Rectificador de onda completa con Arduino Nano y PIC18F544A (Watner Ocho Nuñez 171174).pdf

1. 1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, INFORMÁTICA Y
MECÁNICA
Escuela Profesional de Ingeniería Electrónica
SISTEMAS ELECTRONICOS DE POTENCIA I
INFORME
Presentada por:
Est. Watner Ochoa Nuñez 171174
Docente:
Prof. Rossy Uscamaita Quispetupa
CUSCO – PERÚ
2022
Rectificador de onda completa con Arduino Nano y PIC18F455A

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DEDICATORIA
A Dios por verme y guiarme con su espiritualidad.
A mi madre, su amor ilimitado.
A mi familia por la unidad que persevera.
A mi docente de la asignatura de Sistemas Electrónicos de
Potencia.

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ÍNDICE
1. Rectificadores monofásicos controlados con SCR ............................................................. 4
1.1. Rectificador controlado de media onda ..................................................................... 4
1.2. Rectificador de media onda con carga resistiva ........................................................ 4
1.3. Rectificador Controlado con transformador de Tap Central ..................................... 5
2. Rectificador de onda completa controlado con SCR .......................................................... 8
2.1. Con Arduino Nano..................................................................................................... 8
2.1.1. Circuito: ................................................................................................................ 8
2.1.2. Código:.................................................................................................................. 8
2.1.3. Simulación: ........................................................................................................... 9
2.2. Con PIC18F4550 ..................................................................................................... 11
2.2.1. Circuito: .............................................................................................................. 11
2.2.2. Código:................................................................................................................ 11
2.2.3. Simulación: ......................................................................................................... 12
2.3. Rectificador de onda completa controlado con SCR tipo puente............................ 14
2.3.1. Circuito: .............................................................................................................. 14
2.3.2. Código:................................................................................................................ 14
2.3.3. Simulación: ......................................................................................................... 15
3. Bibliografía ....................................................................................................................... 17
4. ANEXOS........................................................................................................................... 17

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1. Rectificadores monofásicos controlados con SCR
1.1. Rectificador controlado de media onda
La principal ventaja de los rectificadores controlados, es que podemos modificar el
valor medio de tensión obtenido para alimentar una carga determinada. Esta es una ventaja,
por ejemplo, en el control de velocidad en máquinas de CC.
Analizaremos a continuación la señal de voltaje obtenido en una carga cuando el SCR
es disparado en un ángulo α. Dado que las señales obtenidas se modifican, también se
calcularán los valores de voltaje medio, efectivo, factor de potencia y espectro armónico
para las nuevas condiciones de operación.
1.2. Rectificador de media onda con carga resistiva
En el circuito se muestra la configuración para rectificador carga resistiva y sus respectivas
formas de onda.
Figura 1. Rectificador de media onda controlado
con carga resistiva.
Figura 2. Formas de onda de la fuente, carga y del SCR.
La frecuencia de la fuente es 𝑓𝑓 = 60𝐻𝐻𝐻𝐻, entonces su periodo es:
𝑇𝑇 =
1
𝑓𝑓
=
1
60
=> 𝑇𝑇 = 16.667𝑚𝑚𝑚𝑚

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Como se observa en la gráfica de la carga, el disparo del SCR se hará desde:
• En radianes: 𝟎𝟎 − 𝝅𝝅
• En tiempo(segundos), teniendo como referencia la fuente: 𝟎𝟎 − 𝟖𝟖. 𝟑𝟑𝟑𝟑𝟑𝟑𝟑𝟑
Para programar en los microcontroladores podemos usar la interrupción externa en
flancos de subida de la fuente(referencia) y el tiempo de disparo(ms) que va desde 0
hasta 8.33ms, para un rectificador de media onda controlado.
El valor medio en la carga:
El valor efectivo lo calcularemos como:
1.3. Rectificador Controlado con transformador de Tap Central
En el circuito se muestra la topología del rectificador de onda completa y el comporta-
miento de sus diodos en distintos ángulos de funcionamiento.
Figura 3. Rectificador de onda completa controlado
con carga resistiva.

6. 6
A continuación, se grafican las formas de onda de interés en el circuito:
Figura 4. Formas de onda del rectificador de onda completa controlado, pero
con mismo ángulo de disparo de los SCR.
En la gráfica se observa que los dos SCR tienen el mismo ángulo de disparo 𝛼𝛼, entonces
el voltaje medio en la carga se calcula ahora como:
Para el voltaje rms se calcula:
Nosotros realizaremos un rectificador de onda completa controlado con transformador
de Tap Central, pero los SCR tienen diferentes ángulos de disparo 𝜶𝜶𝟏𝟏 𝒚𝒚 𝜶𝜶𝟐𝟐, para ello
analicemos la gráfica siguiente:

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Figura 5. Formas de onda del rectificador de onda completa controlado, pero
con diferentes ángulos de disparo de los SCR.
Para programar en los microcontroladores podemos usar la interrupción externa en
flancos de subida de las fuentes (referencias Vs1 y Vs2) y el tiempo de disparo(ms) que
va desde 0 hasta 8.33ms, para un rectificador de onda completa controlado.

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2. Rectificador de onda completa controlado con SCR
2.1. Con Arduino Nano
2.1.1. Circuito:
2.1.2. Código:
const int PulsosSCR1=10;
const int PulsosSCR2=11;
volatile int Estado1=1;
volatile int Estado2=1;
int valor1=0;
int valor2=0;
void setup()
{
pinMode(PulsosSCR1,OUTPUT);
pinMode(PulsosSCR2,OUTPUT);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2),Estado1_detectado,RISING);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3),Estado2_detectado,RISING);
}
void loop()
{
valor1=map(analogRead(A0),0,1024,10,7900);
valor2=map(analogRead(A1),0,1024,10,7900);
if(Estado1==0)
{

9. 9
delayMicroseconds(valor1);
digitalWrite(PulsosSCR1,HIGH);
delayMicroseconds(100);
digitalWrite(PulsosSCR1,LOW);
Estado1=1;
}
if(Estado2==0)
{
delayMicroseconds(valor2);
digitalWrite(PulsosSCR2,HIGH);
delayMicroseconds(100);
digitalWrite(PulsosSCR2,LOW);
Estado2=1;
}
}
void Estado1_detectado()
{
Estado1=0;
}
void Estado2_detectado()
{
Estado2=0;
}
2.1.3. Simulación:
• Cuando el ángulo de disparo es 90º(4.16ms) para los SCR:

10. 10
• Cuando el ángulo de disparo es diferente para los SCR:

11. 11
2.2. Con PIC18F4550
2.2.1. Circuito:
2.2.2. Código:
//Rectificador de Onda Completa Monofásico Controlado
#include<18f4550.h> //Libreria para usar el PIC
#fuses HS,NOWDT,PUT,NOBROWNOUT,NOMCLR,NOLVP //Configuración de fusibles
#use delay(clock=2000000) //Frecuencia del oscilador
void main()
{
setup_adc_ports(AN0_TO_AN3); //Habilita el ADC del pueto A0 hasta A3
setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL|ADC_TAD_MUL_0); //Utiliza el oscilador interno
int16 x,y,z,w;
while(TRUE)
{
//Para SCR del siglo positivo: SCR1
set_adc_channel (0); //entrada analogica A0
delay_us(10); //se genera un retardo
x=read_adc(); // x= variable lectura del Potenciometro
set_adc_channel (1); //entrada analogica A1
delay_us(10); //se genera un retardo
y=read_adc(); // y= variable lectura de señal de CA
while (y==0) //si la señal es igual a 0
{
set_adc_channel (1); //entrada analogica A0
delay_us(10); //se genera un retardo
y=read_adc(); // y= variable lectura de señal de CA
if (y!=0) //si la señal es diferente de 0
{

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delay_us(x*77); //retardo de pulso de disparo con potenciometro
output_bit(pin_D0,1);
delay_us(500); //ancho del pulso de disparo
output_bit(pin_D0,0);
}
}
//Para SCR del siglo negativo: SCR2
set_adc_channel (2); //entrada analogica A2
delay_us(10); //se genera un retardo
z=read_adc(); // z= variable lectura del Potenciometro
set_adc_channel (3); //entrada analogica A3
delay_us(10); //se genera un retardo
w=read_adc(); // w= variable lectura de señal de CA
while (w==0) //si la señal es igual a 0
{
set_adc_channel (3); //entrada analogica A3
delay_us(10); //se genera un retardo
w=read_adc(); // w= variable lectura de señal de CA
if (w!=0) //si la señal es diferente de 0
{
delay_us(z*77); //retardo de pulso de disparo con potenciometro
output_bit(pin_D1,1);
delay_us(500); //ancho del pulso de disparo
output_bit(pin_D1,0);
}
}
}
}
2.2.3. Simulación:
• Cuando el ángulo de disparo es 90º(4.16ms) para los SCR:

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• Cuando el ángulo de disparo es diferente para los SCR:

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Como se pudo ver los rectificadores de onda completa controlados con SCR y utilizando
un transformador de Tap Central, podemos controlar el disparo de los SCR con un mi-
crocontrolador (Arduino Nano o PIC18F4550), para ello se hace uso de las interrupciones
externas y del rango del tiempo de disparo(0 hasta 8.33ms) para un rectificador de onda
completa controlado, esa lógica lo podemos aplicar a rectificadores controlados mono-
fásico con puente de SCRs, también se puede aplicar a los rectificadores trifásico contro-
lados de media onda y onda completa, pero hay que saber el rango del tiempo de disparo,
caso contrario no estarán en sincronía.
2.3. Rectificador de onda completa controlado con SCR tipo puente
2.3.1. Circuito:
2.3.2. Código:
const int PulsosSCR1=10;
const int PulsosSCR2=11;
volatile int Estado1=1;
volatile int Estado2=1;
int valor1=0;
int valor2=0;
void setup()
{
pinMode(PulsosSCR1,OUTPUT);
pinMode(PulsosSCR2,OUTPUT);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2),Estado1_detectado,RISING);
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(3),Estado2_detectado,FALLING);
}
void loop()
{

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valor1=map(analogRead(A0),0,1024,10,7900);
valor2=map(analogRead(A1),0,1024,10,7900);
if(Estado1==0)
{
delayMicroseconds(valor1);
digitalWrite(PulsosSCR1,HIGH);
delayMicroseconds(100);
digitalWrite(PulsosSCR1,LOW);
Estado1=1;
}
if(Estado2==0)
{
delayMicroseconds(valor2);
digitalWrite(PulsosSCR2,HIGH);
delayMicroseconds(100);
digitalWrite(PulsosSCR2,LOW);
Estado2=1;
}
}
void Estado1_detectado()
{
Estado1=0;
}
void Estado2_detectado()
{
Estado2=0;
}
2.3.3. Simulación:
• Cuando el ángulo de disparo es 90º(4.16ms) para los SCR:

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• Cuando el ángulo de disparo es diferente para los SCR:

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3. Bibliografía
RASHID, M. H. (2004). ELECTRÓNICA DE POTENCIA. México: PEARSON EDUCACIÓN.
4. ANEXOS
Anexo 1. Realizando el informe de Sistemas Eletrônicos de Potência I.