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CRUCE POR CERO
Los hechos En una grfica de ondas, el cruce por cero es la lnea
recta que bisecta la onda. En electrnica, el cruce
por cero identifica donde la funcin de onda cambia de positivo a
negativo o viceversa. En un interruptor
atenuante de luz, por ejemplo, un detector de cruce por cero
permite ajustes del nivel de poder en la
corriente elctrica, ya que esos puntos no tienen voltaje. La
interrupcin de la corriente en cualquier otro
punto del circuito elctrico crea un pico de poder potencialmente
daino.
Funcin Los detectores de cruce por cero son vitales en la
transmisin de seales digitales a travs de los
circuitos de corriente alterna, tal como los mdems u otros
aparatos digitales. La ausencia de este
componente explica por qu el audio digitalmente controlado
produce ruido cuando el usuario sube muy
rpido el volumen. Cuando la ganancia slo se aumenta en los
puntos de cruce por cero, no hay entrada
ni ruido de seal.
Comparadores Los detectores de cruce por cero trabajan
usualmente en conjunto con los comparadores, que son
dispositivos elctricos que comparan la fuerza de la seal
(voltaje o corriente) y cambian la salida basada
en la seal ms fuerte. Mientras que los amplificadores
comparadores operacionales anlogos son
ampliamente usados, los chips dedicados comparadores de voltaje
funcionan mejor para los dispositivos
digitales.
Optoacoplador de cruce por cero?
Es un optoacoplador para excitar un tiristor o triac en
corriente alterna.
Independientemente del momento en que lo dispares , esperar al
prximo paso por cero
de la senoidal para conectar , y de esa manera evitar
transitorios y dems ruidos elctricos.
Hola DOSMETROS, significa que cuando pase por cero es cuando
active el Gate del TRIAC?
Pero no es muy poco tiempo? Algunos microsegundos solamente.
Claro , pero el triac - tiristor seguir conduciendo todo el
hemiciclo hasta que la corriente
sea casi cero , o sea llegando al otro pasaje por cero , dnde si
vuelve a dispararlo , vuelve
a conducir otro hemiciclo , y si no , se apaga. Capishe?
Ya capishe :P. Tengo slo una pregunta ms: Lo de activar el TRIAC
por el semiciclo
siguiente al paso por cero, lo determina el mismo optotriac (que
le pase corriente al gate
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del TRIAC hasta que detecte un voltaje RMS casi cero)? O ya es
parte de la configuracin de
fbrica del TRIAC?
El prximo disparo lo hizo el optotriac (o no lo hizo porque no
lo autorizaste encendiendo su
led infrarrojo interno). El que detecta el pasaje por cero es el
opto con deteccin de paso
por cero , No el triac.
Los triacs (bidireccionales) o los tiristores (unidireccionales)
funcionan distinto a los
transistores , digamos que un transistor lo pods utilizar como
llave , saturs la base ,
conduce ; dejs de alimentarla , no conduce. En cambio triacs y
tiristores mediante un pulso
suficiente quedan bloqueados conduciendo eternamente o hasta que
el circuito se corte ,
cuando la corriente se haga cero (o nfima) a traves de l , dejar
de conducir , an cuando
vuelva a haber tensin no conducir nuevamente a menos que vuelvas
a dispararlo.
CONTROL DE POTENCIA JUEVES 14 DE JUNIO DE 2012 18:44
M. E. Rosas Baltazar,
[email protected]
I. Resumen
La parte central de este prototipo, es la generacin de dos
seales de rampa, ya que
con ellas se busca tener el control de disparo de 0 a 180 grados
en cada semiciclo de
la energa de corriente alterna. La deteccin de cruce por cero
ayuda a lograr lo
anterior, ya que el mtodo empleado tiene una respuesta casi
inmediata al cruce por
cero. As, se logra tener una seal de control de ancho de pulso
de 0 al 100% para
disparar al tiristor, dejando al microcontrolador la tarea de
proporcionar la seal de
referencia para generar la seal PWM deseada, valindose de un
teclado matricial para
introducir el porcentaje deseado y as controlar la cantidad de
energa proporcionada a
la carga.
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II. Palabras clave:
Controlador de potencia, restatos, control con tiristores, cruce
por cero.
III. Introduccin
En distintas aplicaciones industriales se necesita variar y
controlar la energa elctrica.
Para lograr esto, existen diferentes mtodos, como son el uso de
restatos y tiristores.
En el caso de los tiristores, es necesario contar con circuitos
de disparo para poder
regular la energa elctrica aplicada a la carga. El control de
potencia mediante
modulacin por ancho de pulso es de los ms populares en la
industria, basando su
funcionamiento en comparar una seal de rampa con un voltaje de
control, para as
obtener el pulso modulado. Es en la seal de rampa donde
enfocamos nuestro objeto
de estudio, ya que el buen funcionamiento de la modulacin del
pulso depende de su
pendiente y la frecuencia.
La hiptesis del presente trabajo es utilizar dos rampas, una
para cada semiciclo
de la energa de corriente alterna, buscando que la forma de
ambas seales no se
distorsione por efectos tales como temperatura o ruido, contando
con un teclado
matricial para establecer el ciclo de trabajo del pulso, y que
se tenga el mnimo margen
de error al momento de realizar la medicin del ciclo de trabajo
de la seal de
control.[1]
IV. Desarrollo
El diagrama de bloques de la figura 1 ilustra la idea general
del presente trabajo. Los
componentes bsicos son el generador de la seal de rampa, formado
por un detector
de cruce por cero y un arreglo RC, un microcontrolador que se
utiliza para leer el valor
del porcentaje de ciclo de trabajo y como consecuencia
establecer el voltaje de
referencia.
Finalmente, la seal modulada se aplica a la etapa de potencia y
as controlar la
energa elctrica aplicada a la carga.
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Figura 1. Esquema general de la aplicacin.
Detector de cruce por cero, generador de lampa, amplificacin y
seguidor de
voltaje
En esta seccin se utilizan dos amplificadores operacionales como
detectores de cruce
por cero, el voltaje que se le introduce a estos detectores de
cruce por cero se toma del
secundario de un transformador comn, esto se hace para no
introducir voltajes
mayores a los de la alimentacin de los OP-AMP, el voltaje de
salida de cada uno de
estos detectores controla el tiempo que va a estar en corte o en
saturacin un
transistor, cada uno de estos transistores tiene una resistencia
y un capacitor con el
cual va a generar una seal de rampa y esta seal la tendremos en
el colector del
transistor, esta seal es elevada con un amplificador de ganancia
10 para que tuviera
un amplio rango de voltaje para controlar el porcentaje de
trabajo de una manera ms
eficaz; el voltaje de salida del amplificador se introduce a un
seguidor de voltaje para
que despus sea comparado con el voltaje de salida del DAC; se
introduce al seguidor
de voltaje para darle un reforzamiento elctrico a la seal.
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Se utilizan los detectores de cruce por cero para que el
circuito de disparo del TRIAC este en fase con el voltaje de
corriente alterna y as lograr el disparo del TRIAC en el ngulo que
nosotros deseemos, y con esto se varia el porcentaje de trabajo de
la carga. [3]
LCD y teclado
Parte de la aplicacin son la pantalla LCD y el teclado matricial
3x5, estos dos
dispositivos son la interfase por medio de la cual el usuario se
comunicar con el
sistema.
El teclado matricial est compuesto por 15 teclas de las cuales
10 son nmeros,
del 0 al 9, hay una tecla denominada enter, limpiar pantalla y
otra para solicitar el 100%
de la potencia directamente. Las dos teclas restantes sern
utilizadas en posteriores
aplicaciones; por el momento estn deshabilitadas.
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Figura 2. Seal rampa para semiciclo positivo y negativo.
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Figura 3. Circuitos del prototipo.
En la LCD se despliega el valor actual de la potencia entregada
a la carga y la cantidad
tecleada antes de que tenga algn efecto sobre la carga, cabe
mencionar que el
programa esta diseado para trabajar con todos los nmeros enteros
pares
comprendidos entre el rango de 10% a 100%, si se deseara
introducir un valor mayor a
100 o impar en el LCD podr visualizar un mensaje de error
correspondiente al tipo de
error detectado por el cdigo. Para que cualquier valor tenga
efecto sobre la carga
despus de ser tecleado, es necesario presionar la enter. Cabe
resaltar que el valor
mostrado en el LCD, en porcentaje del ciclo de trabajo del PWM,
sirve para ser
comparado con el ciclo de trabajo medido por el osciloscopio,
con lo cual estamos
comprobando la eficiencia del sistema.[4]
Bloque de la seal de referencia y etapa de potencia
En esta seccin se encuentran 2 comparadores de voltaje, a la
terminal negativa de
entrada de estos dos comparadores de voltaje se les introduce el
voltaje que proviene
del DAC que es controlado por el microcontrolador y a la
terminal positiva de cada
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comparador se le introduce la seal de rampa amplificada, cabe
aclarar que hay dos
seales de rampa que son amplificadas, una seal de rampa es para
el semiciclo
positivo y la otra es para el semiciclo negativo y cada una de
estas seales se
introduce a un comparador, con esto logramos activar el TRIAC
tanto en el semiciclo
positivo como en el negativo, la salida de un comparador de
voltaje se conecta con la
salida de otro comparador de voltaje mediante un diodo, estos
diodos sirven para aislar
entre si las salidas de los dos comparadores y a la vez para que
los dos activen el
mismo opto-acoplador, a la salida de este opto-acoplador se
encuentra un TRIAC de
40A de corriente mxima, en la terminal T2 del TRIAC hay una
resistencia que est en
serie con la salida del opto-acoplador, esto se hace para
limitar la corriente que va a
llegar a la compuerta del TRIAC para no daarlo, la terminal T1
del TRIAC se conecta
directo al voltaje de AC, la terminal T2 del TRIAC se conecta a
uno de los cables de la
carga y la otra terminal de la carga se conecta al voltaje de
AC. [2] y [3]
V. Resultados
A continuacin se muestra una secuencia de imgenes donde se
observan los
resultados obtenidos con la implementacin del circuito.
Las mediciones fueron realizadas con osciloscopio de la marca
Tektronics,
teniendo variaciones mnimas entre los valores deseados y los
medidos.
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Figura 4. Seal triangular, seal PWM, seal en la carga para un
ciclo de trabajo del 10%.
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Figura 5. Seal triangular, seal PWM, seal en la carga para un
ciclo de trabajo del 50%.
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Figura 6. Seal triangular, seal PWM, seal en la carga para un
ciclo de trabajo del 80%.
VI. Conclusiones
El mayor inconveniente que tuvimos fue, que es muy difcil
controlar un muy bajo
porcentaje de trabajo de la carga, aunque podemos controlar de
una manera muy
precisa desde un 8% hasta un 100% de trabajo; tambin se dificult
ajustar que el 50%
de trabajo fuera el 50% de los 8 bits (127 en decimal), debido a
que la seal requerida
para la activacin del opto-acoplador debe ser una seal de rampa
muy precisa.
Tambin se observ que los amplificadores operacionales deben ser
muy
precisos, as como muy rpidos, con un bajo voltaje de offset y
que sean de bajo ruido.
La generacin de la seal rampa se ve afectada seriamente por el
factor
temperatura, as que se tuvo que analizar diversos tipos de
capacitores, resistencias y
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transistores, para tener la menor distorsin posible. Los mejores
elementos fueron
optoacoplador con salida a transistor, los capacitores de
tantalio y las resistencias del
tipo multivuelta.
En un trabajo prximo se busca escalar est aplicacin para poder
controlar
cargas polifsicas, y as darle mayor versatilidad a la
aplicacin.
{jcomments on}
VI. Referencias bibliogrficas
[1]Robert F. Coughlin Frederick F. Driscoll Amplificadores
Operacionales y Circuitos Integrados Lineales Quinta Edicin,
Prentice Hall
[2]Timothy J. Maloney Electrnica Industrial Moderna Tercera
Edicin. Prentice Hall
[3]Muhammad H. Rashid Electrnica de potencia circuitos,
dispositivos y aplicaciones Prentice Hall