1Electrnica de Potencia I
[footnoteRef:1] [1: ]
CONVERSOR DE MEDIA ONDA
ABSTRACTThis report exposes the whole party has performed with a
half-wave converter, which means do it, besides the AC to DC
converters and DC to DC converter operation and use of opto
couplers are analyzed.Keywords: AC to DC converter, DC converter,
SCR, mosfets.
RESUMENEn este informe se expone toda la parte a realizar con un
conversor de media onda, lo que implica hacerlo, adems se analizara
los conversores de AC a DC y conversor de DC a DC su funcionamiento
y la utilizacin de opto acopladores.Palabras clave: conversor AC a
DC, conversor de DC, SCR, mosfets.
Objetivo General:Disear e implementar un conversor de media onda
a partir de elementos disponibles en el mercado con el fin de
realizar un control de dos cargas como base para la creacin de un
laboratorio para el curso de electrnica de potencia..
Objetivos Especficos: Estudiar las caractersticas de operacin y
el control de compuerta de los tiristores controlados por fase (o
SCR). Comprender el principio de funcionamiento de un opto
acoplador y mosfets Enumerar las posibles dificultades tcnicas que
se encuentran al implementar circuitos de convertidores AC-DC
Enumerar las posibles dificultades tcnicas que se encuentran al
implementar circuitos de convertidores DC-DC INTRODUCCIONTIRISTORES
SCRS Un tiristor es un dispositivo semiconductor de potencia. Se
usan mucho en circuitos electrnicos de potencia. Se manejan como
conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un
estado conductor. Los tiristores son interruptores o conmutadores
ideales en muchas aplicacionesCaractersticas:Un tiristor es un
dispositivo semiconductor con cuatro capas de estructura pnpn con
tres uniones pn. Al igual que los diodos, los tiristores tienen
terminales nodo y ctodo, sin embargo estos ltimos integran una
tercera terminal, denominada compuerta, la cual es utilizada para
controlar la operacin del dispositivo
Activacin y apagado del tiristorUn tiristor se puede encender
aumentando el voltaje VAK en sentido directo a ms de VBO, pero esta
forma de encendido podra ser destructiva. En la prctica, el mtodo
ms comn para disparar un tiristor es la aplicacin de una corriente
de compuerta aplicando un voltaje positivo entre las terminales de
la compuerta y el ctodo. De esta forma el voltaje en sentido
directo se mantiene menor que VBO dado que al aumentar la corriente
de compuerta, disminuye el voltaje de bloqueo en sentido directo.
Los niveles de voltaje y corriente de disparo en la compuerta deben
tener un rango de valores comprendidos dentro de una zona de
disparo de seguridad. Si se sobrepasa ese lmite puede no activarse
el tiristor o puede daarse el dispositivo. El valor de la corriente
de disparo es del orden de los miliamperios. Una vez encendido el
tiristor, la seal de compuerta debe retirarse. La duracin de esta
seal vara entre 1 a 3s para tiristores comerciales, aunque para
aplicaciones especiales se fabrican tiristores con valores por
debajo de los 100ns. Una seal de compuerta continua aumentara la
prdida de potencia en la unin de la compuerta. Dado que la
corriente andica es mayor que la corriente de retencin IL, el
tiristor continuar conduciendo. Un tiristor en estado encendido, se
comporta como un diodo conductor, y no hay control sobre el
dispositivo. El dispositivo no se puede desactivar mediante otro
pulso en la terminal de compuerta. Hay varias tcnicas para apagar
un tiristor. En todas las tcnicas de conmutacin la idea es reducir
la corriente andica en sentido directo hasta un valor inferior a la
corriente de mantenimiento IH.CONVERSOR AC DCComo ya es sabido los
diodos rectificadores proporcionan slo un voltaje de salida fijo.
Para obtener voltajes de salida controlados, se usan tiristores con
controlde fase en lugar de diodos. El voltaje de salida de los
rectificadores de tiristor se vara controlando el ngulo de retardo
. Como ya se explico en el tema anterior el tiristor se activa
aplicando un pulso corto a su compuerta y se desactiva por
conmutacin natural. Estos rectificadores controlados por fase son
sencillos y menos costosos, y su eficiencia es, por lo general,
superior al 95%. Como convierten de corriente alterna a corriente
directa, a estos rectificadores controlados se le llama tambin
convertidores AC/DCCONVERTIDIR AC/DCUn convertidor AC/DC es un tipo
de alimentacin externa, a menudo encerrada en lo que aparenta ser
una clavija de corriente de gran tamao. Se utilizan normalmente con
los dispositivos elctricos que no contienen su propia fuente de
alimentacin interna. Los circuitos internos de una fuente de
alimentacin externa son muy similares en diseo al que se utiliza
para la alimentacin imbuido (built-in) o interna.DISEO DEL CIRCUITO
CONVERTIDOR AC-DC MONOFSICO.Circuito fuente de alimentacin lineal:
La fuente de alimentacin lineal consta de elementos agrupados en 4
bloques funcionales, estos bloques se aprecian en la Figura 1
Figura1 fuente de alimentacin linealTransformador reductor: El
primer bloque es un transformador- reductor de voltaje que, como su
nombre lo indica, disminuye por induccin el voltaje. De los 120 Vca
que hay en el primario, en el secundario puede tener 12, 18 24Vp-p.
La fuente de alimentacin diseada trabaja con 12Vp-p en el
secundario.Rectificador: El siguiente bloque es un rectificador de
onda completa construido con diodos, este ofrece mayor eficiencia
porque aprovecha al mximo la seal del transformador, sin embargo,
este sistema tiene grandes prdidas de energa, puesto que slo se
aprovecha entre un 60 y 70% del voltaje; el resto se pierde en
forma de calor, disipado principalmente por el transformador y los
circuitos de regulacin.Filtrado: El filtrado, que es la tercera
etapa de la fuente alimentacin lineal, este se realiza mediante un
capacitor de 470F o 100F. En esta etapa se presenta la primera
aproximacin hacia una seal de corriente directa, una seal de
voltaje con un rizado de 1Vp-p. La seal queda prcticamente continua
y lista para que mediante el regulador de voltaje se obtenga de
ella la seal de corriente directa que se desee.Regulacin: En el
ltimo bloque, el regulador de voltaje, se encarga de reducir el
rizado y de proporcionar un voltaje de salida de la tensin exacta
que se desea. El regulador es un encapsulado de tres terminales (de
la familia 78XX). Su caracterstica principal es que la tensin entre
los terminales Vout y GND es de XX voltios y una corriente mxima de
1A.Las ideas bsicas de funcionamiento de un regulador de este tipo
son: 1. La tensin entre los terminales Vout y GND es de un valor
fijo, no variable, que depender del modelo de regulador que se
utilice. 2. La corriente que entra o sale por el terminal GND es
prcticamente nula. Funciona simplemente como referencia para el
regulador.Para el presente proyecto el voltaje deseado es 5Vdc por
lo tanto el regulador empleado es el 7805, estos 5V dan alimentacin
a los tiristores y dems circuitos incluido el micro
controlador.
Figura 2 Circuito fuente de alimentacinCONVERTIDOR DC A DCLos
convertidor DC-DCes un dispositivo que transformacorriente
continuade una tensin a otra. Suelen serreguladores de conmutacin,
dando a su salida unatensin reguladay, la mayora de las veces con
limitacin de corriente. Se tiende a utilizar frecuencias de
conmutacin cada vez ms elevadas porque permiten reducir la
capacidad de loscondensadores, con el consiguiente beneficio de
volumen, peso y precio.Convertidor DC-DC tipo Buck BoostUna
topologa Buck-Boost permite transferir energa en ambos sentidos
entre dos fuentes de tensin, donde una de las dos fuentes (la del
lado Buck) siempre debe tener mayor tensin que la otra (lado
Boost). Dadas estas caractersticas, una configuracin como la
mencionada parece adecuada para la aplicacin que se quiere
implementar.En la Figura 2.1 se puede apreciar la interconexin de
los distintos componentes en una configuracin Buck-Boost. En este
circuito, los ultra capacitores no han sido incluidos, pero su
ubicacin fsica corresponde a los bornes de la tensin
Si la condicin de mayor tensin en la fuente Buck no se
cumpliera, la fuente del lado Boost (V2) se descargara hacia la
fuente del lado Buck (Vdc) a travs del diodo D2. En esta
configuracin de potencia, los semiconductores siempre se operan en
corte o conduccin, nunca en la zona activa, ya que se trata de
disipar la menor cantidad posible de potenciaReguladores lineales
serie de tensin. Son estructuras ampliamente utilizadas desde hace
varias dcadas en sistemas de alimentacin que necesiten consumos
bajos o relativamente moderados. Las ventajas que hacen que nos
decantemos por utilizar este tipo de reguladores son claras: son
estructuras bien conocidas, fciles de disear e implementar, tanto a
nivel discreto como integrado, muy robustas y fiables, permiten (en
rgimen estacionario) fijar con excelente precisin el valor de la
tensin de salida, las regulaciones, tanto de lnea como de carga,
son adecuadas y, finalmente, permiten obtener tensiones de salida
variables de una forma sencilla mediante un simple divisor de
tensin. Por el contrario, los reguladores lineales serie adolecen
de dos serios inconvenientes que los hacen una alternativa poco
recomendable en sistemas de alimentacin, especialmente de elevada
potencia. Por un lado, el rendimiento de estas estructuras, al
estar basadas en un transistor de paso en serie con la carga y
trabajando en zona lineal, difcilmente supera el 50%. Por otro
lado, este transistor trabajando en zona lineal debe soportar toda
la corriente solicitada por la carga, con lo cual, en aplicaciones
de alta potencia, este elemento de paso debe estar dimensionado
(tanto elctrica como trmicamente) para disipar potencias de elevado
valor, encareciendo el sistema de alimentacin.
OPTO-ACOPLADORESLos opto-acopladores u opto-aisladores son
dispositivos integrados que combinan en un mismo encapsulado un
foto diodo (LED emisor) con un dispositivo de control sensible a la
luz (foto-transistor, foto-TRIAC, etc.). El objetivo con esto es
aislar fsicamente la entrada de la salida, ya que no existe conexin
elctrica entre ellas. Estos dispositivos son de especial inters en
las aplicaciones que requieren tensiones, corrientes o potencias
muy dispares entre la lgica digital y los elementos a
controlar.
Funcionamiento:La figura se muestra un optoacoplador 4N35
formado por un LED y un fototransistor. La tensin de lafuentede la
izquierda y laresistenciaen serie establecen una corriente en el
LED emisor cuando se cierra elinterruptorS1. Si dicha corriente
proporciona un nivel de luz adecuado, al incidir sobre el
fototransistor lo saturar, generando una corriente en R2. De este
modo la tensin de salida ser igual a cero con S1 cerrado y a V2 con
S1 abierto.Si la tensin de entrada vara, la cantidad de luz tambin
lo har, lo que significa que la tensin de salida cambia de acuerdo
con la tensin de entrada. De este modo el dispositivo puede acoplar
una seal de entrada con el circuito de salida, aunque hay que tener
en cuenta que las curvas tensin/luz del LED no son lineales, por lo
que la seal puede distorsionarse. Se venden optoacopladores
especiales para este propsito, diseados de forma que tengan un
rango en el que la seal de salida sea casi idntica a la de
entrada.La ventaja fundamental de un optoacoplador es elaislamiento
elctricoentre los circuitos de entrada y salida. Mediante el
optoacoplador, el nico contacto entre ambos circuitos es un haz de
luz. Esto se traduce en una resistencia de aislamiento entre los
dos circuitos del orden de miles deM. Estos aislamientos son tiles
en aplicaciones de alta tensin en las que los potenciales de los
dos circuitos pueden diferir en varios miles de voltios.
DESARROLLO DEL PROYECTO
Utilizamos un transformador de 12v se utiliza dos cargadores de
5 voltios para el disparo del SCR y el otro para el motsfet para la
parte del microprocesador se puede sacar directamente desde el
quemador q va conectado al computador, de esta manera podemos
asegurarnos q saldr solo 5v que ira al micro , en este circuito se
debe poner dos cargas, la primera con un motos y la segunda con el
diodo de lata luminocidad
CONCLUSIONES
Mediante esta prctica pudimos observar el comportamiento de los
SCRs los cuales soportan altas temperaturas y potencia Los opto
acopladores mientras son dispositivos de emisin y recepcin q hacen
el funcionamiento de un interruptor a travs de la emisin de luz.
Utilizamos un ATmega que es un micro controladores AVR grandes con
4 a 256 kB dememoria flashprogramable, encapsulados de 28 a 100
pines,conjunto de instruccionesextendido (multiplicacin y
direccionamiento de programas mayores) y amplio conjunto de
perifricos.
REFERENCIAS
http://eie.ucr.ac.cr/uploads/file/proybach/pb0532t.pdfhttp://galia.fc.uaslp.mx/~ducd/cursos/potencia2/Articulo_ConvCDCD.pdfhttp://materias.fi.uba.ar/6609/docs/Optos.pdf