Ln ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−Uc
V
V
t es el valor del Ángulo ∝ en función de la frecuencia angular de la onda de corriente
alterna de 60 Hz, y para el SCR será 8.3 milisegundos el valor máximo de t, que
corresponde a un ángulo igual a 180 grados.
∝
Si variamos el valor de R en dicha ecuación, el ángulo ∝ variará en razón directa,
obteniendo valores de 1, ∝ 2 y
∝ ∝ 3 cómo indica el gráfico.
La consideración que se debe tener para este circuito es que la constante
RC = (R1 + P1) x C
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 44
Para el caso de una alimentación de 60 Hz debe estar en el rango de T es :
1 ms ≤ RC 30 ms , Lo cual garantizará un disparo seguro.
≤
ANGULO DE DISPARO DEL CIRCUITO RC SIMPLE
0
0 1
π
2
π
π
T1 T2
T3
V
V
a c
EL
IGT
GT
0 2 π
EL
0 3 π
EL
Con este circuito el ángulo de disparo se extiende a más de 90 grado.
DISPARO POR DOBLE RED RC
El principio de funcionamiento es similar al circuito RC Simple, el voltaje de carga del
condensador C1 es utilizado para cargar al condensador C2.
La consideración para obtener un disparo seguro en el rango de 60 Hz, es que el valor
de constante de tiempo T deberá estar dada por:
T1 = ( R1 + P1 )x C y T2 = R2 x C2
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 45
T1 aproximado a T2 y para a garantizar un un buen disparo el rango de t:
1 m seg ≤ T ≤ 30 mseg.
V
R1
R2
C2
C1
a c =220V
220V
0.22uF 0.22uF
100K
10K
33K
P1
RL
DIAC UTILIZADO PARA CIRCUITOS DE DISPARO
El Diac es un elemento bidireccional, donde la polaridad de su tensión de alimentación
es indiferente, el diac se mantiene bloqueado y por lo tanto no circula corriente a
través de el, hasta que no se supere el voltaje de ruptura VBO.
Cuando este voltaje VBO es alcanzado, se incrementa la corriente, por el Diac y la
caída de tensión entre sus extremos cae aproximadamente 10 voltios.
Tomando como ejemplo el DIAC ECG6408, el fabricante nos proporciona las siguientes
características:
VBO (+) = 32 4 V. VBO ( - ) = 32
± ± 4 V.
IBOmax (+) = 1mA. IBOmax ( - ) = 1 mA.
CIRCUITO DE DISPARO DE SCR CON DIAC
En el circuito de disparo de SCR, cuando el voltaje en el condensador alcanza el voltaje
VBO del DIAC, este entrara en franca conducción, aplicando un pulso de corriente a la
compuerta del SCR y lo activará.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 46
El circuito mostrado presenta un circuito de disparo de SCR con Diac
V
R1
ECG6408
C
a c
220V
0.1uF
ECG5496
30K
50K
P1
RL
Al variar el potenciómetro P1 y variar la constante de tiempo (R1 + P1) C, se tendrá
diferentes ángulos de disparo tales como ∝ 1, ∝ 2 y ∝ 3.
La condición de disparo, para una alimentación de 60 Hz. es que la constante de
tiempo T deberá estar dentro de los siguientes límites:
1 ms ≤ ( R1 + P1 ). C ≤ 30 ms.
UJT PARA CIRCUITO DE DISPARO
El UJT O TRANSISTOR DE UNIUNION, esta constituido por una barra de silicio
(material N) a cuyos extremos se definen las bases B! y B2, en el terminal de emisor
existe un material P, conformando una juntura PN, se presenta su símbolo y su
estructura interna.
B2
B1
E
B2
N
P
B1
E
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 47
CIRCUITO DE DISPARO CON UJT
El transistor UJT es un dispositivo que permanece bloqueado entre base 1 y base 2
hasta que el voltaje de emisor Ve supere la tensión del voltaje de punto de pico Vp,
cuando ello ocurre el UJT se enciende.
En el circuito de disparo de un SCR usando el UJT, se observa que durante el
semiciclo positivo, la tensión de alimentación alterna Vac es limitada al valor de la
tensión zener para el transistor UJT, y el condensador C inicia su carga a través de la
resistencia R, dicha tensión sube exponencialmente hasta que alcanza el valor de la
tensión de emisor VE, que es cuando inicia su conducción el transistor UJT.
Al conducir el transistor UJT, el condensador se descarga a través del emisor base 1
y el primario del transformador de pulsos; dicha descarga es fuerte y violenta
originando un pulso en el primario de dicho transformador, el cual por acoplamiento
magnético genera un pulso en el secundario y con ello el pulso para la compuerta del
SCR, activándolo y empezando a conducir por el resto del semiciclo positivo, es decir
hasta π .
El UJT continua produciendo pulsos; pero, solo el primero tiene trascendencia para
lograr el disparo de SCR, de π hasta 2 π , el diodo zener está polarizado
inversamente, y su voltaje ánodo-cátodo es igual a 0.7 voltios, cortando el
funcionamiento del UJT.
La frecuencia de los pulsos de salida esta dada por la siguiente ecuación:
T = R.C Ln ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
− n
1
1
donde f = 1 / T
CIRCUITO DE DISPARO CON UJT PARA SCR
+
E
B1
EL
RL
SCR
E
220V
220V
V ac
ECO5496
B2
R2
R
470
100K
15K
Rz
Dz
Vz
0.1
VE C
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 48
Para el transistor UJT ECG6401, según el fabricante n min = 0.56 y n max = 0.75.
Para la elección adecuada de los valores de R y C es necesario considerar que:
0 ≤ T ≤ 8.3 ms, para una tensión de alimentación cuya frecuencia de 60 Hz.
CIRCUITO DE DISPARO DE TRIAC CON DIAC
Un circuito típico del uso de Triac con disparo de DIAC es el DIMMER o control de
intensidad de luz, que se muestra a continuación.
CIRCUITO DE DISPARO CON DIAC PARA TRIAC
V
R1=4K7 D1 T1
ECG6408
C1 C2
a c
220V
0.1uF
ECG5496
30K
500K
P1
RL
EL
FORMAS DE ONDA DEL CIRCUITO CON DIAC PARA TRIAC
EL
Vac
0
0 +
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 49
El circuito de disparo al trabajar con el diac que es un componente de conducción
bidireccional, puede trabajar con la corriente alterna para realizar los disparos en
ambos semiciclos y propiciar la conducción del Triac, que también conduce en los dos
sentidos y por lo tanto en ambos semiciclos.
La resistencia RL es reemplazada por una lámpara incandescente y el TRIAC
permite el control de ambos semiciclos de la tensión alterna que se complementa con
el DIAC por ser ambos bidireccional.
DISPARO CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL
El amplificador operacional reemplazó a los componentes semiconductores discretos
para el disparo de los tiristores, su facilidad de diseño, reducido tamaño y bajo costo
contribuyeron a la gran difusión de este circuito integrado en el campo de la
electrónica industrial.
El presente circuito de mando requiere los siguientes elementos:
TRANSFORMADOR DE SINCRONISMO.- Conformado por un transformador
reductor, típicamente de 220 voltios a 6.3 voltios o 7.5 voltios, su finalidad es lograr el
sincronismo entre la fase del circuito de disparo y el circuito de fuerza.
220V
π
2
π
0
π
2
π
0
CONVERTIDOR DE ONDA SENOIDAL A ONDA CUADRADA.- Se logra mediante un
amplificador operacional en la configuración de amplificador inversor en lazo abierto,
cuya ganancia es muy elevada y nos permite obtener la onda cuadrada sin perder la
frecuencia de 60 hertz.
π
π
0
0
Vcc
Vcc
π
2 π
2
-
V1
741 V0
-
+
+
INTEGRADOR.- Con este circuito se logra convertir la onda cuadrada de 60 hertz a
una onda triangular de igual frecuencia de acuerdo a la ecuación.
Vo = dt
t
Vi
C
R
t
o
).
(
.
1
1
∫
−
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 50
Esta ecuación es válida para frecuencias de entrada > fc, para la elección de los
valores, de los componentes, según la teoría de circuitos, debe considerarse, lo
siguiente:
Rs 1O R1 Fc =
≈
C
Rs.
2
1
π
Dando valores, obtenemos que la frecuencia de entrada ( 60 Hz. ) es >> fc, luego el
circuito será un buen integrador.
π
0
Vcc
Vcc
π
2
-
V1
1M
R1 0.01
C
Rs: 10 m
741
V0
-
+
+
π
0
π
2
SUMADOR INTEGRADOR.- La gran versatilidad del amplificador operacional nos
permite configurar este circuito, donde una de las entradas es la onda cuadrada y la
otra entrada la constituye una tensión continua variable, mediante el potenciómetro
P1, y que permitirá controlar.
En la salida obtenemos, por efecto de la integración de la onda cuadrada, una onda
triangular y por la acción de suma, el desplazamiento en sentido vertical, pasando por
cero, da la onda triangular, el desplazamiento de dicha onda triangular es función del
voltaje Vo.
1M
10K
+Vcc
115V
P1 2K VN
1M
R2
R1
VN
0.01
C
RF
10M
741
-
+
π
0
Vcc
Vcc
π
2
-
+
π
0
0 π
2
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CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 51
AMPLIFICADOR DE POTENCIA.- Con un transistor de potencia y teniendo como carga
el primario de un transformador de pulsos, se logrará obtener en el secundario del
transformador los pulsos de salida, que dispararán al SCR.
EL
RL
T1
T2
8U x 84
R9
10K
10K
10K
P2
P2
12V
15V
15V
Vcc
Vcc
330
330
R6
R7
R5
R8
3w
R10
270
270
220
Vac
ECO5496
IC2
+
-
-
-
+
+
CIRCUITO FINAL DE DISPARO.- El circuito completo es la integración adecuada y
correcta de los elementos, logrando un Circuito de disparo confiable, basado en
amplificadores operacionales.
Las señales que se presentan en cada una de las etapas se presentan en el grafico,
iniciando con la señal a controlar, la señal de sincronismo obtenida mediante el
trasformador reductor, la onda cuadrada del comparador en base a la señal de
sincronismo, y de ella se logra la onda triangular, luego los pulsos desfasados
adecuadamente para tener el inicio de la conducción, el recorte y amplificación de los
pulsos de disparo y finalmente la conducción en la carga.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 52
Ic3
Ic2
Ic1
EL
Ig
Vac
0
Vs
0
- VE
0
FORMAS DE ONDA DEL CIRCUITO DE DISPARO CON OPERACIONAL
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 36
CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR Y TRIAC
GENERALIDADES
Los tiristores son componentes de la electrónica de potencia, que tiene una conducción
natural como los diodos, para lo cual se debe superar la tensión de encendido o
conducción, pero esta tensión de encendido puede variarse disminuyendo en su valor,
si se alimenta con una tensión adecuada a su terminal llamado gate.
Generalmente al gate se alimenta con un pulso de disparo, de corta duración, en el
instante que se desea que se inicie la conducción; los pulsos de disparo, tienen que
poseer ciertas características para que cumplan su función, la amplitud debe ser del
orden en las decenas de mA y la duración mayor que 10 ms, ambas magnitudes son
bastantes pequeñas con relación a la corriente l a controlar y al periodo de la red de
60Hz.
Los pulsos de disparo tiene que estar sincronizados con la tensión de suministro y
debe poder desplazarse entre 0 y π, este desplazamiento debe ser controlado por
medio de una tensión, variando un potenciómetro.
TIRISTORES
El termino tiristor viene del griego y significa puerta, y se comporta como una puerta
que se abre y permite el paso a través de ella y debemos considerarlo como un tipo de
interruptor.
El Tiristor es un dispositivo semiconductor que utiliza realimentación interna para
producir un tipo de conmutación, y la principal aplicación de estos dispositivos es el
control de grandes corrientes de carga para motores, calentadores, sistemas de
iluminación, etc.
TIPOS
Los tiristores son diodos de cuatro capas, algunos de ellos con una compuerta de
control y podemos considerar cuatro tipos de tiristores.
TIRISTOR DIODO O DIODO DE CUATRO CAPAS.- similar al diodo rectificador común,
solo que tiene cuatro capas y su tensión de encendido o inicio de conducción no es
0.7voltios, si no una tensión mayor que es característica del componente.
DIAC.- es un componente de cuatro capas, con un comportamiento similar al diodo de
cuatro capas, pero bidireccional, y se puede reemplazar por dos diodos de cuatro
capas en antiparalelo, o espalda-espalda.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 37
SCR.- el SCR o Rectificador Controlado de Silicio, es un componente de similar al
diodo de cuatro capas con una determinada tensión de encendido o inicio de
conducción y con un terminal de control llamado gate o puerta.
TRIAC.- es un componente de cuatro capas, con un comportamiento similar al SCR,
pero bidireccional, y se puede reemplazar por dos SCR en antiparalelo, o espalda-
espalda.
En general a los cuatro se les conoce como tiristores, pero algunos autores diferencian
el término, utilizando término Tiristor solo para identificar al SCR y otros autores para
identificar al SCR y al Triac.
RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO - SCR
Un SCR es un dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura PNPN con
tres uniones PN, tiene tres terminales: ánodo, cátodo y compuerta o gate. Los SCR se
fabrican por difusión y crecimiento epitaxial.
Cuando la tensión del ánodo se hace positiva con respecto al cátodo, las uniones J1 y
J3 tiene polarización directa. La unión J2 tiene polarización inversa, y solo fluirá una
pequeña corriente de fuga del ánodo al cátodo, el SCR esta en condición de bloqueo
directo o en estado desactivado.
P
N
P
N
A
G
K
G
A
J1
J2
J3
K
Si la tensión del ánodo-cátodo se incrementa a un valor lo suficientemente grande, la
unión J2 polarizada inversamente entra en ruptura y el SCR entra en conducción, a
esto se conoce como ruptura por avalancha y la tensión correspondiente se llama
tensión de ruptura directa, también conocida como tensión de encendido.
Al aplicar un pulso positivo al gate, con respecto al cátodo, se incrementan los pares
electrón-hueco y dado que las uniones J1 y J3 ya tiene polarización directa, habrá un
movimiento libre de portadores a través de las tres uniones, que provocara una gran
corriente directa del ánodo al cátodo, quedando el dispositivo en conducción.
La caída de tensión se deberá a la caída ohmica de las cuatro capas y será pequeña,
de 1 voltio; en el estado de conducción, la corriente del ánodo solo esta limitada por la
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 38
resistencia externa, la corriente del ánodo debe ser mayor que un valor conocido
como corriente de enganche IL, a fin de mantener la conducción, la corriente de
enganche IL, es la corriente del ánodo mínima requerida para mantener el SCR en
estado de conducción inmediatamente después que ha sido activado y se ha retirado
el pulso de la compuerta o gate.
Una vez que el SCR, esta conduciendo se comporta como un diodo en conducción y
ya no hay control sobre el dispositivo; si se reduce la corriente directa del ánodo por
debajo de un nivel conocido como corriente de mantenimiento IH, el SCR dejara de
conducir y pasará al estado de bloqueo. La corriente de mantenimiento (IH) es del
orden de los miliamperios y es menor que la corriente de enganche (IL).
Cuando la tensión del ánodo es negativa con respecto al cátodo, la unión J2 tiene
polarización directa, pero las uniones J1 y J3 tienen polarización inversa. El SCR
estará en estado de bloqueo inverso con una corriente de fuga inversa.
CURVA CARACTERISTICA DEL SCR
Zona de bloqueo
en
sentido directo
Zona de bloqueo
en
sentido inverso
I c
I
I
ID
D
E
U
U
U
TRIAC
El TRIAC o TRIODE ALTERNATING CURRENT, es un componente de la electrónica
de potencia similar al SCR pero de conducción bidireccional, que apareció basado en el
éxito del SCR, que indujo a los investigadores a desarrollar un SCR más apto, para
conducción controlada en circuitos de corriente alterna, esto es una conducción
bidireccional, su disparo es similar al del SCR, pero difiere de este en que puede
conducir en ambas direcciones en respuestas a un pulso positivo o negativo.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 39
Los términos ánodo y cátodo no son aplicables al TRIAC y los terminales son
designados por números, el terminal A1 es el punto de referencia para las mediciones
de voltaje y de corriente, y con respecto a este terminal se miden el terminal de
compuerta y el terminal A2.
En el siguiente grafico se muestra el símbolo y la estructura de un Triac y su
comportamiento interno es similar al SCR, pero conduciendo en ambos sentidos.
CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC
Zona de paso 2
Zona de paso 1
I c
I c
I
I12
12
12
12
E0
E0 U
U
U
U
-
-
-
CIRCUITOS DE DISPARO
Los circuitos de disparo pueden servir tanto para disparar al SCR o al Triac, aun
cuando en algunos casos se debe hacer algunas pequeñas modificaciones.
El disparo real de un tiristor esta influenciado por la temperatura de la juntura, que si
es elevada facilita el disparo debido al enriquecimiento de portadores en las uniones
por los pares generados térmicamente.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 40
DISPARO POR TENSION EXCESIVA
Cuando la tensión ánodo-cátodo se acerca al valor de ruptura en sentido directo, una
reacción en cadena a nivel de portadores pasa al SCR a estado de conducción, la
tensión ánodo-cátodo cae al valor de 1 a 2 voltios, al desaparecer la zona de carga
especial de la unión de control y el circuito exterior permitirá el aumento de corriente
por el SCR, considerándose que el componente ha entrado en conducción, cuando la
corriente ha superado el valor de la intensidad de enclavamiento (IL)
Esta forma de disparo es raramente empleada para pasar intencionalmente a
conducción, sin embargo se da en forma fortuita provocada por sobretensiones
anormales en los equipos.
DISPARO POR PULSO EN LA COMPUERTA
El procedimiento norma para disparar un SCR consiste en la aplicación en la
compuerta, de un impulso positivo de corriente, mediante la conexión de un
generador de pulsos entre los terminales de puerta y cátodo; siempre que el SCR este
polarizado directamente y mantiene un tensión positiva ánodo –cátodo.
El pulso produce una corriente local cerca de la compuerta al catado y si la intensidad
de corriente es suficiente, se iniciará la conducción y se mantendrá independiente del
impulso de compuerta y se extenderá el área de conducción a toda la pastilla, en
forma automática en décimas de microsegundo, asumiendo que el circuito exterior
permite la conducción con una corriente mayor a la corriente de mantenimiento.
CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR
En un SCR, con carga resistiva, se define el ángulo de disparo ( ) como el ángulo o
tiempo durante el cual el SCR no conduce, medido a partir del paso de la onda
sinusoidal por cero, y con voltaje ánodo-cátodo mayor que cero.
∝
t b
EL
El ángulo de conducción ( ø ), es el ángulo o tiempo durante el cual el SCR se
encuentra conduciendo.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 41
El tiempo de bloqueo natural (tb) es el tiempo durante el cual el SCR no conduce y se
ha bloqueado en forma natural porque su voltaje ánodo-cátodo es menor que cero o
negativo y por lo tanto la corriente de ánodo es menor que la corriente de
mantenimiento (Ih).
Para disparar al SCR es necesario aplicar una tensión VGT entre compuerta y cátodo
que debe ser mayor que 0.6 a 0.8 V. que es el voltaje de la juntura PN existente entre
compuerta y cátodo para SCR con corriente de ánodo desde 0.8 Amp. hasta 35 Amp.
Los fabricantes especifican un valor de VGTmax que no debe ser superado por el
circuito de disparo bajo riesgo de deteriorar al SCR.
De igual modo se especifica una corriente de compuerta IG Tmin que varía desde 0.2
mA hasta 40 mA para SCR con corriente de ánodo desde 0.8 Amp. hasta 35 Amp.
DISPARO POR DIVISOR DE TENSION
Es el circuito de disparo de un SCR más simple, se emplea cuando la alimentación
es continua, y donde es suficiente un pulso positivo aplicado a la compuerta o gate
por R2 al cerrar el interruptor S1.
VGT
150
1800
24 V
RL
R2
R1
El siguiente circuito, se utiliza el SCR ECG5496, cuyas características son: 10 A/ 600
Voltios, VG Tmax = 2Voltios y IG Tmin = 15 mA
Para calcular el valor de R1 y R2, debemos recordar que el SCR requiere para
dispararse que: 0.8 V VGT
≤ ≤ 2 V
VGT = 2
2
1
xR
R
R
Vcc
+
1
2
1
−
=
VGT
Vcc
R
R
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 42
a) VGT = 0.8 V y Vcc = 24 V
29
1
8
.
0
24
2
1
=
−
=
R
R
R1 = 29 R2
b) VGT = 2 V. y Vcc = 24 V
11
1
2
24
2
1
=
−
=
R
R
R1 = 11 R2
11 R2 ≤ R1 ≤ 29 R2
Por lo tanto se debe escoger una resistencia R1 que sea entre 11 y 29 veces R2.
DISPARO POR CONTROL DE FASE
En el disparo por control de fase, la tensión de alimentación de ánodo se aplica a la
compuerta mediante una resistencia limitadora de corriente y un potenciómetro para
tomar parte de la corriente y disparar el SCR.
V
V
V
R1
AK
a c
AK
P1
RL
El ángulo de disparo está determinado por la posición del potenciómetro P1 quien
controla la magnitud de la corriente (IG).
Si el valor de P1 es pequeño, la corriente de compuerta será suficiente para disparar
al SCR, el ángulo de disparo será pequeño y habrá un gran voltaje en la resistencia
de carga RL.
Si el valor P1 es grande, la corriente de compuerta será pequeña y podría no ser
suficiente para disparar al SCR, permaneciendo bloqueado el SCR.
DISPARO POR CONSTANTE RC SIMPLE
En el disparo por constante RC simple, la tensión de alimentación de ánodo se aplica a
la compuerta mediante una resistencia limitadora de corriente y un potenciómetro para
cargar un condensador y el voltaje de carga al condensador dispara al SCR.
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CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 43
El ángulo de disparo está determinado por la constante de tiempo RC:
T = ( R1 + P1 ) x C
EL SCR entrará en conducción cuando en la compuerta alcance el valor mínimo de
IGT o VGT que para el caso del SCR ECG5496 es:
IGTmin = 15 mA
0.8 ≤ VGT 2V
≤
V R1
C
a c=220V
LAMPARA 220V
0.1uF
10W
50K
30K
P1
RL
En el instante t = 0, el voltaje ánodo-cátodo es positivo, y también el voltaje en el
condensador; el condensador se va cargando, el tiempo de carga esta determinado por
la posición del potenciómetro P1.
Cuando el voltaje del condensador alcanza un valor igual al voltaje de compuerta que
origina la corriente IGT mínima que necesita el SCR para entrar en conducción, el
voltaje ánodo-cátodo cae hasta el valor de aproximadamente 1ó 2 voltios; circula
entonces una gran corriente de ánodo limitada únicamente por la carga RL.
Con la formula que se muestra se puede calcular el ángulo de disparo
t = R.C.Ln ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−Uc
V
V
t es el valor del Ángulo ∝ en función de la frecuencia angular de la onda de corriente
alterna de 60 Hz, y para el SCR será 8.3 milisegundos el valor máximo de t, que
corresponde a un ángulo igual a 180 grados.
∝
Si variamos el valor de R en dicha ecuación, el ángulo ∝ variará en razón directa,
obteniendo valores de 1, ∝ 2 y
∝ ∝ 3 cómo indica el gráfico.
La consideración que se debe tener para este circuito es que la constante
RC = (R1 + P1) x C
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Para el caso de una alimentación de 60 Hz debe estar en el rango de T es :
1 ms ≤ RC 30 ms , Lo cual garantizará un disparo seguro.
≤
ANGULO DE DISPARO DEL CIRCUITO RC SIMPLE
0
0 1
π
2
π
π
T1 T2
T3
V
V
a c
EL
IGT
GT
0 2 π
EL
0 3 π
EL
Con este circuito el ángulo de disparo se extiende a más de 90 grado.
DISPARO POR DOBLE RED RC
El principio de funcionamiento es similar al circuito RC Simple, el voltaje de carga del
condensador C1 es utilizado para cargar al condensador C2.
La consideración para obtener un disparo seguro en el rango de 60 Hz, es que el valor
de constante de tiempo T deberá estar dada por:
T1 = ( R1 + P1 )x C y T2 = R2 x C2
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T1 aproximado a T2 y para a garantizar un un buen disparo el rango de t:
1 m seg ≤ T ≤ 30 mseg.
V
R1
R2
C2
C1
a c =220V
220V
0.22uF 0.22uF
100K
10K
33K
P1
RL
DIAC UTILIZADO PARA CIRCUITOS DE DISPARO
El Diac es un elemento bidireccional, donde la polaridad de su tensión de alimentación
es indiferente, el diac se mantiene bloqueado y por lo tanto no circula corriente a
través de el, hasta que no se supere el voltaje de ruptura VBO.
Cuando este voltaje VBO es alcanzado, se incrementa la corriente, por el Diac y la
caída de tensión entre sus extremos cae aproximadamente 10 voltios.
Tomando como ejemplo el DIAC ECG6408, el fabricante nos proporciona las siguientes
características:
VBO (+) = 32 4 V. VBO ( - ) = 32
± ± 4 V.
IBOmax (+) = 1mA. IBOmax ( - ) = 1 mA.
CIRCUITO DE DISPARO DE SCR CON DIAC
En el circuito de disparo de SCR, cuando el voltaje en el condensador alcanza el voltaje
VBO del DIAC, este entrara en franca conducción, aplicando un pulso de corriente a la
compuerta del SCR y lo activará.
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El circuito mostrado presenta un circuito de disparo de SCR con Diac
V
R1
ECG6408
C
a c
220V
0.1uF
ECG5496
30K
50K
P1
RL
Al variar el potenciómetro P1 y variar la constante de tiempo (R1 + P1) C, se tendrá
diferentes ángulos de disparo tales como ∝ 1, ∝ 2 y ∝ 3.
La condición de disparo, para una alimentación de 60 Hz. es que la constante de
tiempo T deberá estar dentro de los siguientes límites:
1 ms ≤ ( R1 + P1 ). C ≤ 30 ms.
UJT PARA CIRCUITO DE DISPARO
El UJT O TRANSISTOR DE UNIUNION, esta constituido por una barra de silicio
(material N) a cuyos extremos se definen las bases B! y B2, en el terminal de emisor
existe un material P, conformando una juntura PN, se presenta su símbolo y su
estructura interna.
B2
B1
E
B2
N
P
B1
E
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CIRCUITO DE DISPARO CON UJT
El transistor UJT es un dispositivo que permanece bloqueado entre base 1 y base 2
hasta que el voltaje de emisor Ve supere la tensión del voltaje de punto de pico Vp,
cuando ello ocurre el UJT se enciende.
En el circuito de disparo de un SCR usando el UJT, se observa que durante el
semiciclo positivo, la tensión de alimentación alterna Vac es limitada al valor de la
tensión zener para el transistor UJT, y el condensador C inicia su carga a través de la
resistencia R, dicha tensión sube exponencialmente hasta que alcanza el valor de la
tensión de emisor VE, que es cuando inicia su conducción el transistor UJT.
Al conducir el transistor UJT, el condensador se descarga a través del emisor base 1
y el primario del transformador de pulsos; dicha descarga es fuerte y violenta
originando un pulso en el primario de dicho transformador, el cual por acoplamiento
magnético genera un pulso en el secundario y con ello el pulso para la compuerta del
SCR, activándolo y empezando a conducir por el resto del semiciclo positivo, es decir
hasta π .
El UJT continua produciendo pulsos; pero, solo el primero tiene trascendencia para
lograr el disparo de SCR, de π hasta 2 π , el diodo zener está polarizado
inversamente, y su voltaje ánodo-cátodo es igual a 0.7 voltios, cortando el
funcionamiento del UJT.
La frecuencia de los pulsos de salida esta dada por la siguiente ecuación:
T = R.C Ln ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
− n
1
1
donde f = 1 / T
CIRCUITO DE DISPARO CON UJT PARA SCR
+
E
B1
EL
RL
SCR
E
220V
220V
V ac
ECO5496
B2
R2
R
470
100K
15K
Rz
Dz
Vz
0.1
VE C
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Para el transistor UJT ECG6401, según el fabricante n min = 0.56 y n max = 0.75.
Para la elección adecuada de los valores de R y C es necesario considerar que:
0 ≤ T ≤ 8.3 ms, para una tensión de alimentación cuya frecuencia de 60 Hz.
CIRCUITO DE DISPARO DE TRIAC CON DIAC
Un circuito típico del uso de Triac con disparo de DIAC es el DIMMER o control de
intensidad de luz, que se muestra a continuación.
CIRCUITO DE DISPARO CON DIAC PARA TRIAC
V
R1=4K7 D1 T1
ECG6408
C1 C2
a c
220V
0.1uF
ECG5496
30K
500K
P1
RL
EL
FORMAS DE ONDA DEL CIRCUITO CON DIAC PARA TRIAC
EL
Vac
0
0 +
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El circuito de disparo al trabajar con el diac que es un componente de conducción
bidireccional, puede trabajar con la corriente alterna para realizar los disparos en
ambos semiciclos y propiciar la conducción del Triac, que también conduce en los dos
sentidos y por lo tanto en ambos semiciclos.
La resistencia RL es reemplazada por una lámpara incandescente y el TRIAC
permite el control de ambos semiciclos de la tensión alterna que se complementa con
el DIAC por ser ambos bidireccional.
DISPARO CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL
El amplificador operacional reemplazó a los componentes semiconductores discretos
para el disparo de los tiristores, su facilidad de diseño, reducido tamaño y bajo costo
contribuyeron a la gran difusión de este circuito integrado en el campo de la
electrónica industrial.
El presente circuito de mando requiere los siguientes elementos:
TRANSFORMADOR DE SINCRONISMO.- Conformado por un transformador
reductor, típicamente de 220 voltios a 6.3 voltios o 7.5 voltios, su finalidad es lograr el
sincronismo entre la fase del circuito de disparo y el circuito de fuerza.
220V
π
2
π
0
π
2
π
0
CONVERTIDOR DE ONDA SENOIDAL A ONDA CUADRADA.- Se logra mediante un
amplificador operacional en la configuración de amplificador inversor en lazo abierto,
cuya ganancia es muy elevada y nos permite obtener la onda cuadrada sin perder la
frecuencia de 60 hertz.
π
π
0
0
Vcc
Vcc
π
2 π
2
-
V1
741 V0
-
+
+
INTEGRADOR.- Con este circuito se logra convertir la onda cuadrada de 60 hertz a
una onda triangular de igual frecuencia de acuerdo a la ecuación.
Vo = dt
t
Vi
C
R
t
o
).
(
.
1
1
∫
−
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Esta ecuación es válida para frecuencias de entrada > fc, para la elección de los
valores, de los componentes, según la teoría de circuitos, debe considerarse, lo
siguiente:
Rs 1O R1 Fc =
≈
C
Rs.
2
1
π
Dando valores, obtenemos que la frecuencia de entrada ( 60 Hz. ) es >> fc, luego el
circuito será un buen integrador.
π
0
Vcc
Vcc
π
2
-
V1
1M
R1 0.01
C
Rs: 10 m
741
V0
-
+
+
π
0
π
2
SUMADOR INTEGRADOR.- La gran versatilidad del amplificador operacional nos
permite configurar este circuito, donde una de las entradas es la onda cuadrada y la
otra entrada la constituye una tensión continua variable, mediante el potenciómetro
P1, y que permitirá controlar.
En la salida obtenemos, por efecto de la integración de la onda cuadrada, una onda
triangular y por la acción de suma, el desplazamiento en sentido vertical, pasando por
cero, da la onda triangular, el desplazamiento de dicha onda triangular es función del
voltaje Vo.
1M
10K
+Vcc
115V
P1 2K VN
1M
R2
R1
VN
0.01
C
RF
10M
741
-
+
π
0
Vcc
Vcc
π
2
-
+
π
0
0 π
2
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CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 51
AMPLIFICADOR DE POTENCIA.- Con un transistor de potencia y teniendo como carga
el primario de un transformador de pulsos, se logrará obtener en el secundario del
transformador los pulsos de salida, que dispararán al SCR.
EL
RL
T1
T2
8U x 84
R9
10K
10K
10K
P2
P2
12V
15V
15V
Vcc
Vcc
330
330
R6
R7
R5
R8
3w
R10
270
270
220
Vac
ECO5496
IC2
+
-
-
-
+
+
CIRCUITO FINAL DE DISPARO.- El circuito completo es la integración adecuada y
correcta de los elementos, logrando un Circuito de disparo confiable, basado en
amplificadores operacionales.
Las señales que se presentan en cada una de las etapas se presentan en el grafico,
iniciando con la señal a controlar, la señal de sincronismo obtenida mediante el
trasformador reductor, la onda cuadrada del comparador en base a la señal de
sincronismo, y de ella se logra la onda triangular, luego los pulsos desfasados
adecuadamente para tener el inicio de la conducción, el recorte y amplificación de los
pulsos de disparo y finalmente la conducción en la carga.
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Ic3
Ic2
Ic1
EL
Ig
Vac
0
Vs
0
- VE
0
FORMAS DE ONDA DEL CIRCUITO DE DISPARO CON OPERACIONAL
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CALCULO DE TENSIONES Y CORRIENTES
DE DISPARO PARA SCR Y TRIAC
Cada componente electrónico, tiene sus propias características y de acuerdo a ellas se
debe diseñar el circuito de disparo, los datos típicos para disparar al SCR son: una
tensión VGT entre compuerta y cátodo que debe ser mayor que 0.6 V. que es el voltaje
de la juntura PN existente entre compuerta y cátodo, para SCR con corriente de ánodo
de 0.8 Amp. a 35 Amp.
La corriente de compuerta IGTmin, varía desde 0.2 mA hasta 40 mA para el SCR con
corriente de ánodo de 0.8 Amp. a 35 Amp.
CALCULO DE TENSION DE DISPARO
En el circuito mostrado, calcular el voltaje que dispara al SCR, el SCR utilizado es el
ECG5418, cuyos parámetros según el manual son:
VDRM = 400 V. ITrms = 10 Amp.
IG Tmin = 15 mA. VGTmax = 1.5 V.
VGT
150
I GT = 15mA
Se considera VGK= 0.8 Voltios, y tendremos que:
VGT = IGT X 150 ohms + VGK
VGT = 15 mA x 150 ohms + 0.8 Voltios = 3.05 Voltios.
Para el circuito mostrado, la tensión de disparo será VGT = 3.05 voltios.
CALCULO DE CORRIENTE Y TENSION DE DISPARO
CIRCUITO CONTROL DE FASE
En el circuito mostrado se alimenta con 220 VAC, las resistencias tiene los siguientes
valores
RL= 01 Ohmios R1= 3.3k P1= ¿? Para que se dispare a 90°
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Una parte de la tensión de alimentación de ánodo para aplicarlo a la compuerta y
disparar el SCR.
V
V
V
R1
AK
a c
AK
P1
RL
De las características del SCR, sabemos que IGT mínimo = 15 mA. y tensión
instantánea en 90° será voltaje pico.
V = 220 2 = 311 V. K
mA
V
IGT
V
RT 73
.
20
15
311
=
=
=
P1= RT - R1 = 20.73 - 3.3 = 17.43 K
La caida de tensión en RL será:
VL = RL x IGT = 10 x 15 mA = 0.15 voltios
La caida de tensión Gate – Cátodo será el especificado en las características:
VGT = 0.8 V. IG T = 15 mA.
GENERACION Y REGENERACION DE PORTADORES EN SEMICONDUCTORES
SEMICONDUCTORES INTRINSECOS
Un semiconductor intrínseco es un semiconductor puro, un cristal de silicio es un
semiconductor intrínseco si cada átomo de cristal es un átomo de silicio; a temperatura
ambiente, un cristal de silicio se comporta más o menos como un aislante, ya que tiene
solamente unos cuantos electrones libres y sus huecos producidos por excitación
térmica.
FLUJO DE PORTADORES ELECTRONES LIBRES
En la figura se muestra parte de un cristal de silicio entre dos placas metálicas
cargadas. Suponiendo que la energía térmica ha producido un electrón libre y un
hueco, el electrón libre se halla en una orbita grande en el extremo derecho del cristal.
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Debido a la placa cargada negativamente, el electrón libre es repelido hacia la
izquierda, este electrón puede pasar de una orbita grande a la siguiente hasta
alcanzar la placa positiva.
HUECO
A
B
C D
E
F
Electrón libre
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
FLUJO DE PORTADORES HUECOS
El hueco a la izquierda, en la figura, atrae a un electrón de valencia del punto A, lo
que provoca que el electrón de valencia se mueva hacia el hueco, esta acción no es la
misma que la recombinación, en la cual un electrón libre cae en un hueco. En vez de
un electrón libre, se tiene un electrón de valencia moviéndose hacia un hueco.
Cuando el electrón de valencia en el punto A se mueve hacia la izquierda, crea un
nuevo hueco en el punto A, el efecto es el mismo que si el hueco original se
desplazara hacia la derecha, el nuevo hueco en el punto A puede atraer y capturar
otro electrón de valencia. De esta forma, los electrones de valencia pueden
desplazarse a lo largo de la trayectoria indicada por las flechas. Esto quiere decir que
el hueco se puede mover en el sentido opuesto, en la trayectoria A-B-C-D-E-F.
En un semiconductor intrínseco se tiene el mismo número de electrones libres que de
huecos, esto se debe a que por acción de la energía térmica se producen los
electrones libres y los huecos por pares, la tensión aplicada forzará a los electrones
libres a circular hacia la izquierda y los huecos hacia la derecha. Cuando los
electrones libres llegan al extremo izquierdo de cristal, entran al conductor externo y
circulan hacia el terminal positivo de la batería.
Los electrones libres en el terminal negativo de la batería fluirán hacia el extremo
derecho del cristal, en este punto, entran en el cristal y se recombinan con los huecos
que llegan al extremo derecho del cristal. Así, se produce un flujo estable de
electrones libres y huecos dentro del semiconductor.
Los electrones libres y los huecos se mueven en direcciones opuestas, en lo sucesivo
concebiremos la corriente en un semiconductor como el efecto combinado de los dos
tipos de flujo: el de los electrones libres en una dirección y el de los huecos en
dirección opuesta: los electrones libres y los huecos reciben a menudo la
denominación común de portadores, debido a que transportan la carga eléctrica de
un lugar a otro.
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CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-02 56
DOPADO DE UN SEMICONDUCTOR
Una forma de aumentar la conductividad de un semiconductor es mediante el
dopado. El dopado supone que deliberadamente se añadan átomos de impurezas a
un cristal intrínseco para modificar su conductividad eléctrica, un semiconductor
dopado se llama semiconductor extrínseco.
REGENERACION DE PORTADORES
Los Portadores de cargas eléctricas electrones libres y huecos, se recombinan
permanentemente, teniendo un tiempo de vida desde 100 nanosegundos, hasta unos
microsegundos, desde que un electrón sale de la banda de valencia y se convierte en
electrón libre hasta que se acerca a un hueco, es atraído por ella y cae, produciéndose
la recombinación.
AUMENTO DEL NÚMERO DE ELECTRONES LIBRES
El proceso de dopado de un cristal de silicio tiene el siguiente procedimiento: El primer
paso consiste en fundir un cristal puro de silicio para romper los enlaces covalentes y
cambiar el estado de silicio de sólido, con el fin de aumentar el número de electrones
libres, se añaden átomos pentavalentes al silicio fundido. Los átomos pentavalentes
tienen 5 electrones en la orbita de valencia. El arsénico, antimonio y el fósforo son
ejemplos de átomos pentavalentes. Como estos materiales donaran un electrón extra
al cristal de silicio se les conoce como impurezas donadoras.
Electrón libre
En la figura muestra como queda el cristal de silicio después de enfriarse y volver a
tomar su estructura de cristal sólido. En el centro se halla un átomo pentavalente
rodeado por cuatro átomos de silicio. Como antes, los átomos vecinos comparten un
electrón con el átomo central. Pero en este caso queda un electrón adicional.
Reacuérdese que cada átomo pentavalente tiene 5 electrones de valencia. Como
únicamente pueden situarse 8 electrones en la órbita de valencia, el electrón adicional
queda en una órbita mayor y se obtiene un electrón libre.
Cada átomo pentavalente, o donador, en un cristal de silicio produce un electrón libre.
al fabricar se controla la conductividad de un semiconductor dopado, cuantas mas
impurezas se añadan, mayor será la conductividad, un semiconductor se puede dopar
ligera o fuertemente, el semiconductor dopado ligeramente tiene una gran resistencia
eléctrica y uno fuertemente dopado tiene una resistencia pequeña.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES
CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-02 57
AUMENTO DEL NÚMERO DE HUECOS
Utilizando una impureza trivalente, es decir, una impuraza cuyos átomos tengan solo
3 electrones de valencia, como el aluminio, el boro o el galio.
En la figura se muestra un átomo trivalente en el centro, esta rodeado por cuatro
átomos de silicio, cada uno compartiendo cada uno de sus electrones de valencia.
Como el átomo trivalente tenia al principio solo 3 electrones de valencia y comparte un
electrón con cada uno de sus vecinos, hay solo 7 electrones en la orbita de valencia.
Por ello, hay un hueco en la orbita de valencia de cada átomo trivalente, un átomo
trivalente se denomina también átomo aceptor, porque cada uno de los huecos con
que contribuye puede aceptar un electrón libre durante la recombinación.
SIMBOLOGIA
Los símbolos de los tiristores se muestran a continuación:
SIMBOLO DEL TIRISTORDIODO SIMBOLO DEL SCR SIMBOLO DEL UJT
K
A
K
G
A
B2
B1
E
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
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CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
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CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.
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CONTROL ELECTRÓNICO DE MÁQ. IND.

  • 1. Control Electrónico de Máquinas Industriales Código: 89000634 Técnico de Nivel Operativo
  • 2.
  • 3. CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES INDICE 1. Presentación........................................................................ 3 2. Tarea 1............................................................................... 4 – 28 Montaje de circuitos rectificadores trifásicos no controlados. 3. Tarea 2............................................................................... 29 – 58 Montaje de circuitos de disparo de SCR y TRIAC. 4. Tarea 3............................................................................... 59 – 76 Montaje de circuitos rectificadores trifásicos controlados. 5. Tarea 4............................................................................... 77 – 94 Montaje y comprobación de circuitos inversores con SCR. 6. Tarea 5.............................................................................. 95 – 107 Montaje y comprobación de circuitos troceadores. 7. Tarea 6............................................................................. 108 – 118 Montaje y comprobación de circuitos cicloconvertidor. 8. Tarea 7.............................................................................. 119 – 140 Montaje de circuitos de mando electrónico de motores. 9. Tarea 8............................................................................. 141 – 155 Montaje de circuitos para el control de velocidad de motores DC y AC. 10. Tarea 9..............................................................................156 – 183 Instalación y mantenimiento de sistemas de generación eólico. 11. Hojas de Trabajo.......................................... ...................... 184 – 187 12. Bibliografía.......................................................................... 188
  • 4. CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES . PRESENTACION El presente Manual de Aprendizaje de la especialidad de Controlista de Máquinas y Procesos Industriales, del Programa de Aprendizaje Dual, corresponde al curso 04.04.03 Control Electrónico de Máquinas Industriales y tiene como objetivo analizar, montar, detectar fallas y reparar los circuitos electrónicos de potencia, utilizando instrumentos de medición electrónicos. El Modulo Formativo Control Electrónico de Máquinas Industriales esta compuesto por las siguientes tareas: - Montaje de circuitos rectificadores trifásicos no controlados. - Montaje de circuitos de disparo de SCR y TRIAC. - Montaje de circuitos rectificadores trifásicos controlados. - Montaje y comprobación de circuitos inversores con SCR. - Montaje y comprobación de circuitos troceadores. - Montaje y comprobación de circuitos cicloconvertidor. - Montaje de circuitos de mando electrónico de motores. - Montaje de circuitos para el control de velocidad de motores DC y AC - Instalación y mantenimiento de sistemas de generación eólico. Elaborado en la Zonal: Lambayeque Cajamarca Norte Año: 2004 Instructor: Ing. Julio Quispe Rojas.
  • 5. RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA L1 L2 L3 EL EL Isrms Idiodo EF EF PIV IDC EDC RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA L1 L2 L3 EL EL EDC D1 D3 D5 D4 D6 D2 IDC EF Nº ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS/MATERIALES 1 2 3 4 5 IDENTIFIQUE LOS TERMINALES DE DIODOS RECTIFICADORES. PROBAR TRANSFORMADOR TRIFASICO. MONTE CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA. MONTE CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA. VERIFIQUE FUNCIONAMIENTO DE CADA CIRCUITO ELECTRONICO DE POTENCIA TRANSFORMADOR TRIFASICO. DIODOS RECTIFICADORES. MULTIMETRO DIGITAL, PROTOBOARD, OSCILOSCOPIO. CONDUCTORES VARIOS CALIBRE 18 Y 22 AWG Y ENCHUFE. PINZAS, ALICATE DE CORTE. RESISTENCIAS Y CINTA AISLANTE. PZA CANT DENOMINACIÓN–NORMA/ DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES MONTAJE DE CIRCUITOS RECTIFICADORES TRIFASICOS NO CONTROLADOS HT REF: HT-01 Tiempo:4 Horas HOJA: 1 / 1 CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES Escala: ------ 2004 4
  • 6. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-01 1 / 2 5 OPERACIÓN PROBAR ESTADO DE DIODOS RECTIFICADORES DE POTENCIA DESCRIPCIÓN Para montar un circuito rectificador se debe tener los componentes del circuito en buen estado y con los terminales identificados. Identificar los terminales de los DIODOS RECTIFICADORES DE POTENCIA y verificar si está en buen estado, mediante medición con multímetro y haciendo funcionar en un circuito electrónico simple. PROCESO DE EJECUCIÓN 1º PASO: Identifique terminales del DIODO RECTIFICADOR DE POTENCIA en el manual de componentes electrónicos, en la sección Industrial Rectifiers 2º PASO: Tome el multímetro digital y seleccione el selector en la escala del símbolo del DIODO .. + - DIODO MULTIM ETRO 3º PASO: Halle entre los dos terminales una resistencia baja; el terminal conectado a la punta de prueba positiva es el ánodo y el negativo corresponde al cátodo. 4º PASO: Arme el circuito mostrado y alimente con la fuente de prueba 100 Vdc-3A. OBSERVACIONES Los voltajes que se usan son 220 V. 60 Hz. Peligrosos para la integridad de las personas si se toma contacto con el cuerpo, se debe trabajar sin tensión y luego de verificado por el instructor, alimentar el circuito y medir, luego desconectar inmediatamente. Se deben aplicar las precauciones para el uso de las corrientes alternas.
  • 7. CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-01 2 / 2 6 DIODO A PROBAR FUENTE DE PRUEBA 100 VDC - 3A 5º PASO: Mida con el multimetro en la escala de voltaje DC 20 VDC, Con la º PASO: Mida con el multimetro en la escala de voltaje DC 200 VDC, Con º PASO: Arme el circuito mostrado y alimente con la fuente de prueba 100 º PASO: Repita el paso 6 entre los puntos A y B, y los puntos B y C, los los indicados el diodo esta en buen estado. punta de prueba positiva en A y con la punta de prueba negativa en B, La lectura del Multimetro debe ser aproximadamente 1 V. 6 la punta de prueba positiva en B y con la punta de prueba negativa en C, La lectura del Multimetro debe ser aproximadamente 50 V. 7 Vdc-3A. DIODO A PROBAR FUENTE DE PRUEBA 100 VDC - 3A 8 resultados deben ser 90 v. y 0 v. respectivamente y registrar los datos, para hacer un cuadro. Si los resultados son aproximados a
  • 8. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-02 1 / 2 7 OPERACIÓN PROBAR TRANSFORMADOR TRIFASICO DESCRIPCIÓN El transformador es la parte del circuito rectificador que permite elevar o reducir la tensión que debe alimentar al rectificador para obtener la corriente continua. El transformador Trifásico se puede considerar como tres transformadores monofásicos. Para verificar el estado del transformador, se debe probar la continuidad y el aislamiento de cada uno de los bobinados. PROCESO DE EJECUCIÓN 1º PASO: Identifique los bornes de los bobinados, tres pares para los primarios y tres pares para los secundarios. 2º PASO: Medir la continuidad de cada bobinado con el multímetro en la escala de ohmimetro, midiendo una baja resistencia: A.- Conecte la punta de prueba del multimetro uno en el terminal 1U1 y el otro en el terminal 1U2; B.- El multímetro debe mostrar una baja resistencia. C.- Registrar en el cuadro el valor leído. D.- Repetir los pasos A, B y C para las otras 5 bobinas.
  • 9. CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-02 2 / 2 8 BOBINA TERMINALES MEDICION 1U 1U1 - 1U2 1V 1V1 - 1V2 1W 1W1 - 1W2 2U 2U1 - 2U2 2V 2V1 - 2V2 2W 2W2 - 2W2 3º PASO: Verifique que no haya continuidad entre dos bobinas cualquiera, mida con el multimetro en la escala ohmimetrica y obtendrá muy alta resistencia: A.- Conecte la punta de prueba en el terminal 1U1 y el otro en 1V1. B.- El multimetro debe mostrar muy alta resistencia. C.- Repita los pasos A y B, usando el terminal 1U1 con 1W1, luego con 2U1, 2V1 y 2W1 D.- Repita los pasos A y B, usando el terminal 1V1 con 1W1, luego con 2U1, 2V1 y 2W1 E.- Repita A y B para 1W1 con 2U1, 2V1 y 2W1. F.- Repita A y B para 2V1 con 2V1 y 2W1 G.- Repita A y B para 2V1 con 2W1 4º PASO: Anote los terminales que en el paso anterior no cumplieron con tener muy alta resistencia. 5º PASO: Si el cuadro de continuidad cumple con presentar baja resistencia y si hay muy alta resistencia entre los terminales de dos bobinas distintas, para todos los terminales de las bobinas, el transformador esta en buen estado.
  • 10. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-03 1 / 2 9 OPERACIÓN MONTAR CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO NO CONTROLADO DESCRIPCIÓN Los circuitos Rectificadores Trifásicos No Controlados utilizan como elemento rectificador al diodo y utilizan la corriente alterna trifásica. Los rectificadores trifásicos pueden ser de media onda y onda completa tipo puente. PROCESO DE EJECUCIÓN 1º PASO: Arme el circuito RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA, mostrado. L1 L2 L3 EL EL Isrms Idiodo EF EF PIV IDC EDC 2º PASO: Verifique las conexiones y alimente con 220 V. - 60Hz trifásico. 3º PASO: Conecte el osciloscopio y observe en un canal, la tensión de fase del secundario EF y en el otro canal, la tensión en la carga EDC. 4º PASO: Dibuje la forma de onda y mida el voltaje máximo y mínimo de la señal.
  • 11. CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-03 2 / 2 10 5º PASO: Mida con voltímetro DC la tensión en la carga EDC, calcule el valor teórico, y compare el valor calculado con el valor medido. 6º PASO: Arme el circuito RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA, mostrado. L1 L2 L3 EL EL EDC D1 D3 D5 D4 D6 D2 IDC EF 7º PASO: Repita los pasos 2,3, 4 y 5. OBSERVACION Los voltajes que se usan son 220 V. 60 Hz. Peligrosos para la integridad de las personas si se toma contacto con el cuerpo, se debe trabajar sin tensión y luego de verificado por el instructor, alimentar el circuito y medir, luego desconectar inmediatamente. Se deben aplicar las precauciones para el uso de las corrientes alternas.
  • 12. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-04 1 / 1 11 OPERACIÓN VERIFICAR FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO ELECTRONICO DE POTENCIA DESCRIPCIÓN Los componentes electrónicos, como todo componente por el que circula corriente eléctrica, disipa color y los componentes electrónicos de potencia, por consumir mayor potencia, están sometidas a una mayor disipación de color. Se debe verificar que la temperatura no sea alta, mantenga entre 30°C y 40°C, y cuando utiliza disipadores, estos deben estar adecuadamente conectados y en contacto directo con el componente. PROCESO DE EJECUCIÓN 1º PASO: Verifique que los componentes no estén demasiado calientes; si están calientes apague el circuito y verifique conexiones y cálculos. 2º PASO: Compruebe que los niveles de tensión en los terminales de los componentes electrónicos de potencia, sean aproximados a los valores calculados. 3º PASO: Utilice un osciloscopio para observar las formas de onda en los puntos adecuados para cada circuito. 4º PASO: Registre las mediciones realizadas y dibuje las formas de onda observadas. 5º PASO: Registre sus comentarios respecto al funcionamiento del circuito.
  • 13. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 12 CIRCUITOS RECTIFICADORES GENERALIDADES En el campo de la electrotecnia se utilizan dos tipos de corrientes, la corriente alterna con la que funcionan la mayoría de los equipos de fuerza y la corriente continua que se utiliza para las etapas de control y equipos electrónicos, y para equipos de fuerza en menor cantidad. El circuito que convierte la corriente alterna monofásica o trifásica en corriente continua es el circuito rectificador. Por lo tanto: RECTIFICAR ES CONVERTIR UNA CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA. Un circuito rectificador se compone básicamente de un transformador y del circuito rectificador propiamente dicho. El transformador no siempre es necesario, en algunos casos se rectifica directamente la tensión alterna sin necesidad de reducir o elevar la tensión alterna. Los símbolos de las tensiones y corrientes, que se usan en este manual son: Uv : Tensión alterna antes de rectificar. Iv : Corriente de línea antes de rectificar. Ud: Tensión continua o rectificada. Id : Corriente continua o rectificada. TIPOS Los Circuitos Rectificadores pueden ser de diferentes tipos de acuerdo a la clasificación que se utiliza, presentamos tres clasificaciones que son: según la corriente alterna que se utiliza, según la conducción en el transformador y según el inicio de la conducción en el componente rectificador. POR EL TIPO DE CORRIENTE ALTERNA Los circuitos rectificadores se pueden agrupar en dos: RECTIFICADORES MONOFÁSICOS.- cuando la corriente continua se obtiene de rectificar la corriente alterna monofásica RECTIFICADORES TRIFÁSICOS.- cuando la corriente continua se obtiene a partir de la corriente alterna trifásica.
  • 14. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 13 En el cuadro se muestra los circuitos rectificadores que pertenecen a cada uno de lo grupos y sus códigos según la Norma DIN 41761. Circuitos Rectificadores MONOFASICOS Rectificador Monofásico de Media Onda M 1 Rectificador Monofásico de Onda Completa M 2 Toma central Rectificador Monofásico de Onda Completa B 2 Tipo puente TRIFASICO Rectificador Trifásico de Media Onda M 3 Rectificador Trifásico de Onda Completa B 6 Tipo Puente POR EL TIPO DE CONDUCCIÓN EN EL TRANSFORMADOR Esta clasificación de los circuitos rectificadores, corresponde a la norma DIN 41761, y agrupa los circuitos en dos: RECTIFICADORES UNIDIRECCIONALES.-cuando en los bobinados del transformador conduce en un solo sentido y no invierte cuando se presenta semiciclo negativo, solo bloquea; pertenecen a este grupo los rectificadores M1, M2, y M3 RECTIFICADORES BIDIRECCIONALES.- cuando en los bobinados del transformador conducen en los dos sentidos e invierte cuando se presenta semiciclo negativo, a los que pertenecen los rectificadores B2 y B6. POR EL INICIO DE LA CONDUCCIÓN EN EL COMPONENTE RECTIFICADOR Se clasifican según la conducción sea natural o controlada, también se divide en dos grupos: RECTIFICADORES NO CONTROLADOS.- cuyo comportamiento de rectificación depende la conducción natural de los diodos. RECTIFICADORES CONTROLADOS.- cuyo comportamiento de rectificación depende del control de inicio de conducción de los tiristores.
  • 15. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 14 RECTIFICADORES NO CONTROLADOS Los circuitos rectificadores No Controlados, utilizan para rectificar, los diodos rectificadores y su conducción se inicia cuando el diodo se polariza directamente, y deja de conducir cuando el diodo se polariza inversamente, a esta conducción se conoce como conducción natural del diodo. La conducción natural del diodo depende directamente de la tensión que ingresa al rectificado y no existe forma externa de controlar la conducción de los diodos, por ello, a estos rectificadores se les llaman RECTIFICADORES NO CONTROLADOS. TIPOS Los principales circuitos rectificadores trifásicos no controlados son: RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA.- es un rectificador que solo conduce parte del semiciclo positivo de cada fase o línea. RECTIFICADOR TRIFASICO DE ONDA COMPLETA.- es un rectificador que conduce parte del semiciclo positivo y parte del semiciclo negativo de cada fase o línea. CARACTERISTICAS Siempre que los rectificadores monofásicos, no sean suficiente para aplicaciones de alto consumo de potencia, sea por la tensión o por la corriente o por ambos, se utiliza rectificadores trifásicos y las potencias de los componentes que intervienen, son altas para práctica normal de la electrónica, utilizándose por lo tanto componentes de la electrónica de potencia. Se observa, en la Tabla de valores característicos de los rectificadores, que el rectificador monofásico tipo puente posee unos valores característicos mejores que los restantes rectificadores monofásicos. Este circuito se utiliza frecuentemente para la obtención de potencias de continua pequeñas y medias, pues proporciona una tensión continua ideal de valor elevado. Además las tensiones inversas a las que quedan sometidos los diodos en este rectificador son relativamente reducidas. Para obtener grandes potencias de corriente continua se utiliza el rectificador trifásico tipo puente, pues presenta valores característicos favorables, análogos al rectificador monofásico tipo puente, como se puede observar en tabla. En la tabla se muestra los valores característicos de los circuitos rectificadores, según la norma DIN 41761, estos valores característicos facilitan el cálculo de las tensiones y corrientes de los cinco principales circuitos rectificadores, tres monofásicos M1, M2 y M3 y dos trifásicos B2 y B6, de tal forma que conociendo una tensión o corriente se
  • 16. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 15 puede calcular los otros valores de tensión y corriente, utilizando el valor característico como relación entre ellos. VALORES CARACTERISTICOS DE LOS CIRCUITOS RECTIFICADORES Denominación Símbolo ( DIN 41761) Udi Uvo I v I d U im U di SL I Udi I d I p I d Rectificador monofásico de media onda M 1 0,45 1,57 3,14 3,49 1 Rectificador monofásico de Onda completa M 2 0,45 0,785 3,14 1,23 0,5 Rectificador Trifásico de media onda M 3 0,675 1,7 2,09 1,23 0,333 Rectificador monofásico tipo puente B 2 0,9 1 1,57 1,23 0,5 Rectificador trifásico tipo puente B 6 1,35 0,82 1,05 1,06 0,333 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Cada circuito rectificador tiene su propia forma de funcionamiento, y un elemento fundamental del rectificador, aun cuando existen rectificadores sin este elemento, es el transformador de entrada, que permite lo siguiente: a.- Aislar eléctricamente la salida de corriente continua de la entrada de la red alterna. b.- Acomodar el valor de la tensión de salida, al valor exigido, gracias a una adecuada relación de transformación, elevando o reduciendo la tensión de entrada. Los rectificadores que no necesitan transformador por no requerir elevar o reducir la tensión de entrada, para cumplir el punto a, utilizan transformador de relación de espiras 1 a 1.
  • 17. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 16 A continuación se detalla la estructura y el funcionamiento de los rectificadores más importantes. RECTIFICADOR TRIFÁSICO NO CONTROLADO DE MEDIA ONDA El rectificador trifásico de media onda - M3, funciona en redes trifásicas, cada una de las tres ramas rectificadoras contribuye con un tercio a la corriente; el montaje puede ser polianódico, los tres ánodos unidos, o policatódico, los tres cátodos unidos, la única diferencia entre ambas configuraciones es la tensión de salida, dan una polaridad contraria entre ellas. Como existe un solo camino, los diodos de cada fase están conectados al mismo punto, y como la carga esta conectada al neutro de transformador, va a conducir el diodo conectado a la fase que instantáneamente, posee el mayor potencial o nivel de tensión. CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO DE MEDIA ONDA ELEF L1 L2 L3 D1 D2 D3 EF Idiodo PIV EDC Isrms EL La conducción del diodo D1, que esta conectado a la fase V1 ocurre en ω t = π /6, el momento exacto cuando V1 se hace mas positiva que V2 y V3, en ese momento, (π /6), se produce el bloqueo del diodo D3 y se inicia la conducción del diodo D1. 2 V V1 V1 V3 2 D3 0 D1 D2 D3 ϖτ
  • 18. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 17 Durante la conducción del diodo D1, los diodos D2 y D3 están polarizados inversamente, pues sus respectivas fases tienen una tensión menor que la fase V1. Cuando ω t = 5 π /6, la tensión V2 iguala a la tensión V1, el diodo D1 pasa al estado de bloqueo, mientras que D2 pasa al estado de conducción, el diodo D2 conduce desde ω t = 5 π /6 hasta ω t = 9 π /6 = 3 π /2 Cuando ω t = 9π /6, la tensión V3 iguala a la tensión V2; y el diodo D2 ingresa al estado de bloqueo y el diodo D3 inicia la conducción, el diodo D3 conduce desde ω t = 9π /6 hasta ω t = 13 π /6. Y luego se repite el ciclo de conducción. La tensión en la carga es solo positiva y de un nivel relativamente cercano a la tensión pico, como se muestra en el grafico. 2 V V1 0 V1 V3 2 ϖτ La tensión EDC, es la tensión continua en la carga y se puede calcular con la formula: EDC = π 2 6 3V La corriente por cada diodo es tercera parte de la corriente total IDC, así para el D1 I D1 = 3 IDC La corriente en el secundario del transformador se calcula con la formula: Is RMS = 0.59 x I DC El Voltaje Pico Inverso o VIP, es un parámetro importante en el diseño de los rectificadores, si esta mal calculado el diodo se deteriora y quema, PIV = V 6
  • 19. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 18 FORMA DE ONDA DEL VOLTAJE INVERSO EN EL DIODO ϖτ RECTIFICADOR TRIFÁSICO NO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA El rectificador trifásico de onda completa tipo puente – B6, funciona en redes trifásicas, genera componentes ondulatorios de seis pulsos en la tensión de salida por cada ciclo de conducción, y además como los diferentes pulsos de tensión están traslapados se obtiene una tensión rectificada cuyo valor oscila muy poco, el secundario del transformador puede estar conectado en triangulo o en estrella. RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON EL SECUNDARIO EN TRIANGULO El rectificador trifásico no controlado de onda completa tipo puente con el secundario del transformador en triangulo, tiene los terminales del secundario del transformador conectados en triángulo. El primario se conectará de acuerdo a la configuración de la red eléctrica que provee el concesionario eléctrico, en nuestro país se utiliza mayoritariamente la red eléctrica trifásica de tres hilos, sin neutro. CIRCUITO RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA EN TRIANGULO EDC EL Esrms Idiodo EL D1 D4D6D2 IDC D3D5 EF L1 L2 L3 EF
  • 20. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 19 Los diodos están numerados en orden de secuencia de conducción, cada uno de ellos conduce durante 120°, La secuencia de conmutación de los diodos es en forma natural, controlados por la tensión de alimentación. 3 3 2 3 4 3 5 3 6 3 3 En cada instante conducen dos diodos, uno por que su ánodo es el que tiene el mayor nivel de tensión en ese instante y el otro por que su cátodo es el que tiene el menor nivel tensión o tensión más negativa en ese instante. En el gráfico se debe tener en cuenta que V32 significa que V3 es positivo y V2 es negativo, V12 significa que V1 es positivo y V2 es negativo, etc. Tal forma que de 0 a π /3 (V32) conduce D5 y D6, de π /3 a 2π /3 (V12) conduce D1 y D6, de 2π /3 a 3π /3 ó π (V13) conduce D1 y D2, de 3π /3 a 4π /3 (V23) conduce D3 y D2, de 4π /3 a 5π /3 (V21) conduce D3 y D4, de 5π /3 a 6π /3 ó 2π (V31) conduce D5 y D4, luego se repite el ciclo. ϖτ
  • 21. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 20 La tensión en la carga es solo positiva y de un nivel cercano a la tensión pico, más cerca que el proporcionado por el rectificador de media onda, como se mostró en el grafico. La tensión EDC, es la tensión continua en la carga y se puede calcular con la formula: EDC = π 2 3V La corriente por cada par de diodos es la tercera parte de la corriente total IDC, así para el D1 I D1 = 3 IDC La corriente en el secundario del transformador se calcula con la formula: Is RMS = 0.817 x I DC El Voltaje Pico Inverso o VIP, es un parámetro importante en el diseño de los rectificadores, si esta mal calculado el diodo se deteriora y quema, PIV = V 2 RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA CON EL SECUNDARIO EN ESTRELLA El rectificador trifásico no controlado de onda completa tipo puente con el secundario del transformador en estrella, tiene una tensión de salida DC, mayor que el rectificador con el secundario del transformador en triángulo. CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFASICO NO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA EN ESTRELLA EL D1D3 D5 D4 D6D2 IDC EDC EL EF L1 L2 L3
  • 22. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 21 Al igual que el rectificador con el secundario en triángulo, en el grafico del rectificador en estrella mostrado, los diodos están numerados en orden de secuencia de conducción, cada uno de ellos conduce durante 120°, La secuencia de conmutación de los diodos es en forma natural, controlados por la tensión de alimentación. 6 6 7 5 6 9 6 13 6 11 6 3 6 En cada instante conducen dos diodos, uno por que su ánodo es el que tiene el mayor nivel de tensión en ese instante y el otro por que su cátodo es el que tiene el menor nivel tensión o tensión más negativa en ese instante. En el gráfico se debe tener en cuenta que V12 significa que V1 es positivo y V2 es negativo, etc. Tal forma que de 0 a π /6 (V32) conduce D5 y D6, de π /6 a 3π /6 (V12) conduce D1 y D6, de 3π /6 a 5π /6 (V13) conduce D1 y D2, de 5π /6 a 7π /6 (V23) conduce D3 y D2, de 7π /6 a 9π /6 (V21) conduce D3 y D4, de 9π /6 a 11π /6 (V31) conduce D5 y D4, de 11π /6 a 12π /6 ó 2 π (V32) conduce D5 y D6, luego se repite. ϖτ
  • 23. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-01 22 La tensión en la carga es solo positiva y de un nivel cercano a la tensión pico, más cerca que el proporcionado por el rectificador de media onda, debiendo tener en cuenta que el nivel de la tensión pico es mayor en el rectificador con secundario en estrella. La tensión EDC, es la tensión continua en la carga y se puede calcular con la formula: EDC = π 6 3V Si la tensión alterna Vac = V Tensión Pico del rectificador con secundario del transformador en triangulo Vp = V 2 Tensión Pico del rectificador con secundario del transformador en estrella Vp = V 6 CARACTERISTICAS DE LOS DIODOS RECTIFICADORES Para garantizar la seguridad de servicio de los circuitos rectificadores al diseñar se debe tener en cuenta dos condiciones muy importantes: 1.- VPI o Voltaje Pico Inverso, es la máxima tensión inversa periódica, que recibirá el diodo cuando se polariza inversamente, están indicadas en las hojas de características para cada diodo rectificador, debe ser mayor que la máxima tensión inversa ideal prevista. 2.- Id o Corriente Directa, es su máxima intensidad de corriente directa en la rama Id que circulará por el diodo. En la práctica se eligen los diodos rectificadores de modo que su funcionamiento correcto este asegurado para sobretensiones de la red del 10% como mínimo. APLICACIONES En la Industria Productiva como las refinerías de metales, alimentación de motores de corriente continua, galvanoplastia, etc. las magnitudes de corriente continua necesarias son altos, donde se requieren corrientes entre 50 a 10,000 Amperios con tensiones entre 5 a 400 voltios, para satisfacer estas necesidades es necesario utilizar rectificadores trifásicos, porque el nivel de la señal pulsante es de un nivel casi constante y muy cerca del nivel de tensión pico. En la industria de las Telecomunicaciones, como las centrales telefónicas públicas y centrales de telefonía celular, televisión cable, etc. se requieren tensiones de 24 a 100 voltios DC y corrientes de 10 a 1,000 amperios, se tienen que utilizar rectificadores trifásicos, en la Telefonía Privada para las centrales y equipos de mayor consumo también se utilizan rectificadores trifásicos y los pequeños usan rectificadores monofásicos. En la industria de la Radiodifusión Comercial, como transmisores de radio y transmisores de televisión, que requieren tensiones de 500 a 10,000 voltios, con corrientes de 5 a 100 amperios, se tienen que utilizar rectificadores trifásicos.
  • 24. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 23 GENERACION DE ONDAS TRIFASICAS Una red de alimentación con sólo dos conductores resulta insuficiente para la mayoría de las aplicaciones industriales, por el consumo de energía que precisa un gran numero de instalaciones y aparatos; por ello, para la obtención y distribución de la energía eléctrica se debe utilizar el sistema de corrientes alternas trifásicas, llamado también simplemente sistema trifásico, y se dispone de dos tensiones diferentes, 220 V y 380 V. y en los motores que funcionan con corrientes trifásicas, estas crean un campo magnético giratorio, que provoca el movimiento de rotación. Un generador trifásico simplificado esta formado por un campo magnético giratorio que atraviesa tres devanados, desplazados 120° uno de otro. Por tanto en los tres bobinados se inducirá tensiones del mismo valor, si los tres bobinados tienen igual número de espiras; como el campo magnético del rotor atraviesa las bobinas con su valor máximo a intervalos de 120°, por la construcción física, desplazado 120º los bobinados, como indicamos antes, se obtiene tres tensiones que presentan una diferencia de fase de 120° entre cada dos de ellas. El giro del rotor es el trabajo que se convierte en energía eléctrica, por el proceso antes descrito, y de esta forma se que genera las ondas trifásicas sinusoidales. Podríamos suponer que para llevar las tensiones inducidas en los tres devanados al consumidor serian necesarios seis conductores. Sin embargo si unimos los conductores U2, V2, W2, podemos ahorrar dos conductores y las tensiones están concatenadas. MODELO SIMPLIFICADO DE UN GENERADOR TRIFASICO N U1 U2 V1 V2 W2 W S 120º 120º 120º Este circuito se denomina conexión en estrella debido a la forma de su esquema de conexión el punto central de la estrella será el punto neutro, al que puede conectarse el conductor neutro o simplemente el neutro. Los demás terminales, o sea, los demás
  • 25. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 24 terminales de la estrella se conectaran a otros tantos conductores activos, también llamados fases. En algunos casos la línea de neutro no se lleva en las líneas de transmisión, por que cuando la carga es simétrica no circulará corriente por el neutro. SISTEMA TRIFASICO Un Sistema Trifásico esta compuesto de tres tensiones alternas sinusoidales desfasadas entre si 120° unas de otras y concatenadas. Si se siguiera la red de alimentación en dirección al generador pasaríamos por el transformador trifásico hasta llegar al generador de la central eléctrica, que tiene el mismo principio de funcionamiento indicado anteriormente. Una conexión de corriente trifásica se compone de tres fases y un neutro conectado al punto central o neutro de la instalación generadora y simultáneamente a tierra, entre todos estos conductores disponemos de seis tensiones, que en nuestro caso se tendrá valores 220 V y 380 V. Los subíndices de los símbolos de las tensiones indican los puntos de conexión; por ejemplo U23 indica tensión entre conductor de línea L2 y L3. La norma DIN 40108 contiene información sobre los diferentes conductores y puntos de un sistema trifásico. La tabla se muestra un extracto de dicha norma. El orden o numeración de las líneas indica la sucesión de las fases. CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS TRIFASICOS Parte Terminales o Conductores Activos (fases) Punto neutro, conductor neutro Tierra de referencia Conductor de protección Puesto a tierra Neutro Puesto a tierra Preferente: L1 L2 L3 También están permitidos, cuando no pueda haber confusiones 1 2 3 PEN Red También están permitidos: R S T Circuitos de consumo en general: U V W N E PE Los equipos que trabajan con sistemas trifásicos, pueden utilizar dos tipos de conexiones, conexión en triangulo o conexión en estrella, tal como se utilizo en los
  • 26. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 25 rectificadores, la diferencia entre ambas conexiones esta en que la carga conectada en triangulo consume el triple de potencia que la conectada en estrella. Los transformadores trifásicos tienen las mismas funciones que los monofásicos, o sea elevar o bajar una tensión, trabajan con tres fases y podemos considerar a un transformador trifásico como la asociación de tres transformadores monofásicos. Los transformadores trifásicos poseen 3 columnas, donde cada columna sirve de núcleo para una fase, como si cada columna fuese un transformador monofásico, luego, en cada columna habrá dos bobinas, una primaria y una secundaria, por lo tanto, un transformador trifásico tiene como mínimo 6 bobinas: 3 primarias y tres secundarias, las cuales se pueden conectar en estrella o en triángulo. DESFASAJE DE ONDAS En el sistema trifásico, queda de manifiesto que entre las tres tensiones existe una diferencia de fase de 120°. El desplazamiento de 120° en el espacio, debido a la disposición de la bobinas en el generador, se ha transformado en un desfase de 120° en el tiempo. Se puede trazar la curva de las tres tensiones distintas que se obtienen en las salidas de los bobinados en una sola grafica común, en la se observa que entre las tres tensiones existe una diferencia de fase de 120°. DESFASAJE DE LAS TENSIONES DE UN SISTEMA TRIFASICO U U V W U U U 90° 0° 180° 120° 120° 270° 360° La figura puede verse las tensiones de un sistema trifásico con sus correspondientes sentidos y valores. También puede trazarse un diagrama vectorial de las tensiones.
  • 27. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 26 TENSIONES EN UN GENERADOR TRIFASICO U U U U U U V V N N W W U U U N U U U U U U 220 220 220 380 380 380 VN VN UN UN VW VW UV UV WU WN WN WN V = = = = = V V V V V W EJERCICIOS SOBRE SISTEMAS TRIFASICOS 1. Trazar la grafica de las tensiones de una red trifásica en función del tiempo. Dibujar el esquema del generador conectado en estrella. Indicar las tensiones tal como prescriben las normas y caracterizar los terminales. 2. dibujar el diagrama vectorial de las tensiones para un generador conectado en triangulo. En el siguiente grafico se muestra las tensiones en un generador conectado en triangulo y su correspondiente diagrama vectorial. DIAGRAMA VECTORIAL Y TENSIONES EN UN GENERADOR EN TRIANGULO U U V W U U N U U U U U U U UV UV = = = VW VW VW UV WU WU WU V W
  • 28. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 27 3. Dibujar el diagrama vectorial de las tensiones para un generador conectado en estrella. SIMBOLOGIA Los símbolos de las tensiones se caracterizan en general con dos subíndices, cuyo orden representa el sentido de referencia de la tensión correspondiente, puede suprimirse uno de los subíndices cuando las tensiones están orientadas mediante vectores de referencia o cuando no pueda haber lugar a confusiones; en la tabla siguiente se indican ejemplos del uso de los símbolos. CARACTERISTICAS DE LAS TENSIONES EN UN SISTEMA TRIFASICO Tipo de tensión Sistema de corrientes Símbolos de las tensiones Sistema Trifásico 1 31 , , 23 , 12 U U U Tensión entre fase y fase o tensión de línea Generadores, Motores y transformadores trifásicos WU VW UV U U U , , Sistema trifásico en estrella 2 , , 2 , 1 , WN N N U U U Tensiones entre fase y neutro o tensión de fase Generadores, motores y transformadores Trifásicos. WN VN UN U U U , , Tensiones entre fase y tierra Sistema trifásico 3 3 , 2 , 1 E E E U U U Los símbolos de las corrientes también se escribirán con uno o dos subíndices que coincidan con los símbolos de las fases, cuando se emplean dos subíndices estos indicarán el sentido de referencia de la corriente, en las extensiones pueden utilizarse también IR, IS, IT o también IRS, IST e ITR. DIAGRAMAS DE BLOQUES El diagrama de bloques mostrado representa la generación de las ondas trifásica que tiene un rotor que es movido mecánicamente y produce un campo magnético giratorio el cual induce una diferencia de potencial o tensión en los bobinados, ubicados
  • 29. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-01 28 físicamente con un desplazamiento de 120º, generando ondas sinusoidales desfasadas en 120ª en el tiempo. DIAGRAMAS DE BLOQUES DE LA GENERACION DE ONDAS TRIFASICAS TERMINALES CON ONDAS TRIFASICAS DESFASADAS 120° BOBINADOS DESPLAZADOS FISICAMENTE 120° ROTOR QUE GENERA CAMPO MAGNETICO GENERADOR DE MOVIMIENTO MECANICO ESQUEMAS DE FORMAS DE ONDA PRECAUCIONES EN EL USO DE LA CORRIENTE ELECTRICA TRIFASICA Las precauciones que se debe tener en el uso de la corriente eléctrica trifásica son las precauciones generales del uso de la corriente eléctrica, No se debe tener contacto físico directo, por que circula corriente por el cuerpo y es fatal para la integridad física de las personas, produciendo quemaduras y la muerte en la mayoría de los casos. Para evitar accidentes, se debe revisar bien las conexiones y los contactos de los circuitos, aislando adecuadamente los empalmes y las borneras expuestas, y en general todo punto de energía eléctrica que pueda ser tocado por el aprendiz o participante. No olvidar que en los circuitos de electrónica de potencia, partes del circuito de las experiencias pueden tener tensiones de 220 voltios AC, por lo que se recomienda, separar las etapas de mando de las etapas de fuerza, con la finalidad de trabajar con el máximo cuidado en la etapa de fuerza y procurando desconectar después de las mediciones y pruebas. Se debe utilizar sistemas de puesta a tierra para evitar que los cables sueltos que tuvieran energía, puedan ser tocados accidentalmente con la carcasa de un equipo y quedar energizado y al ser tocado pueda cerrar circuito a tierra a través de una persona. Debemos evitar que los circuitos de prueba y experimentos estén energizados, consumiendo energía eléctrica, cuando no se esta realizando mediciones o comprobaciones de su funcionamiento, tratando de usar racionalmente los recursos eléctricos y al mismo tiempo evitar poner en peligro a nuestros compañeros e incluso a nosotros mismos.
  • 30. CIRCUITO DE DISPARO DE SCR Ω Nº ORDEN DE EJECUCIÓN HERRAMIENTAS / INSTRUMENTOS/MATERIALES 1 2 3 4 5 IDENTIFIQUE TERMINALES Y PRUEBE TIRISTORES ( SCR Y TRIAC). IDENTIFIQUE TERMINALES Y PRUEBE UJT. ARME CIRCUITO DE DISPARO PARA SCR. ARME CIRCUITO DE DISPARO PARA TRIAC. VERIFIQUE EL FUNCIONAMIENTO DE CADA CIRCUITO ELECTRONICO DE POTENCIA FUENTE DE ALIMENTACIÓN DC. COMPONENTES SCR, TRIAC, UJT. MULTIMETRO DIGITAL, PROTOBOARD CONDUCTORES VARIOS CALIBRE 18 Y 22 AWG Y ENCHUFE. PINZAS, ALICATE DE CORTE. RESISTENCIAS Y CINTA AISLANTE. PZA CANT DENOMINACIÓN–NORMA/ DIMENSIONES MATERIAL OBSERVACIONES MONTAJE DE CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR Y TRIAC HT REF: HT-02 Tiempo:4 Horas HOJA: 1 / 1 CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES Escala: ------ 2004 29
  • 31. CONTROL ELECTRONICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-05 1 / 3 30 OPERACIÓN PROBAR ESTADO DE TIRISTORES DESCRIPCIÓN El SCR es un componente de potencia que conduce en un solo sentido, tiene una tensión de encendido y si no supera dicha tensión no conduce, después de superado aunque la tensión disminuya, continua conduciendo. El voltaje de encendido se puede disminuir poniendo un voltaje entre Gate y Cátodo de tal manera que a un menor voltaje conduzca, cuando mayor es la tensión Gate-Catodo, el componente conducirá a una menor tensión. El TRIAC es un componente de potencia que conduce en los dos sentidos, tiene una tensión de encendido y si no supera dicha tensión no conduce, después de superado aunque la tensión disminuya, continúa conduciendo. El voltaje de encendido se puede disminuir poniendo un voltaje entre Gate y el terminal A1 de tal manera que a un menor voltaje conduzca, cuando mayor es la tensión Gate-A1, el componente conducirá a una menor tensión. PROCESO DE EJECUCIÓN 1º PASO: Arme el circuito de prueba de SCR, mostrado. Ω
  • 32. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-05 2 / 3 31 2º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito. 3º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la lámpara se encienda y se mantiene encendida. 4º PASO: Presione el pulsador S2 y verifique que la lámpara se apaga. 5º PASO: Invierta los terminales del SCR y realice la prueba con el mismo circuito. Ω 6º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito. 7º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la lámpara no se enciende, aunque permanezca pulsado S1. 8º PASO: Confirme el cumplimiento de los pasos anteriores para concluir que el SCR esta en buen estado. OBSERVACION Dependiendo de la tensión de encendido del SCR, se debe aumentar la tensión de la fuente de 9 V. a una tensión mayor.
  • 33. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-05 3 / 3 32 9º PASO: Arme el circuito de prueba de TRIAC, mostrado. Ω 10º PASO: Verifique las conexiones y alimente el circuito. 11º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la lámpara se encienda y se mantiene encendida. 12º PASO: Presione el pulsador S2 y verifique que la lámpara se apaga. 13º PASO: Invierta los terminales del TRIAC en el circuito anterior y realice la misma prueba. 14º PASO: Presione por un momento el pulsador S1 y verifique que la lámpara se encienda y se mantiene encendida. 15º PASO: Presione el pulsador S2 y verifique que la lámpara se apaga. 16º PASO: Confirme el cumplimiento de los pasos anteriores para concluir que el TRIAC esta en buen estado. OBSERVACION Dependiendo de la tensión de encendido del TRIAC, se debe aumentar la tensión de la fuente de 9 V. a una tensión mayor.
  • 34. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-06 1 / 1 33 OPERACIÓN PROBAR ESTADO DEL UJT DESCRIPCIÓN El UJT es un componente electrónico que disminuye su resistencia entre sus bases, cuando el voltaje de su emisor supera un nivel de tensión determinado. Esta característica se utiliza para realizar circuitos osciladores de relajación y con ello probaremos el estado del UJT. PROCESO DE EJECUCIÓN 1º PASO: Arme el circuito de prueba de UJT, mostrado. Ω Ω Ω Ω 2º PASO: Verifique conexiones y alimente el circuito con tensión de 12 V. 3º PASO: Observe con un osciloscopio las señales de oscilación en los terminales del condensador, en la Base 1 y en la Base 2. 4º PASO: Grafique las formas de Onda, mida y registre los voltajes pico y el periodo de la onda.
  • 35. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-07 1 / 1 34 OPERACIÓN ARMAR CIRCUITO DE DISPARO PARA SCR DESCRIPCIÓN El SCR permite rectificar una señal alterna con un inicio de conducción distinto a la conducción natural del diodo, pudiéndose controlar el ángulo de inicio e la conducción. Dependiendo del ángulo de inicio de la conducción, varía el nivel de la tensión de salida. PROCESO DE EJECUCIÓN 1º PASO: Arme el circuito mostrado 2º PASO: Verifique conexiones y alimente el circuito con tensión de 220 Voltios AC., y luego cierre el switch. 3º PASO: Observe con un osciloscopio las señales de oscilación en los terminales del condensador y en el gate del SCR. 4º PASO: Grafique las formas de Onda, determine y registre los voltajes pico y el periodo de la onda. 5º PASO: Varíe el potenciómetro del circuito y verifique que varía la iluminación del foco, desde un nivel de apagado hasta un nivel de iluminación máxima. 6º PASO: Repita los pasos 3 y 4.
  • 36. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HO-08 1 / 1 35 OPERACIÓN ARMAR CIRCUITO DE DISPARO PARA TRIAC DESCRIPCIÓN El TRIAC conduce en ambos sentidos y permite controlar el nivel de tensión eficaz, utilizando para ello el tiempo de conducción del triac. Si el disparo se realiza al inicio del semi ciclo, mayor será el nivel de tensión, por que mayor será el tiempo de conducción y si el disparo es a medio ciclo o más, el nivel de tensión será menor porque el tiempo de conducción será menor. PROCESO DE EJECUCIÓN 1º PASO: Arme el circuito mostrado 2º PASO: Verifique conexiones y alimente el circuito con tensión de 220 Voltios AC., y luego cierre el switch. 3º PASO: Observe con un osciloscopio las señales de oscilación en los terminales del condensador y en el gate del TRIAC. 4º PASO: Grafique las formas de Onda, determine y registre los voltajes pico y el periodo de la onda. 5º PASO: Varíe el potenciómetro del circuito y verifique que varia la iluminación del foco, desde un nivel de apagado hasta un nivel de iluminación máxima. 6º PASO: Repita los pasos 3 y 4.
  • 37. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 36 CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR Y TRIAC GENERALIDADES Los tiristores son componentes de la electrónica de potencia, que tiene una conducción natural como los diodos, para lo cual se debe superar la tensión de encendido o conducción, pero esta tensión de encendido puede variarse disminuyendo en su valor, si se alimenta con una tensión adecuada a su terminal llamado gate. Generalmente al gate se alimenta con un pulso de disparo, de corta duración, en el instante que se desea que se inicie la conducción; los pulsos de disparo, tienen que poseer ciertas características para que cumplan su función, la amplitud debe ser del orden en las decenas de mA y la duración mayor que 10 ms, ambas magnitudes son bastantes pequeñas con relación a la corriente l a controlar y al periodo de la red de 60Hz. Los pulsos de disparo tiene que estar sincronizados con la tensión de suministro y debe poder desplazarse entre 0 y π, este desplazamiento debe ser controlado por medio de una tensión, variando un potenciómetro. TIRISTORES El termino tiristor viene del griego y significa puerta, y se comporta como una puerta que se abre y permite el paso a través de ella y debemos considerarlo como un tipo de interruptor. El Tiristor es un dispositivo semiconductor que utiliza realimentación interna para producir un tipo de conmutación, y la principal aplicación de estos dispositivos es el control de grandes corrientes de carga para motores, calentadores, sistemas de iluminación, etc. TIPOS Los tiristores son diodos de cuatro capas, algunos de ellos con una compuerta de control y podemos considerar cuatro tipos de tiristores. TIRISTOR DIODO O DIODO DE CUATRO CAPAS.- similar al diodo rectificador común, solo que tiene cuatro capas y su tensión de encendido o inicio de conducción no es 0.7voltios, si no una tensión mayor que es característica del componente. DIAC.- es un componente de cuatro capas, con un comportamiento similar al diodo de cuatro capas, pero bidireccional, y se puede reemplazar por dos diodos de cuatro capas en antiparalelo, o espalda-espalda.
  • 38. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 37 SCR.- el SCR o Rectificador Controlado de Silicio, es un componente de similar al diodo de cuatro capas con una determinada tensión de encendido o inicio de conducción y con un terminal de control llamado gate o puerta. TRIAC.- es un componente de cuatro capas, con un comportamiento similar al SCR, pero bidireccional, y se puede reemplazar por dos SCR en antiparalelo, o espalda- espalda. En general a los cuatro se les conoce como tiristores, pero algunos autores diferencian el término, utilizando término Tiristor solo para identificar al SCR y otros autores para identificar al SCR y al Triac. RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO - SCR Un SCR es un dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura PNPN con tres uniones PN, tiene tres terminales: ánodo, cátodo y compuerta o gate. Los SCR se fabrican por difusión y crecimiento epitaxial. Cuando la tensión del ánodo se hace positiva con respecto al cátodo, las uniones J1 y J3 tiene polarización directa. La unión J2 tiene polarización inversa, y solo fluirá una pequeña corriente de fuga del ánodo al cátodo, el SCR esta en condición de bloqueo directo o en estado desactivado. P N P N A G K G A J1 J2 J3 K Si la tensión del ánodo-cátodo se incrementa a un valor lo suficientemente grande, la unión J2 polarizada inversamente entra en ruptura y el SCR entra en conducción, a esto se conoce como ruptura por avalancha y la tensión correspondiente se llama tensión de ruptura directa, también conocida como tensión de encendido. Al aplicar un pulso positivo al gate, con respecto al cátodo, se incrementan los pares electrón-hueco y dado que las uniones J1 y J3 ya tiene polarización directa, habrá un movimiento libre de portadores a través de las tres uniones, que provocara una gran corriente directa del ánodo al cátodo, quedando el dispositivo en conducción. La caída de tensión se deberá a la caída ohmica de las cuatro capas y será pequeña, de 1 voltio; en el estado de conducción, la corriente del ánodo solo esta limitada por la
  • 39. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 38 resistencia externa, la corriente del ánodo debe ser mayor que un valor conocido como corriente de enganche IL, a fin de mantener la conducción, la corriente de enganche IL, es la corriente del ánodo mínima requerida para mantener el SCR en estado de conducción inmediatamente después que ha sido activado y se ha retirado el pulso de la compuerta o gate. Una vez que el SCR, esta conduciendo se comporta como un diodo en conducción y ya no hay control sobre el dispositivo; si se reduce la corriente directa del ánodo por debajo de un nivel conocido como corriente de mantenimiento IH, el SCR dejara de conducir y pasará al estado de bloqueo. La corriente de mantenimiento (IH) es del orden de los miliamperios y es menor que la corriente de enganche (IL). Cuando la tensión del ánodo es negativa con respecto al cátodo, la unión J2 tiene polarización directa, pero las uniones J1 y J3 tienen polarización inversa. El SCR estará en estado de bloqueo inverso con una corriente de fuga inversa. CURVA CARACTERISTICA DEL SCR Zona de bloqueo en sentido directo Zona de bloqueo en sentido inverso I c I I ID D E U U U TRIAC El TRIAC o TRIODE ALTERNATING CURRENT, es un componente de la electrónica de potencia similar al SCR pero de conducción bidireccional, que apareció basado en el éxito del SCR, que indujo a los investigadores a desarrollar un SCR más apto, para conducción controlada en circuitos de corriente alterna, esto es una conducción bidireccional, su disparo es similar al del SCR, pero difiere de este en que puede conducir en ambas direcciones en respuestas a un pulso positivo o negativo.
  • 40. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 39 Los términos ánodo y cátodo no son aplicables al TRIAC y los terminales son designados por números, el terminal A1 es el punto de referencia para las mediciones de voltaje y de corriente, y con respecto a este terminal se miden el terminal de compuerta y el terminal A2. En el siguiente grafico se muestra el símbolo y la estructura de un Triac y su comportamiento interno es similar al SCR, pero conduciendo en ambos sentidos. CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC Zona de paso 2 Zona de paso 1 I c I c I I12 12 12 12 E0 E0 U U U U - - - CIRCUITOS DE DISPARO Los circuitos de disparo pueden servir tanto para disparar al SCR o al Triac, aun cuando en algunos casos se debe hacer algunas pequeñas modificaciones. El disparo real de un tiristor esta influenciado por la temperatura de la juntura, que si es elevada facilita el disparo debido al enriquecimiento de portadores en las uniones por los pares generados térmicamente.
  • 41. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 40 DISPARO POR TENSION EXCESIVA Cuando la tensión ánodo-cátodo se acerca al valor de ruptura en sentido directo, una reacción en cadena a nivel de portadores pasa al SCR a estado de conducción, la tensión ánodo-cátodo cae al valor de 1 a 2 voltios, al desaparecer la zona de carga especial de la unión de control y el circuito exterior permitirá el aumento de corriente por el SCR, considerándose que el componente ha entrado en conducción, cuando la corriente ha superado el valor de la intensidad de enclavamiento (IL) Esta forma de disparo es raramente empleada para pasar intencionalmente a conducción, sin embargo se da en forma fortuita provocada por sobretensiones anormales en los equipos. DISPARO POR PULSO EN LA COMPUERTA El procedimiento norma para disparar un SCR consiste en la aplicación en la compuerta, de un impulso positivo de corriente, mediante la conexión de un generador de pulsos entre los terminales de puerta y cátodo; siempre que el SCR este polarizado directamente y mantiene un tensión positiva ánodo –cátodo. El pulso produce una corriente local cerca de la compuerta al catado y si la intensidad de corriente es suficiente, se iniciará la conducción y se mantendrá independiente del impulso de compuerta y se extenderá el área de conducción a toda la pastilla, en forma automática en décimas de microsegundo, asumiendo que el circuito exterior permite la conducción con una corriente mayor a la corriente de mantenimiento. CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR En un SCR, con carga resistiva, se define el ángulo de disparo ( ) como el ángulo o tiempo durante el cual el SCR no conduce, medido a partir del paso de la onda sinusoidal por cero, y con voltaje ánodo-cátodo mayor que cero. ∝ t b EL El ángulo de conducción ( ø ), es el ángulo o tiempo durante el cual el SCR se encuentra conduciendo.
  • 42. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 41 El tiempo de bloqueo natural (tb) es el tiempo durante el cual el SCR no conduce y se ha bloqueado en forma natural porque su voltaje ánodo-cátodo es menor que cero o negativo y por lo tanto la corriente de ánodo es menor que la corriente de mantenimiento (Ih). Para disparar al SCR es necesario aplicar una tensión VGT entre compuerta y cátodo que debe ser mayor que 0.6 a 0.8 V. que es el voltaje de la juntura PN existente entre compuerta y cátodo para SCR con corriente de ánodo desde 0.8 Amp. hasta 35 Amp. Los fabricantes especifican un valor de VGTmax que no debe ser superado por el circuito de disparo bajo riesgo de deteriorar al SCR. De igual modo se especifica una corriente de compuerta IG Tmin que varía desde 0.2 mA hasta 40 mA para SCR con corriente de ánodo desde 0.8 Amp. hasta 35 Amp. DISPARO POR DIVISOR DE TENSION Es el circuito de disparo de un SCR más simple, se emplea cuando la alimentación es continua, y donde es suficiente un pulso positivo aplicado a la compuerta o gate por R2 al cerrar el interruptor S1. VGT 150 1800 24 V RL R2 R1 El siguiente circuito, se utiliza el SCR ECG5496, cuyas características son: 10 A/ 600 Voltios, VG Tmax = 2Voltios y IG Tmin = 15 mA Para calcular el valor de R1 y R2, debemos recordar que el SCR requiere para dispararse que: 0.8 V VGT ≤ ≤ 2 V VGT = 2 2 1 xR R R Vcc + 1 2 1 − = VGT Vcc R R
  • 43. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 42 a) VGT = 0.8 V y Vcc = 24 V 29 1 8 . 0 24 2 1 = − = R R R1 = 29 R2 b) VGT = 2 V. y Vcc = 24 V 11 1 2 24 2 1 = − = R R R1 = 11 R2 11 R2 ≤ R1 ≤ 29 R2 Por lo tanto se debe escoger una resistencia R1 que sea entre 11 y 29 veces R2. DISPARO POR CONTROL DE FASE En el disparo por control de fase, la tensión de alimentación de ánodo se aplica a la compuerta mediante una resistencia limitadora de corriente y un potenciómetro para tomar parte de la corriente y disparar el SCR. V V V R1 AK a c AK P1 RL El ángulo de disparo está determinado por la posición del potenciómetro P1 quien controla la magnitud de la corriente (IG). Si el valor de P1 es pequeño, la corriente de compuerta será suficiente para disparar al SCR, el ángulo de disparo será pequeño y habrá un gran voltaje en la resistencia de carga RL. Si el valor P1 es grande, la corriente de compuerta será pequeña y podría no ser suficiente para disparar al SCR, permaneciendo bloqueado el SCR. DISPARO POR CONSTANTE RC SIMPLE En el disparo por constante RC simple, la tensión de alimentación de ánodo se aplica a la compuerta mediante una resistencia limitadora de corriente y un potenciómetro para cargar un condensador y el voltaje de carga al condensador dispara al SCR.
  • 44. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 43 El ángulo de disparo está determinado por la constante de tiempo RC: T = ( R1 + P1 ) x C EL SCR entrará en conducción cuando en la compuerta alcance el valor mínimo de IGT o VGT que para el caso del SCR ECG5496 es: IGTmin = 15 mA 0.8 ≤ VGT 2V ≤ V R1 C a c=220V LAMPARA 220V 0.1uF 10W 50K 30K P1 RL En el instante t = 0, el voltaje ánodo-cátodo es positivo, y también el voltaje en el condensador; el condensador se va cargando, el tiempo de carga esta determinado por la posición del potenciómetro P1. Cuando el voltaje del condensador alcanza un valor igual al voltaje de compuerta que origina la corriente IGT mínima que necesita el SCR para entrar en conducción, el voltaje ánodo-cátodo cae hasta el valor de aproximadamente 1ó 2 voltios; circula entonces una gran corriente de ánodo limitada únicamente por la carga RL. Con la formula que se muestra se puede calcular el ángulo de disparo t = R.C.Ln ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −Uc V V t es el valor del Ángulo ∝ en función de la frecuencia angular de la onda de corriente alterna de 60 Hz, y para el SCR será 8.3 milisegundos el valor máximo de t, que corresponde a un ángulo igual a 180 grados. ∝ Si variamos el valor de R en dicha ecuación, el ángulo ∝ variará en razón directa, obteniendo valores de 1, ∝ 2 y ∝ ∝ 3 cómo indica el gráfico. La consideración que se debe tener para este circuito es que la constante RC = (R1 + P1) x C
  • 45. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 44 Para el caso de una alimentación de 60 Hz debe estar en el rango de T es : 1 ms ≤ RC 30 ms , Lo cual garantizará un disparo seguro. ≤ ANGULO DE DISPARO DEL CIRCUITO RC SIMPLE 0 0 1 π 2 π π T1 T2 T3 V V a c EL IGT GT 0 2 π EL 0 3 π EL Con este circuito el ángulo de disparo se extiende a más de 90 grado. DISPARO POR DOBLE RED RC El principio de funcionamiento es similar al circuito RC Simple, el voltaje de carga del condensador C1 es utilizado para cargar al condensador C2. La consideración para obtener un disparo seguro en el rango de 60 Hz, es que el valor de constante de tiempo T deberá estar dada por: T1 = ( R1 + P1 )x C y T2 = R2 x C2
  • 46. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 45 T1 aproximado a T2 y para a garantizar un un buen disparo el rango de t: 1 m seg ≤ T ≤ 30 mseg. V R1 R2 C2 C1 a c =220V 220V 0.22uF 0.22uF 100K 10K 33K P1 RL DIAC UTILIZADO PARA CIRCUITOS DE DISPARO El Diac es un elemento bidireccional, donde la polaridad de su tensión de alimentación es indiferente, el diac se mantiene bloqueado y por lo tanto no circula corriente a través de el, hasta que no se supere el voltaje de ruptura VBO. Cuando este voltaje VBO es alcanzado, se incrementa la corriente, por el Diac y la caída de tensión entre sus extremos cae aproximadamente 10 voltios. Tomando como ejemplo el DIAC ECG6408, el fabricante nos proporciona las siguientes características: VBO (+) = 32 4 V. VBO ( - ) = 32 ± ± 4 V. IBOmax (+) = 1mA. IBOmax ( - ) = 1 mA. CIRCUITO DE DISPARO DE SCR CON DIAC En el circuito de disparo de SCR, cuando el voltaje en el condensador alcanza el voltaje VBO del DIAC, este entrara en franca conducción, aplicando un pulso de corriente a la compuerta del SCR y lo activará.
  • 47. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 46 El circuito mostrado presenta un circuito de disparo de SCR con Diac V R1 ECG6408 C a c 220V 0.1uF ECG5496 30K 50K P1 RL Al variar el potenciómetro P1 y variar la constante de tiempo (R1 + P1) C, se tendrá diferentes ángulos de disparo tales como ∝ 1, ∝ 2 y ∝ 3. La condición de disparo, para una alimentación de 60 Hz. es que la constante de tiempo T deberá estar dentro de los siguientes límites: 1 ms ≤ ( R1 + P1 ). C ≤ 30 ms. UJT PARA CIRCUITO DE DISPARO El UJT O TRANSISTOR DE UNIUNION, esta constituido por una barra de silicio (material N) a cuyos extremos se definen las bases B! y B2, en el terminal de emisor existe un material P, conformando una juntura PN, se presenta su símbolo y su estructura interna. B2 B1 E B2 N P B1 E
  • 48. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 47 CIRCUITO DE DISPARO CON UJT El transistor UJT es un dispositivo que permanece bloqueado entre base 1 y base 2 hasta que el voltaje de emisor Ve supere la tensión del voltaje de punto de pico Vp, cuando ello ocurre el UJT se enciende. En el circuito de disparo de un SCR usando el UJT, se observa que durante el semiciclo positivo, la tensión de alimentación alterna Vac es limitada al valor de la tensión zener para el transistor UJT, y el condensador C inicia su carga a través de la resistencia R, dicha tensión sube exponencialmente hasta que alcanza el valor de la tensión de emisor VE, que es cuando inicia su conducción el transistor UJT. Al conducir el transistor UJT, el condensador se descarga a través del emisor base 1 y el primario del transformador de pulsos; dicha descarga es fuerte y violenta originando un pulso en el primario de dicho transformador, el cual por acoplamiento magnético genera un pulso en el secundario y con ello el pulso para la compuerta del SCR, activándolo y empezando a conducir por el resto del semiciclo positivo, es decir hasta π . El UJT continua produciendo pulsos; pero, solo el primero tiene trascendencia para lograr el disparo de SCR, de π hasta 2 π , el diodo zener está polarizado inversamente, y su voltaje ánodo-cátodo es igual a 0.7 voltios, cortando el funcionamiento del UJT. La frecuencia de los pulsos de salida esta dada por la siguiente ecuación: T = R.C Ln ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − n 1 1 donde f = 1 / T CIRCUITO DE DISPARO CON UJT PARA SCR + E B1 EL RL SCR E 220V 220V V ac ECO5496 B2 R2 R 470 100K 15K Rz Dz Vz 0.1 VE C
  • 49. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 48 Para el transistor UJT ECG6401, según el fabricante n min = 0.56 y n max = 0.75. Para la elección adecuada de los valores de R y C es necesario considerar que: 0 ≤ T ≤ 8.3 ms, para una tensión de alimentación cuya frecuencia de 60 Hz. CIRCUITO DE DISPARO DE TRIAC CON DIAC Un circuito típico del uso de Triac con disparo de DIAC es el DIMMER o control de intensidad de luz, que se muestra a continuación. CIRCUITO DE DISPARO CON DIAC PARA TRIAC V R1=4K7 D1 T1 ECG6408 C1 C2 a c 220V 0.1uF ECG5496 30K 500K P1 RL EL FORMAS DE ONDA DEL CIRCUITO CON DIAC PARA TRIAC EL Vac 0 0 +
  • 50. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 49 El circuito de disparo al trabajar con el diac que es un componente de conducción bidireccional, puede trabajar con la corriente alterna para realizar los disparos en ambos semiciclos y propiciar la conducción del Triac, que también conduce en los dos sentidos y por lo tanto en ambos semiciclos. La resistencia RL es reemplazada por una lámpara incandescente y el TRIAC permite el control de ambos semiciclos de la tensión alterna que se complementa con el DIAC por ser ambos bidireccional. DISPARO CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL El amplificador operacional reemplazó a los componentes semiconductores discretos para el disparo de los tiristores, su facilidad de diseño, reducido tamaño y bajo costo contribuyeron a la gran difusión de este circuito integrado en el campo de la electrónica industrial. El presente circuito de mando requiere los siguientes elementos: TRANSFORMADOR DE SINCRONISMO.- Conformado por un transformador reductor, típicamente de 220 voltios a 6.3 voltios o 7.5 voltios, su finalidad es lograr el sincronismo entre la fase del circuito de disparo y el circuito de fuerza. 220V π 2 π 0 π 2 π 0 CONVERTIDOR DE ONDA SENOIDAL A ONDA CUADRADA.- Se logra mediante un amplificador operacional en la configuración de amplificador inversor en lazo abierto, cuya ganancia es muy elevada y nos permite obtener la onda cuadrada sin perder la frecuencia de 60 hertz. π π 0 0 Vcc Vcc π 2 π 2 - V1 741 V0 - + + INTEGRADOR.- Con este circuito se logra convertir la onda cuadrada de 60 hertz a una onda triangular de igual frecuencia de acuerdo a la ecuación. Vo = dt t Vi C R t o ). ( . 1 1 ∫ −
  • 51. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 50 Esta ecuación es válida para frecuencias de entrada > fc, para la elección de los valores, de los componentes, según la teoría de circuitos, debe considerarse, lo siguiente: Rs 1O R1 Fc = ≈ C Rs. 2 1 π Dando valores, obtenemos que la frecuencia de entrada ( 60 Hz. ) es >> fc, luego el circuito será un buen integrador. π 0 Vcc Vcc π 2 - V1 1M R1 0.01 C Rs: 10 m 741 V0 - + + π 0 π 2 SUMADOR INTEGRADOR.- La gran versatilidad del amplificador operacional nos permite configurar este circuito, donde una de las entradas es la onda cuadrada y la otra entrada la constituye una tensión continua variable, mediante el potenciómetro P1, y que permitirá controlar. En la salida obtenemos, por efecto de la integración de la onda cuadrada, una onda triangular y por la acción de suma, el desplazamiento en sentido vertical, pasando por cero, da la onda triangular, el desplazamiento de dicha onda triangular es función del voltaje Vo. 1M 10K +Vcc 115V P1 2K VN 1M R2 R1 VN 0.01 C RF 10M 741 - + π 0 Vcc Vcc π 2 - + π 0 0 π 2
  • 52. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 51 AMPLIFICADOR DE POTENCIA.- Con un transistor de potencia y teniendo como carga el primario de un transformador de pulsos, se logrará obtener en el secundario del transformador los pulsos de salida, que dispararán al SCR. EL RL T1 T2 8U x 84 R9 10K 10K 10K P2 P2 12V 15V 15V Vcc Vcc 330 330 R6 R7 R5 R8 3w R10 270 270 220 Vac ECO5496 IC2 + - - - + + CIRCUITO FINAL DE DISPARO.- El circuito completo es la integración adecuada y correcta de los elementos, logrando un Circuito de disparo confiable, basado en amplificadores operacionales. Las señales que se presentan en cada una de las etapas se presentan en el grafico, iniciando con la señal a controlar, la señal de sincronismo obtenida mediante el trasformador reductor, la onda cuadrada del comparador en base a la señal de sincronismo, y de ella se logra la onda triangular, luego los pulsos desfasados adecuadamente para tener el inicio de la conducción, el recorte y amplificación de los pulsos de disparo y finalmente la conducción en la carga.
  • 53. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 52 Ic3 Ic2 Ic1 EL Ig Vac 0 Vs 0 - VE 0 FORMAS DE ONDA DEL CIRCUITO DE DISPARO CON OPERACIONAL
  • 54. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 36 CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR Y TRIAC GENERALIDADES Los tiristores son componentes de la electrónica de potencia, que tiene una conducción natural como los diodos, para lo cual se debe superar la tensión de encendido o conducción, pero esta tensión de encendido puede variarse disminuyendo en su valor, si se alimenta con una tensión adecuada a su terminal llamado gate. Generalmente al gate se alimenta con un pulso de disparo, de corta duración, en el instante que se desea que se inicie la conducción; los pulsos de disparo, tienen que poseer ciertas características para que cumplan su función, la amplitud debe ser del orden en las decenas de mA y la duración mayor que 10 ms, ambas magnitudes son bastantes pequeñas con relación a la corriente l a controlar y al periodo de la red de 60Hz. Los pulsos de disparo tiene que estar sincronizados con la tensión de suministro y debe poder desplazarse entre 0 y π, este desplazamiento debe ser controlado por medio de una tensión, variando un potenciómetro. TIRISTORES El termino tiristor viene del griego y significa puerta, y se comporta como una puerta que se abre y permite el paso a través de ella y debemos considerarlo como un tipo de interruptor. El Tiristor es un dispositivo semiconductor que utiliza realimentación interna para producir un tipo de conmutación, y la principal aplicación de estos dispositivos es el control de grandes corrientes de carga para motores, calentadores, sistemas de iluminación, etc. TIPOS Los tiristores son diodos de cuatro capas, algunos de ellos con una compuerta de control y podemos considerar cuatro tipos de tiristores. TIRISTOR DIODO O DIODO DE CUATRO CAPAS.- similar al diodo rectificador común, solo que tiene cuatro capas y su tensión de encendido o inicio de conducción no es 0.7voltios, si no una tensión mayor que es característica del componente. DIAC.- es un componente de cuatro capas, con un comportamiento similar al diodo de cuatro capas, pero bidireccional, y se puede reemplazar por dos diodos de cuatro capas en antiparalelo, o espalda-espalda.
  • 55. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 37 SCR.- el SCR o Rectificador Controlado de Silicio, es un componente de similar al diodo de cuatro capas con una determinada tensión de encendido o inicio de conducción y con un terminal de control llamado gate o puerta. TRIAC.- es un componente de cuatro capas, con un comportamiento similar al SCR, pero bidireccional, y se puede reemplazar por dos SCR en antiparalelo, o espalda- espalda. En general a los cuatro se les conoce como tiristores, pero algunos autores diferencian el término, utilizando término Tiristor solo para identificar al SCR y otros autores para identificar al SCR y al Triac. RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO - SCR Un SCR es un dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura PNPN con tres uniones PN, tiene tres terminales: ánodo, cátodo y compuerta o gate. Los SCR se fabrican por difusión y crecimiento epitaxial. Cuando la tensión del ánodo se hace positiva con respecto al cátodo, las uniones J1 y J3 tiene polarización directa. La unión J2 tiene polarización inversa, y solo fluirá una pequeña corriente de fuga del ánodo al cátodo, el SCR esta en condición de bloqueo directo o en estado desactivado. P N P N A G K G A J1 J2 J3 K Si la tensión del ánodo-cátodo se incrementa a un valor lo suficientemente grande, la unión J2 polarizada inversamente entra en ruptura y el SCR entra en conducción, a esto se conoce como ruptura por avalancha y la tensión correspondiente se llama tensión de ruptura directa, también conocida como tensión de encendido. Al aplicar un pulso positivo al gate, con respecto al cátodo, se incrementan los pares electrón-hueco y dado que las uniones J1 y J3 ya tiene polarización directa, habrá un movimiento libre de portadores a través de las tres uniones, que provocara una gran corriente directa del ánodo al cátodo, quedando el dispositivo en conducción. La caída de tensión se deberá a la caída ohmica de las cuatro capas y será pequeña, de 1 voltio; en el estado de conducción, la corriente del ánodo solo esta limitada por la
  • 56. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 38 resistencia externa, la corriente del ánodo debe ser mayor que un valor conocido como corriente de enganche IL, a fin de mantener la conducción, la corriente de enganche IL, es la corriente del ánodo mínima requerida para mantener el SCR en estado de conducción inmediatamente después que ha sido activado y se ha retirado el pulso de la compuerta o gate. Una vez que el SCR, esta conduciendo se comporta como un diodo en conducción y ya no hay control sobre el dispositivo; si se reduce la corriente directa del ánodo por debajo de un nivel conocido como corriente de mantenimiento IH, el SCR dejara de conducir y pasará al estado de bloqueo. La corriente de mantenimiento (IH) es del orden de los miliamperios y es menor que la corriente de enganche (IL). Cuando la tensión del ánodo es negativa con respecto al cátodo, la unión J2 tiene polarización directa, pero las uniones J1 y J3 tienen polarización inversa. El SCR estará en estado de bloqueo inverso con una corriente de fuga inversa. CURVA CARACTERISTICA DEL SCR Zona de bloqueo en sentido directo Zona de bloqueo en sentido inverso I c I I ID D E U U U TRIAC El TRIAC o TRIODE ALTERNATING CURRENT, es un componente de la electrónica de potencia similar al SCR pero de conducción bidireccional, que apareció basado en el éxito del SCR, que indujo a los investigadores a desarrollar un SCR más apto, para conducción controlada en circuitos de corriente alterna, esto es una conducción bidireccional, su disparo es similar al del SCR, pero difiere de este en que puede conducir en ambas direcciones en respuestas a un pulso positivo o negativo.
  • 57. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 39 Los términos ánodo y cátodo no son aplicables al TRIAC y los terminales son designados por números, el terminal A1 es el punto de referencia para las mediciones de voltaje y de corriente, y con respecto a este terminal se miden el terminal de compuerta y el terminal A2. En el siguiente grafico se muestra el símbolo y la estructura de un Triac y su comportamiento interno es similar al SCR, pero conduciendo en ambos sentidos. CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC Zona de paso 2 Zona de paso 1 I c I c I I12 12 12 12 E0 E0 U U U U - - - CIRCUITOS DE DISPARO Los circuitos de disparo pueden servir tanto para disparar al SCR o al Triac, aun cuando en algunos casos se debe hacer algunas pequeñas modificaciones. El disparo real de un tiristor esta influenciado por la temperatura de la juntura, que si es elevada facilita el disparo debido al enriquecimiento de portadores en las uniones por los pares generados térmicamente.
  • 58. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 40 DISPARO POR TENSION EXCESIVA Cuando la tensión ánodo-cátodo se acerca al valor de ruptura en sentido directo, una reacción en cadena a nivel de portadores pasa al SCR a estado de conducción, la tensión ánodo-cátodo cae al valor de 1 a 2 voltios, al desaparecer la zona de carga especial de la unión de control y el circuito exterior permitirá el aumento de corriente por el SCR, considerándose que el componente ha entrado en conducción, cuando la corriente ha superado el valor de la intensidad de enclavamiento (IL) Esta forma de disparo es raramente empleada para pasar intencionalmente a conducción, sin embargo se da en forma fortuita provocada por sobretensiones anormales en los equipos. DISPARO POR PULSO EN LA COMPUERTA El procedimiento norma para disparar un SCR consiste en la aplicación en la compuerta, de un impulso positivo de corriente, mediante la conexión de un generador de pulsos entre los terminales de puerta y cátodo; siempre que el SCR este polarizado directamente y mantiene un tensión positiva ánodo –cátodo. El pulso produce una corriente local cerca de la compuerta al catado y si la intensidad de corriente es suficiente, se iniciará la conducción y se mantendrá independiente del impulso de compuerta y se extenderá el área de conducción a toda la pastilla, en forma automática en décimas de microsegundo, asumiendo que el circuito exterior permite la conducción con una corriente mayor a la corriente de mantenimiento. CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR En un SCR, con carga resistiva, se define el ángulo de disparo ( ) como el ángulo o tiempo durante el cual el SCR no conduce, medido a partir del paso de la onda sinusoidal por cero, y con voltaje ánodo-cátodo mayor que cero. ∝ t b EL El ángulo de conducción ( ø ), es el ángulo o tiempo durante el cual el SCR se encuentra conduciendo.
  • 59. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 41 El tiempo de bloqueo natural (tb) es el tiempo durante el cual el SCR no conduce y se ha bloqueado en forma natural porque su voltaje ánodo-cátodo es menor que cero o negativo y por lo tanto la corriente de ánodo es menor que la corriente de mantenimiento (Ih). Para disparar al SCR es necesario aplicar una tensión VGT entre compuerta y cátodo que debe ser mayor que 0.6 a 0.8 V. que es el voltaje de la juntura PN existente entre compuerta y cátodo para SCR con corriente de ánodo desde 0.8 Amp. hasta 35 Amp. Los fabricantes especifican un valor de VGTmax que no debe ser superado por el circuito de disparo bajo riesgo de deteriorar al SCR. De igual modo se especifica una corriente de compuerta IG Tmin que varía desde 0.2 mA hasta 40 mA para SCR con corriente de ánodo desde 0.8 Amp. hasta 35 Amp. DISPARO POR DIVISOR DE TENSION Es el circuito de disparo de un SCR más simple, se emplea cuando la alimentación es continua, y donde es suficiente un pulso positivo aplicado a la compuerta o gate por R2 al cerrar el interruptor S1. VGT 150 1800 24 V RL R2 R1 El siguiente circuito, se utiliza el SCR ECG5496, cuyas características son: 10 A/ 600 Voltios, VG Tmax = 2Voltios y IG Tmin = 15 mA Para calcular el valor de R1 y R2, debemos recordar que el SCR requiere para dispararse que: 0.8 V VGT ≤ ≤ 2 V VGT = 2 2 1 xR R R Vcc + 1 2 1 − = VGT Vcc R R
  • 60. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 42 a) VGT = 0.8 V y Vcc = 24 V 29 1 8 . 0 24 2 1 = − = R R R1 = 29 R2 b) VGT = 2 V. y Vcc = 24 V 11 1 2 24 2 1 = − = R R R1 = 11 R2 11 R2 ≤ R1 ≤ 29 R2 Por lo tanto se debe escoger una resistencia R1 que sea entre 11 y 29 veces R2. DISPARO POR CONTROL DE FASE En el disparo por control de fase, la tensión de alimentación de ánodo se aplica a la compuerta mediante una resistencia limitadora de corriente y un potenciómetro para tomar parte de la corriente y disparar el SCR. V V V R1 AK a c AK P1 RL El ángulo de disparo está determinado por la posición del potenciómetro P1 quien controla la magnitud de la corriente (IG). Si el valor de P1 es pequeño, la corriente de compuerta será suficiente para disparar al SCR, el ángulo de disparo será pequeño y habrá un gran voltaje en la resistencia de carga RL. Si el valor P1 es grande, la corriente de compuerta será pequeña y podría no ser suficiente para disparar al SCR, permaneciendo bloqueado el SCR. DISPARO POR CONSTANTE RC SIMPLE En el disparo por constante RC simple, la tensión de alimentación de ánodo se aplica a la compuerta mediante una resistencia limitadora de corriente y un potenciómetro para cargar un condensador y el voltaje de carga al condensador dispara al SCR.
  • 61. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 43 El ángulo de disparo está determinado por la constante de tiempo RC: T = ( R1 + P1 ) x C EL SCR entrará en conducción cuando en la compuerta alcance el valor mínimo de IGT o VGT que para el caso del SCR ECG5496 es: IGTmin = 15 mA 0.8 ≤ VGT 2V ≤ V R1 C a c=220V LAMPARA 220V 0.1uF 10W 50K 30K P1 RL En el instante t = 0, el voltaje ánodo-cátodo es positivo, y también el voltaje en el condensador; el condensador se va cargando, el tiempo de carga esta determinado por la posición del potenciómetro P1. Cuando el voltaje del condensador alcanza un valor igual al voltaje de compuerta que origina la corriente IGT mínima que necesita el SCR para entrar en conducción, el voltaje ánodo-cátodo cae hasta el valor de aproximadamente 1ó 2 voltios; circula entonces una gran corriente de ánodo limitada únicamente por la carga RL. Con la formula que se muestra se puede calcular el ángulo de disparo t = R.C.Ln ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ −Uc V V t es el valor del Ángulo ∝ en función de la frecuencia angular de la onda de corriente alterna de 60 Hz, y para el SCR será 8.3 milisegundos el valor máximo de t, que corresponde a un ángulo igual a 180 grados. ∝ Si variamos el valor de R en dicha ecuación, el ángulo ∝ variará en razón directa, obteniendo valores de 1, ∝ 2 y ∝ ∝ 3 cómo indica el gráfico. La consideración que se debe tener para este circuito es que la constante RC = (R1 + P1) x C
  • 62. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 44 Para el caso de una alimentación de 60 Hz debe estar en el rango de T es : 1 ms ≤ RC 30 ms , Lo cual garantizará un disparo seguro. ≤ ANGULO DE DISPARO DEL CIRCUITO RC SIMPLE 0 0 1 π 2 π π T1 T2 T3 V V a c EL IGT GT 0 2 π EL 0 3 π EL Con este circuito el ángulo de disparo se extiende a más de 90 grado. DISPARO POR DOBLE RED RC El principio de funcionamiento es similar al circuito RC Simple, el voltaje de carga del condensador C1 es utilizado para cargar al condensador C2. La consideración para obtener un disparo seguro en el rango de 60 Hz, es que el valor de constante de tiempo T deberá estar dada por: T1 = ( R1 + P1 )x C y T2 = R2 x C2
  • 63. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 45 T1 aproximado a T2 y para a garantizar un un buen disparo el rango de t: 1 m seg ≤ T ≤ 30 mseg. V R1 R2 C2 C1 a c =220V 220V 0.22uF 0.22uF 100K 10K 33K P1 RL DIAC UTILIZADO PARA CIRCUITOS DE DISPARO El Diac es un elemento bidireccional, donde la polaridad de su tensión de alimentación es indiferente, el diac se mantiene bloqueado y por lo tanto no circula corriente a través de el, hasta que no se supere el voltaje de ruptura VBO. Cuando este voltaje VBO es alcanzado, se incrementa la corriente, por el Diac y la caída de tensión entre sus extremos cae aproximadamente 10 voltios. Tomando como ejemplo el DIAC ECG6408, el fabricante nos proporciona las siguientes características: VBO (+) = 32 4 V. VBO ( - ) = 32 ± ± 4 V. IBOmax (+) = 1mA. IBOmax ( - ) = 1 mA. CIRCUITO DE DISPARO DE SCR CON DIAC En el circuito de disparo de SCR, cuando el voltaje en el condensador alcanza el voltaje VBO del DIAC, este entrara en franca conducción, aplicando un pulso de corriente a la compuerta del SCR y lo activará.
  • 64. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 46 El circuito mostrado presenta un circuito de disparo de SCR con Diac V R1 ECG6408 C a c 220V 0.1uF ECG5496 30K 50K P1 RL Al variar el potenciómetro P1 y variar la constante de tiempo (R1 + P1) C, se tendrá diferentes ángulos de disparo tales como ∝ 1, ∝ 2 y ∝ 3. La condición de disparo, para una alimentación de 60 Hz. es que la constante de tiempo T deberá estar dentro de los siguientes límites: 1 ms ≤ ( R1 + P1 ). C ≤ 30 ms. UJT PARA CIRCUITO DE DISPARO El UJT O TRANSISTOR DE UNIUNION, esta constituido por una barra de silicio (material N) a cuyos extremos se definen las bases B! y B2, en el terminal de emisor existe un material P, conformando una juntura PN, se presenta su símbolo y su estructura interna. B2 B1 E B2 N P B1 E
  • 65. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 47 CIRCUITO DE DISPARO CON UJT El transistor UJT es un dispositivo que permanece bloqueado entre base 1 y base 2 hasta que el voltaje de emisor Ve supere la tensión del voltaje de punto de pico Vp, cuando ello ocurre el UJT se enciende. En el circuito de disparo de un SCR usando el UJT, se observa que durante el semiciclo positivo, la tensión de alimentación alterna Vac es limitada al valor de la tensión zener para el transistor UJT, y el condensador C inicia su carga a través de la resistencia R, dicha tensión sube exponencialmente hasta que alcanza el valor de la tensión de emisor VE, que es cuando inicia su conducción el transistor UJT. Al conducir el transistor UJT, el condensador se descarga a través del emisor base 1 y el primario del transformador de pulsos; dicha descarga es fuerte y violenta originando un pulso en el primario de dicho transformador, el cual por acoplamiento magnético genera un pulso en el secundario y con ello el pulso para la compuerta del SCR, activándolo y empezando a conducir por el resto del semiciclo positivo, es decir hasta π . El UJT continua produciendo pulsos; pero, solo el primero tiene trascendencia para lograr el disparo de SCR, de π hasta 2 π , el diodo zener está polarizado inversamente, y su voltaje ánodo-cátodo es igual a 0.7 voltios, cortando el funcionamiento del UJT. La frecuencia de los pulsos de salida esta dada por la siguiente ecuación: T = R.C Ln ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − n 1 1 donde f = 1 / T CIRCUITO DE DISPARO CON UJT PARA SCR + E B1 EL RL SCR E 220V 220V V ac ECO5496 B2 R2 R 470 100K 15K Rz Dz Vz 0.1 VE C
  • 66. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 48 Para el transistor UJT ECG6401, según el fabricante n min = 0.56 y n max = 0.75. Para la elección adecuada de los valores de R y C es necesario considerar que: 0 ≤ T ≤ 8.3 ms, para una tensión de alimentación cuya frecuencia de 60 Hz. CIRCUITO DE DISPARO DE TRIAC CON DIAC Un circuito típico del uso de Triac con disparo de DIAC es el DIMMER o control de intensidad de luz, que se muestra a continuación. CIRCUITO DE DISPARO CON DIAC PARA TRIAC V R1=4K7 D1 T1 ECG6408 C1 C2 a c 220V 0.1uF ECG5496 30K 500K P1 RL EL FORMAS DE ONDA DEL CIRCUITO CON DIAC PARA TRIAC EL Vac 0 0 +
  • 67. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 49 El circuito de disparo al trabajar con el diac que es un componente de conducción bidireccional, puede trabajar con la corriente alterna para realizar los disparos en ambos semiciclos y propiciar la conducción del Triac, que también conduce en los dos sentidos y por lo tanto en ambos semiciclos. La resistencia RL es reemplazada por una lámpara incandescente y el TRIAC permite el control de ambos semiciclos de la tensión alterna que se complementa con el DIAC por ser ambos bidireccional. DISPARO CON AMPLIFICADOR OPERACIONAL El amplificador operacional reemplazó a los componentes semiconductores discretos para el disparo de los tiristores, su facilidad de diseño, reducido tamaño y bajo costo contribuyeron a la gran difusión de este circuito integrado en el campo de la electrónica industrial. El presente circuito de mando requiere los siguientes elementos: TRANSFORMADOR DE SINCRONISMO.- Conformado por un transformador reductor, típicamente de 220 voltios a 6.3 voltios o 7.5 voltios, su finalidad es lograr el sincronismo entre la fase del circuito de disparo y el circuito de fuerza. 220V π 2 π 0 π 2 π 0 CONVERTIDOR DE ONDA SENOIDAL A ONDA CUADRADA.- Se logra mediante un amplificador operacional en la configuración de amplificador inversor en lazo abierto, cuya ganancia es muy elevada y nos permite obtener la onda cuadrada sin perder la frecuencia de 60 hertz. π π 0 0 Vcc Vcc π 2 π 2 - V1 741 V0 - + + INTEGRADOR.- Con este circuito se logra convertir la onda cuadrada de 60 hertz a una onda triangular de igual frecuencia de acuerdo a la ecuación. Vo = dt t Vi C R t o ). ( . 1 1 ∫ −
  • 68. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 50 Esta ecuación es válida para frecuencias de entrada > fc, para la elección de los valores, de los componentes, según la teoría de circuitos, debe considerarse, lo siguiente: Rs 1O R1 Fc = ≈ C Rs. 2 1 π Dando valores, obtenemos que la frecuencia de entrada ( 60 Hz. ) es >> fc, luego el circuito será un buen integrador. π 0 Vcc Vcc π 2 - V1 1M R1 0.01 C Rs: 10 m 741 V0 - + + π 0 π 2 SUMADOR INTEGRADOR.- La gran versatilidad del amplificador operacional nos permite configurar este circuito, donde una de las entradas es la onda cuadrada y la otra entrada la constituye una tensión continua variable, mediante el potenciómetro P1, y que permitirá controlar. En la salida obtenemos, por efecto de la integración de la onda cuadrada, una onda triangular y por la acción de suma, el desplazamiento en sentido vertical, pasando por cero, da la onda triangular, el desplazamiento de dicha onda triangular es función del voltaje Vo. 1M 10K +Vcc 115V P1 2K VN 1M R2 R1 VN 0.01 C RF 10M 741 - + π 0 Vcc Vcc π 2 - + π 0 0 π 2
  • 69. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 51 AMPLIFICADOR DE POTENCIA.- Con un transistor de potencia y teniendo como carga el primario de un transformador de pulsos, se logrará obtener en el secundario del transformador los pulsos de salida, que dispararán al SCR. EL RL T1 T2 8U x 84 R9 10K 10K 10K P2 P2 12V 15V 15V Vcc Vcc 330 330 R6 R7 R5 R8 3w R10 270 270 220 Vac ECO5496 IC2 + - - - + + CIRCUITO FINAL DE DISPARO.- El circuito completo es la integración adecuada y correcta de los elementos, logrando un Circuito de disparo confiable, basado en amplificadores operacionales. Las señales que se presentan en cada una de las etapas se presentan en el grafico, iniciando con la señal a controlar, la señal de sincronismo obtenida mediante el trasformador reductor, la onda cuadrada del comparador en base a la señal de sincronismo, y de ella se logra la onda triangular, luego los pulsos desfasados adecuadamente para tener el inicio de la conducción, el recorte y amplificación de los pulsos de disparo y finalmente la conducción en la carga.
  • 70. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIT-02 52 Ic3 Ic2 Ic1 EL Ig Vac 0 Vs 0 - VE 0 FORMAS DE ONDA DEL CIRCUITO DE DISPARO CON OPERACIONAL
  • 71. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-02 53 CALCULO DE TENSIONES Y CORRIENTES DE DISPARO PARA SCR Y TRIAC Cada componente electrónico, tiene sus propias características y de acuerdo a ellas se debe diseñar el circuito de disparo, los datos típicos para disparar al SCR son: una tensión VGT entre compuerta y cátodo que debe ser mayor que 0.6 V. que es el voltaje de la juntura PN existente entre compuerta y cátodo, para SCR con corriente de ánodo de 0.8 Amp. a 35 Amp. La corriente de compuerta IGTmin, varía desde 0.2 mA hasta 40 mA para el SCR con corriente de ánodo de 0.8 Amp. a 35 Amp. CALCULO DE TENSION DE DISPARO En el circuito mostrado, calcular el voltaje que dispara al SCR, el SCR utilizado es el ECG5418, cuyos parámetros según el manual son: VDRM = 400 V. ITrms = 10 Amp. IG Tmin = 15 mA. VGTmax = 1.5 V. VGT 150 I GT = 15mA Se considera VGK= 0.8 Voltios, y tendremos que: VGT = IGT X 150 ohms + VGK VGT = 15 mA x 150 ohms + 0.8 Voltios = 3.05 Voltios. Para el circuito mostrado, la tensión de disparo será VGT = 3.05 voltios. CALCULO DE CORRIENTE Y TENSION DE DISPARO CIRCUITO CONTROL DE FASE En el circuito mostrado se alimenta con 220 VAC, las resistencias tiene los siguientes valores RL= 01 Ohmios R1= 3.3k P1= ¿? Para que se dispare a 90°
  • 72. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-02 54 Una parte de la tensión de alimentación de ánodo para aplicarlo a la compuerta y disparar el SCR. V V V R1 AK a c AK P1 RL De las características del SCR, sabemos que IGT mínimo = 15 mA. y tensión instantánea en 90° será voltaje pico. V = 220 2 = 311 V. K mA V IGT V RT 73 . 20 15 311 = = = P1= RT - R1 = 20.73 - 3.3 = 17.43 K La caida de tensión en RL será: VL = RL x IGT = 10 x 15 mA = 0.15 voltios La caida de tensión Gate – Cátodo será el especificado en las características: VGT = 0.8 V. IG T = 15 mA. GENERACION Y REGENERACION DE PORTADORES EN SEMICONDUCTORES SEMICONDUCTORES INTRINSECOS Un semiconductor intrínseco es un semiconductor puro, un cristal de silicio es un semiconductor intrínseco si cada átomo de cristal es un átomo de silicio; a temperatura ambiente, un cristal de silicio se comporta más o menos como un aislante, ya que tiene solamente unos cuantos electrones libres y sus huecos producidos por excitación térmica. FLUJO DE PORTADORES ELECTRONES LIBRES En la figura se muestra parte de un cristal de silicio entre dos placas metálicas cargadas. Suponiendo que la energía térmica ha producido un electrón libre y un hueco, el electrón libre se halla en una orbita grande en el extremo derecho del cristal.
  • 73. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-02 55 Debido a la placa cargada negativamente, el electrón libre es repelido hacia la izquierda, este electrón puede pasar de una orbita grande a la siguiente hasta alcanzar la placa positiva. HUECO A B C D E F Electrón libre + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - FLUJO DE PORTADORES HUECOS El hueco a la izquierda, en la figura, atrae a un electrón de valencia del punto A, lo que provoca que el electrón de valencia se mueva hacia el hueco, esta acción no es la misma que la recombinación, en la cual un electrón libre cae en un hueco. En vez de un electrón libre, se tiene un electrón de valencia moviéndose hacia un hueco. Cuando el electrón de valencia en el punto A se mueve hacia la izquierda, crea un nuevo hueco en el punto A, el efecto es el mismo que si el hueco original se desplazara hacia la derecha, el nuevo hueco en el punto A puede atraer y capturar otro electrón de valencia. De esta forma, los electrones de valencia pueden desplazarse a lo largo de la trayectoria indicada por las flechas. Esto quiere decir que el hueco se puede mover en el sentido opuesto, en la trayectoria A-B-C-D-E-F. En un semiconductor intrínseco se tiene el mismo número de electrones libres que de huecos, esto se debe a que por acción de la energía térmica se producen los electrones libres y los huecos por pares, la tensión aplicada forzará a los electrones libres a circular hacia la izquierda y los huecos hacia la derecha. Cuando los electrones libres llegan al extremo izquierdo de cristal, entran al conductor externo y circulan hacia el terminal positivo de la batería. Los electrones libres en el terminal negativo de la batería fluirán hacia el extremo derecho del cristal, en este punto, entran en el cristal y se recombinan con los huecos que llegan al extremo derecho del cristal. Así, se produce un flujo estable de electrones libres y huecos dentro del semiconductor. Los electrones libres y los huecos se mueven en direcciones opuestas, en lo sucesivo concebiremos la corriente en un semiconductor como el efecto combinado de los dos tipos de flujo: el de los electrones libres en una dirección y el de los huecos en dirección opuesta: los electrones libres y los huecos reciben a menudo la denominación común de portadores, debido a que transportan la carga eléctrica de un lugar a otro.
  • 74. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-02 56 DOPADO DE UN SEMICONDUCTOR Una forma de aumentar la conductividad de un semiconductor es mediante el dopado. El dopado supone que deliberadamente se añadan átomos de impurezas a un cristal intrínseco para modificar su conductividad eléctrica, un semiconductor dopado se llama semiconductor extrínseco. REGENERACION DE PORTADORES Los Portadores de cargas eléctricas electrones libres y huecos, se recombinan permanentemente, teniendo un tiempo de vida desde 100 nanosegundos, hasta unos microsegundos, desde que un electrón sale de la banda de valencia y se convierte en electrón libre hasta que se acerca a un hueco, es atraído por ella y cae, produciéndose la recombinación. AUMENTO DEL NÚMERO DE ELECTRONES LIBRES El proceso de dopado de un cristal de silicio tiene el siguiente procedimiento: El primer paso consiste en fundir un cristal puro de silicio para romper los enlaces covalentes y cambiar el estado de silicio de sólido, con el fin de aumentar el número de electrones libres, se añaden átomos pentavalentes al silicio fundido. Los átomos pentavalentes tienen 5 electrones en la orbita de valencia. El arsénico, antimonio y el fósforo son ejemplos de átomos pentavalentes. Como estos materiales donaran un electrón extra al cristal de silicio se les conoce como impurezas donadoras. Electrón libre En la figura muestra como queda el cristal de silicio después de enfriarse y volver a tomar su estructura de cristal sólido. En el centro se halla un átomo pentavalente rodeado por cuatro átomos de silicio. Como antes, los átomos vecinos comparten un electrón con el átomo central. Pero en este caso queda un electrón adicional. Reacuérdese que cada átomo pentavalente tiene 5 electrones de valencia. Como únicamente pueden situarse 8 electrones en la órbita de valencia, el electrón adicional queda en una órbita mayor y se obtiene un electrón libre. Cada átomo pentavalente, o donador, en un cristal de silicio produce un electrón libre. al fabricar se controla la conductividad de un semiconductor dopado, cuantas mas impurezas se añadan, mayor será la conductividad, un semiconductor se puede dopar ligera o fuertemente, el semiconductor dopado ligeramente tiene una gran resistencia eléctrica y uno fuertemente dopado tiene una resistencia pequeña.
  • 75. CONTROL ELECTRÓNICO DE MAQUINAS INDUSTRIALES CONTROLISTA DE MAQUINAS Y PROCESOS INDUSTRIALES HIC-02 57 AUMENTO DEL NÚMERO DE HUECOS Utilizando una impureza trivalente, es decir, una impuraza cuyos átomos tengan solo 3 electrones de valencia, como el aluminio, el boro o el galio. En la figura se muestra un átomo trivalente en el centro, esta rodeado por cuatro átomos de silicio, cada uno compartiendo cada uno de sus electrones de valencia. Como el átomo trivalente tenia al principio solo 3 electrones de valencia y comparte un electrón con cada uno de sus vecinos, hay solo 7 electrones en la orbita de valencia. Por ello, hay un hueco en la orbita de valencia de cada átomo trivalente, un átomo trivalente se denomina también átomo aceptor, porque cada uno de los huecos con que contribuye puede aceptar un electrón libre durante la recombinación. SIMBOLOGIA Los símbolos de los tiristores se muestran a continuación: SIMBOLO DEL TIRISTORDIODO SIMBOLO DEL SCR SIMBOLO DEL UJT K A K G A B2 B1 E