Guia De Practica 02 - Scrs065202.docx

FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA

LABORATORIO

TALLER

SIMULACIÓN

X

CAMPO

GUÍA DE PRÁCTICAS ESCUELA: INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA CONTROL Y REDES INDUSTRIALES CARRERA: INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN ASIGNATURA: ELECTRÓNICA DE POTENCIA 1 DOCENTE: ING. JORGE LUIS HERNÁNDEZ AMBATO PHD ESTUDIANTE: William Marcelo López Codigo:1136

PRÁCTICA N: 02

I. II.

III.

TEMA: Disparo de tiristores conmutados por línea con desplazamiento de fase. OBJETIVO: 1. Simular un circuito de encendido de SCRs conmutado por línea con control de desplazamiento de fase a 90° grados. 2. Simular un circuito de encendido de SCRs conmutado por línea con control de desplazamiento de fase a 180° grados. FUNDAMENTOS TEÓRICOS La conmutación de un tiristor asistido por la tensión de línea significa que se toma parte de la señal de la línea de potencia para alimentar con el voltaje y corriente adecuados el terminal e activación del tiristor. En la Figura 1 se muestra un esquema simple de conexión de la activación de un SCR bajo las consideraciones indicadas.

V

R3 1kΩ V

PR2 V1 120Vrms 60Hz 0°

PR5

R1 1kΩ V

PR1 R2

470Ω C1 33nF

D1

S1 A

PR3

1N5760

Figura 1.- Esquema de conexión de un SCR activado por tensión de línea.

FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA En este esquema, el condensador C1 y la resistencia R1 forman una red de retraso de fase de la señal de V1. En otras palabras, el circuito R1 y C1 forman una red del tipo RC que desfasará la señal de tensión que se observa en los terminales del condensador, respecto a la señal de V1. Mientras más altos los valores de R1 y C1 mayor será el retraso. Sin embargo, analíticamente este circuito puede proporcionar un máximo retraso de fase de 90°, por lo tanto, el control del encendido del SCR podrá ser realizado dentro del rango de 0 a 90°. Para poder lograrlo, se recomienda ajustar el valor de R1 de manera apropiada considerando lo expuesto hasta el momento. Algo importante de comprender es que si una red RC proporciona un desplazamiento de fase de hasta 90°, entonces dos redes RC en serie podrán proporcionar un desplazamiento de fase de hasta 180°. Sin embargo, al introducir esta segunda red, las ecuaciones analíticas son más difíciles de resolver, pero la clave esta en tratar de utilizar los mismos valores de R y C para las dos redes. Por otro lado, la función del DIAC D1 es frenar el encendido del SCR hasta que el voltaje entre sus terminales no alcance el valor de ruptura BV con lo cual el D1 conducirá la corriente limitada únicamente por el valor de la R2 logrando eventualmente encender el SCR. Recuerde que para que el SCR se encienda, el valor de corriente en la compuerta debe ser por lo menos el valor de corriente de cebado IL. Entonces, significa que el valor de R2 puede ser ajustado en función de este valor de corriente IL. Finalmente, el SCR permanecerá en estado de bloqueo mientras las condiciones de encendido no se hayan producido en su terminal de compuerta Gate. Una vez que el SCR se ha activado, el mismo permanecerá en conducción mientras la corriente de ánodo IA sea mayor a la corriente de mantenimiento IH, o en su defecto el voltaje de Ánodo a Cátodo VAK cambie de signo. En el caso del esquema de la Figura 1, el voltaje VAK cambiará de signo cuando la señal de la fuente V1 pase del semiciclo positivo al semiciclo negativo. Referencias Hart, Daniel W. (2011). Power electronics. New York – Estados Unidos: McGraw-Hill Education. IV.

INSTRUCCIONES: 1. Implementar el siguiente circuito de encendido de SCR en Multisim NI.

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V

R3 1kΩ V

PR2

PR5

R1 1kΩ

V1 120Vrms 60Hz 0°

V

PR1 R2

470Ω C1 33nF

D1

S1 A

PR3

1N5760

2. Configurar el tiristor S1 con los siguientes parámetros:

3. Configurar una simulación de Transitorio con los siguientes parámetros: STIME = 0, TSTOP = 20ms, INITIAL CONDITIONS = “Set to Zero”. 4. Guardar las formas de onda resultantes. V. LISTADO DE EQUIPOS, MATERIALES Y RECURSOS: 1. NI Multisim 14.1 2. Computador 3. Cuaderno de apuntes 4. Calculadora VI. ACTIVIDADES POR DESARROLLAR: 1. Describa lo que sucede con el voltaje en el condensador C1, corriente de compuerta I G y voltaje VAK. VII.

RESULTADOS OBTENIDOS:

FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA El voltaje en el condensador tiene un leve desfase por su tiempo de carga y descarga con relación a la fuente.

Figure 1 Descripción del voltaje de la fuente (color celeste) desfase con relación al voltaje del C1 (color verde)

En la compuerta del SCR podemos notar que la corriente es una onda sinusoidal como la de la fuente, pero en un rango de pico amperios.

Figure 2 descripción de la corriente en Ig

Podemos observar que el voltaje crece hasta 3 voltios y se corta en el semiciclo positivo mientras que en el semiciclo negativo mantiene la misma forma que la fuente.

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Figure 3 Descripción del voltaje de la fuente (color celeste) desfase con relación al voltaje del C1 (color verde)

En la compuerta del SCR podemos notar que la corriente es una onda sinusoidal como la de la fuente, pero en un rango de pico amperios.

Figure 4 descripción de la corriente en Ig

Podemos observar que el voltaje crece hasta 3 voltios y se corta en el semiciclo positivo mientras que en el semiciclo negativo mantiene la misma forma que la fuente.

Figure 5Descripción del voltaje en el ánodo y cátodo del SCR.

3. Encuentre el tiempo de encendido (t on) y su respectivo ángulo de encendido en radianes (α) al cual en SCR cambio su estado. El tiempo de encendido del SCR es de 47 μs

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47  s *180 8.32ms anguloon  9.43 9.43*   0.16[rad ] 180 1.

Aumente el valor de la resistencia R1 de manera significativa. Indique el valor utilizado. R1=1000 kΩ 2. Realizar la simulación correspondiente y verificar las condiciones de funcionamiento a partir de las formas de onda resultantes. Repita el paso 1 y 2. Al subir la R1 hasta 1000 kΩ podemos notar que el voltaje en el capacitor sufre una atenuación y un desfase con relación a la fuente como se observa en la figura 4

Figure 6 atenuación y desfase del voltaje en el capacitor (color verde y la fuente de alimentación está representada de color celeste

Con respecto a la corriente podemos observar que tiene la misma fase que el capacitor por lo tanto también se desfasa con relación a la fuente.

Figure 7 En color rojo y en color verde capacitor

podemos ver la corriente observamos el voltaje del

Con respecto al voltaje ánodo cátodo podemos ver que mantiene el mismo patrón que el paso uno sin embargo en el primer semiciclo aumenta su amplitud y su tiempo de disparo y en el segundo semiciclo lo antes mencionado aumenta más y coincide con el desfase del voltaje del capacitor como se muestra en la siguiente figura

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Figure 8 En color azul podemos ver el voltaje AK en color celeste el voltaje de la fuente y en color verde el Voltaje del capacitor

El tiempo de disparo es 3ms

3ms *180 8.32ms anguloon  64.90 64.90*   1.13[ rad ] 180 1. Disminuya el valor de la resistencia R1 de manera significativa. Indique el valor utilizado. El valor utilizado en R1 es 10Ω 2. Realizar la simulación correspondiente y verificar las condiciones de funcionamiento a partir de las formas de onda resultantes. Repita el paso 1 y 2. Podemos observar que el voltaje en el capacitor tiene una forma similar a la fuente, aunque con un leve desfase casi mínimo como se muestra en las siguientes figuras

Figure 9 El color verde pertenece al voltaje del capacitor y el color celeste a la fuente

Figure 10 El color verde pertenece al voltaje del capacitor y el color celeste a la fuente

Con respecto a la corriente de la compuerta podemos observar que mantiene una forma senodal en fase

FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA con la fuente de alimentación con una leve variación al inicio del siclo positivo como se muestra en la siguiente figura

Figure 11 La corriente está representada de color rojo mientras que la fuente de color celeste

El Voltaje de ánodo cátodo se mantiene en fase con la fuente y con el semiciclo positivo cortado como en las dos primeras interpretaciones sin embargo la variación más significativa que apreciamos en la siguiente figura es que el disparo fue reducido significativamente con respecto a los anteriores valores de R1.

Figure 12 De color azul tenemos el voltaje ánodo cátodo y de color celeste el voltaje de la fuente de alimentación

El tiempo de disparo es 32 μs

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32  s *180 8.32ms anguloon  0.064 0.064*   1.11*103[ rad ] 180 1. Que sucede cuando el voltaje de la fuente V1 cambia de signo (semiciclo negativo). Explique el comportamiento que observa e interpreta. Cuando la fuente camba al semiciclo negativo en la compuerta del SCR no es posible polarizarse directamente por lo tanto este no dispara su funcionamiento. 2. Que sucede si el valor de la R3 cambia a 300K Ohmios. Explique el comportamiento que observa e interpreta. Al aumentar la resistencia a 300kΩ podemos observar que el voltaje tanto en el capacitor como en el AK no sufren desfase la variación se da en la amplitud del voltaje AK ya que en el semiciclo negativo este reduce un poco como se muestra en la siguiente figura

Figure 13 El color azul pertenece al voltaje AK y el color celeste a la fuente de alimentación

1. De las actividades desarrolladas, ¿Cuál es el rango de control por desplazamiento de fase dentro del cual puede comandar el encendido del SCR? El rango de control por desplazamiento de fase para comandar el encendido es de 0 a 90 grados en este circuito 2. Proponga una solución para lograr ampliar este rango hasta los 180°. Para esto es necesario el adicionar una resistencia y un capacitor al circuito con los mismos valores ya usados en serie puesto que utilizando otros valores será más complejo su calculo

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VIII.

CONCLUSIONES:

Para el rango de 0 a 180 es necesario colocar dos redes RC en serie de los mismos valores ya que de lo contrario se vuelve más complicado el cálculo por la complejidad de las ecuaciones IX.

RECOMENDACIONES:

Interpretar correctamente las gráficas ya que depende mucho del análisis ver las graficar en el punto y con las referencias adecuadas. Comparar los resultados con compañeros del curso ya que así se puede discutir y aclarar dudas sobre los problemas de la simulación y de la materia ya que hay mayores resultados. Identificar correctamente los componentes ya que al ser una simulación de potencia es importante que los componentes tengan los parámetros adecuados para su perfecto funcionamiento.

Fecha de presentación: 24 – 05 - 2020

-------------------------------Sr(ita). WILLIAM LOPEZ Estudiante

---------------------------------Ing. Jorge Hernández Ambato, PhD Profesor