Informe de la práctica

Informe de la práctica #9: - Control de voltaje con tiristores

Jose Manuel Arias Gaviria, León Darío Correa Ramírez

Laboratorio Electrónica Análoga II, Departamento de energía eléctrica y automática, Facultad de Minas

Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín

Resumen – La práctica consideró el uso de un control sobre un voltaje DC, el cual fue realizado teniendo a disposición un tiristor y su respectiva fuente de voltaje sinusoidal. El circuito que se implementa en la práctica usa un SCR el cual se configura de tal forma que se sincronice con las diferentes componentes del circuito, permitiendo así un disparo controlado. Por último se describe el funcionamiento del circuito de un relé de estado sólido, el cual está constituido por los dispositivos semiconductores DIAC y TRIAC

Palabras Clave – Ángulo de disparo, DIAC, Relé de estado sólido, SCR, Tiristor, TRIAC.

Abstract – The practice consider a DC voltage control, which is made having a thyristor and a sinusoidal voltage source, The implemented circuit in the practice use a SCR which is set in a way that synchronizes with the different components of the circuit, allowing a controlled trigger for the SCR. Finally it is made a description of the solid state relay circuit which is made using the semiconductor devices DIAC and TRIAC.

Index Terms – Angle shot, DIAC, SCR, Solid state relay, Thyristor, TRIAC.

INTRODUCCIÓN

E

n el ámbito de la electrónica hacen parte fundamental los elementos semiconductores. Las estructuras de construcción de estos dispositivos basados en silicio permite la conducción de corriente siempre y cuando se cumplan algunas condiciones. En el caso de un diodo la condición de conducción es que el potencial eléctrico en el ánodo sea mayor que en el cátodo. Para esta práctica se hace un análisis del dispositivo conocido como tiristor. Existen varios tipos de tiristores, uno de los más usados en el terreno de potencia es el SCR (Silicon controlled rectifier), cuyas condiciones de conducción es que el voltaje entre ánodo y cátodo sea mayor que cero (polarización directa) y además debe haber una corriente simultáneamente a través de la puerta, en tanto el dispositivo entra en conducción seguirá en ese estado hasta que se encuentre polarizado en inversa.

Fig 1. Estructura del SCR.

Fig 2. Equivalencia circuital del SCR. [1]

Es común que en la práctica se modele al SCR como dos transistores conectados como se muestra en la figura 2. Además del SCR el cual es un elemento unidireccional se tienen otros elementos que son el DIAC (diodo para corriente alterna) y el TRIAC (tríodo para corriente alterna). El DIAC funciona igual que un diodo, sólo que en ambas direcciones y además de que se debe superar su voltaje umbral que puede ser hasta 50 veces más grande que el de un diodo común para que entre en conducción, en tanto entra en conducción su caída de voltaje es igual a la de un diodo corriente. Por otra parte el TRIAC es equivalente circuitalmente a dos SCR conectados en antiparalelo, es decir, es un SCR bidireccional y permite el flujo de corriente en ambos sentidos.

(a) (b)

(c)

Fig 3. (a) Símbolo del DIAC. (b) Símbolo del TRIAC.

(c) Equivalente circuital del TRIAC [2], [3], [4].

El momento en que el tiristor entra en conducción se conoce como tiempo de disparo y es posible determinar a partir de él el ángulo de disparo como α=(td*360°)/T, en donde α es el ángulo de disparo en grados, td es el tiempo de disparo y T es el período de la onda de entrada. El ángulo de disparo depende del circuito controlador que se conecte a la puerta del tiristor, por lo que tiene que haber sincronía en el momento de hacer el disparo y el ciclo positivo si se trata de un SCR, en esta práctica se dispone de un controlador auto-sincronizado que siempre realiza el disparo en el ciclo positivo de la onda.

Por último se realiza una descripción del relé de estado sólido el cual se caracteriza por ser un switch controlado por variables eléctricas y no es necesaria la implementación de partes electromecánicas que se muevan y provoquen desgastes. Además permiten un mejor nivel de conducción de corriente y reaccionan más rápidamente que los relés mecánicos convencionales.

Desarrollo

Análisis Teórico

Análisis de simulación

En la figura 4 se observa el circuito implementado para realizar la simulación con ayuda del software PSpice. Se observa además en la figura 5 el resultado de la simulación cuando la resistencia del potenciómetro es igual a 9 kΩ.

Fig 4. Circuito implementado para la simulación.

Fig 5. Voltaje de carga para una resistencia de potenciómetro igual a 9kΩ.

Tabla 1. Relaciones entre ángulo de disparo, resistencia de potenciómetro y voltaje DC en la carga.

Rpot (Ω) Ángulo de disparo

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