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electronica industrial
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ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA ELECTRONICA INDUSTRIAL II
CONTROLADORES MONOFASICOS BIDIRECCIONAL
1° INTRODUCCION.-
Desde el punto de vista funcional, son varias las topologías de convertidores ca-ca
existentes. Así, algunos de estos convertidores únicamente regulanel valor eficaz
de la tensión alterna de salida, manteniendo su frecuencia fija, esto es igual a la
de la tensión de entrada. Convertidores ca-ca de tales características reciben el
nombre de controladores de tensión alterna.
Sin embargo, existen convertidores ca-ca que controlan no solo la magnitud de la
tensión alterna de salida, sino también su frecuencia. Tal es el caso de los
convertidores en cascada y los cicloconvertidores.
En el presente laboratorio desarrollaremos el análisis de los controladores
Monofásicos Bidireccionales.
2° FUNDAMENTO TEÓRICO.-
Un controlador de voltaje de CA es aquel que tiene un tiristor conmutador que se
conecta entre la alimentación CA y la carga, es posible controlar el flujo de
potencia variando el valor rms del voltaje CA aplicado a la carga.
Cuando únicamente se altera el valor de la tensión alterna CA, tenemos los
llamados reguladores de tensión alterna (reguladores de potencia alterna), los que
permiten obtener una salida con frecuencia distinta a la presente en la entrada,
son los ciclo convertidores.
Las aplicaciones más comunes de estos convertidores de CA son:
Calefacción industrial, de derivaciones de transformadores cambio con carga,
control de luces, control de la velocidad de motores de inducción polifásicos y
control de los electromagnetos de CA.
Para la transferencia de potencia se utilizan dos tipos de controles:
* Control de abrir y cerrar.
* Control por ángulo de fase
En el control de abrir y cerrar, los tiristores conectan la carga a la fuente de CA
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durante unos cuantos ciclos de voltaje de entrada y luego la desconectan por unos
cuantos ciclos más.
En el control por ángulo de fase, los tiristores conectan la carga a la fuente de CA
durante una porción de cada uno de los ciclos de voltaje de entrada.
Los controladores de CA se clasifican en dos tipos:
* Controladores monofásicos
* Controladores trifásicos
Cada uno de estos se subdividen en:
* Unidireccional o media onda
* Bidireccional o de onda completa
2.1° CONTROL DE ABRIR Y CERRAR.-
El control consiste en conectar o desconectar la alimentación de la carga durante
un determinado número de ciclos de la tensión de entrada al controlador.
El control por ángulo de fase, los tiristores conectan la carga a la fuente de CA
durante una porción de cada uno de los ciclos de voltaje de entrada.
Los controladores de CA se clasifican en dos tipos:
* Controladores monofásicos
* Controladores trifásicos
Cada uno de estos se subdividen en:
* Unidireccional o media onda
* Bidireccional o de onda completa
2.2° CONTROL DE ABRIR Y CERRAR.-
El control consiste en conectar o desconectar la alimentación de la carga durante
un determinado número de ciclos de la tensión de entrada al controlador.
El tiristor conecta la alimentación de CA a la carga durante un tiempo tn; un pulso
inhibidor de compuerta abre el interruptor durante un tiempo t0. El tiempo activo,
tn, está formado por lo común de un numero entero de ciclos.
Dado que se utilizan tiristores como elementos de control, su disparo se realiza en
el paso por cero de la tensión de alimentación. Ello permite una reducción
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importante en el número de armónicos generados. El control electrónico lleva
incorporado un detector de paso por cero y un contador de semiperiodos para
saber en qué instante se debe disparar cada tiristor.
2.3° CONTROL POR ÁNGULO DE FASE.-
Para variar el valor eficaz de una tensión alterna es por medio del control por
ángulo de fase, en el cual, dado un semiciclo de la red, el interruptor se dispara en
un determinado ángulo, haciendo que la carga esté conectada a la entrada por un
intervalo de tiempo menor o igual a un semiciclo.
Este control está basado en la regulación del ángulo de disparo de los tiristores.
Usualmente se habla de ángulo de disparo, o ángulo de fase α, como el instante
de tiempo (expresado en grados) a partir del paso por cero de la tensión de
entrada en el que se dispara un tiristor. Para el caso de una carga resistiva, el
ángulo de disparo va de 0°a 180°.
Los pulsos de compuerta del tiristor T1 y las formas de onda de los voltajes de
entrada y de salida. Debido a la presencia del diodo D1, el rango de control está
limitado y el voltaje rms efectivo de salida solo puede variar entre 70.7% y 100%.
El voltaje de salida y la corriente de entrada son asimétricos y contienen una
componente CD. Si hay un transformador de entrada, puede ocurrir un problema
de saturación.
Este tipo de controlador también se conoce como controlador unidireccional.
3° MARCO PRÁCTICO.-
El ejercicio del presente laboratorio es el siguiente:
Un controlador de voltaje de AC de onda completa monofásico tiene una carga
resistiva de 10 Ω, Vs=120 V/60 Hz. Los ángulos de los Tiristores θ1= θ2=θ
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Determine:
a) Voltaje de salida Vo=Vorms
b) El factor de potencia de entrada (PF)
c) La corriente promedio de cada Tiristor Ia
d) La corriente rms de los Tiristores Ir
SOLUCIÓN.-
Para a)
Vo= Vorms= Vs[ 1π (π−θ+ sen2θ2 )]12 =
120√2 = 84.85 V
Para b)
Po= Io*Vo= Vo2
R =720 W
Ps= Is*Vs= 8.4353*120= 1018.236 W
Io= VoR = 8.4853 A
PF = PoPs =
720W1018W = 0.7071 (lagging)
Para c)
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Ia max= 12π ∫
0
2π
I (wt )d(wt )
Solucionando la integral se obtiene:
It average= √2(120)2π (10) [1+cos π2 ]= 2.7 A
Para d)
It rms= 12π ∫
0
π
[√2∗VsRsen wt ]
2
d (wt)
Solucionando la integral:
Itrms = Vs√2∗R [ 1π (π−θ+ sen2θ2 )]
12 =
V orms
√2∗R = 6 V
4° SIMULACION.-
El siguiente laboratorio se desarrolló con el programa PSIM, en el presente
informe se coloca las capturas de pantalla:
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13° BIBLIOGRAFÍA.-
Electrónica de potencia, circuitos, dispositivos y aplicaciones. Muhammad Rashid,
prentice hall hispanoamericana, S.A. 1993
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