DESCRIPCION DEL PROYECTO

En el presente trabajo se presenta el diseño de un rectificador monofásico controlado por fase (convertidor CA/CD). El circuito consta de tres partes principales: la etapa de control, la etapa de potencia y el acoplamiento entre etapas. Este tipo de convertidores son utilizados en la industria para operar en dos cuadrantes, generalmente para el control de motores CD. Las partes que integran este circuito son basadas en conocimientos básicos de electrónica.

Para simplificar la descripción del circuito convertidor CA/CD, este se divide en tres partes generales que serán detalladas a continuación:

A. Etapa de control

B. Etapa de acoplamiento

C. Etapa de potencia

Etapa de control

En el puente controlado, debido a las propiedades de los elemento de potencia, al variar el ángulo de disparo α de los SCR’s, el voltaje promedio de salida Vcd también cambiará. Para una carga altamente inductiva. Cual puede controlar la velocidad de un motor de corriente continua.

I.- Comparador 1.

II.- Integrador.

III.- Comparador 2.

IV.- Generador del pulso de disparo .

Cada una de ellas serán expuestas a continuación.

Comparador 1

Esta etapa pretende ubicar el cruce por cero entre las fases por medio de comparaciones. Para ello se utiliza los transformadores de aislamiento, encargados de reducir el voltaje de línea de 120VRMS con respecto al neutro, hasta 6 VRMS. Así, se pretende hacer una comparación entre dichas señales y generar el pulso de activación.

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Integrador.

La salida de cada uno de los comparadores, la cual es un pulso cuadrado, controla la generación de un voltaje de rampa que son obtenidos a partir de un circuito integrado.

Fig. 1

La señal de los comparadores actúa como reset del circuito integrador. De manera que cuando un voltaje entre línea y línea es positivo, el voltaje de rampa se activa. El circuito fue implementado con amplificadores operacionales y JFET’s, tal y como se muestra en la Fig. 2.

Fig. 2

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Comparador 2

Para lograr activar las compuertas de los SCR’s con el ángulo de disparo deseado, se compara la señal de rampa con un voltaje de referencia. La cual esta implementada por un potenciómetro que hará una variación de 0V hasta5V, ver Fig. 4. Por lo que, la señal de referencia específica el ángulo de disparo α a través de la relación: 0V →0°y 5V →180°.

Fig.3

Generación del pulso de disparo.

Finalmente, debe generarse un pulso de disparo, el cual debe tener la amplitud necesaria para una correcta activación. De acuerdo con la Fig. 4, cuando el nivel de rampa es mayor que el de referencia se genera un pulso negativo que pone en saturación a un JFET de canal n. Esta señal se hace pasar una red RC y así se producirá el pulso de disparo regulado mediante el diodo Zener mostrado en la Fig. 5.

Fig. 4

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Entre etapas.

El acoplamiento entre la etapa de control y la etapa de potencia se realizó mediante el opto-acoplador MOC3011,. Esto es para aislar la etapa de control, la cual trabaja con niveles bajos de voltaje, de la etapa de potencia y así evitar posibles daños en el circuito debido a fallas eléctricas.

Fig.7. MOC3011 utilizado para acoplar la etapa de control con la etapa de potencia

Etapa de potencia.

La etapa de potencia la conforman 6 SCR’s. Cada SCR tiene una red Snubber y un circuito de acoplamiento para la activación de las compuertas, como se muestra en la Fig. 8.

Fig. 8

En la Figura 8 se representa el esquema, el circuito de control se encarga de disparar parejas de tiristores a partir de un ángulo α medido a partir del punto de cruce entre diferencia de tensiones máximas o tensión compuesta hacia la salida que se determina tal y como se vio para el rectificador no controlado, es útil un diagrama fasorial desfasado un ángulo α en retraso, que permite calcular la tensión de salida como la máxima proyección sobre el eje horizontal positivo de las tensiones compuestas

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DIAGRAMA DE BLOQUES

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IMPLEMENTACION Y RESULTADOS.

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DESCRIPCION DE MATERIALES A UTILIZAR PARA LA REALIZACION DEL CIRCUITO

Amplificador operacional cuádruple de baja potencia

El LM324 está compuesto por cuatro amplificadores operacionales de alta ganancia, diseñados para trabajar con fuente de alimentación simple. Sin embargo, también son capaces de funcionar con una fuente de alimentación doble.

Se puede utilizar para aplicaciones tales como: Bloques de ganancia DC, amplificadores y en cualquier circuito típico con amplificadores operacionales. Los cuales ahora son mas sencillos de implementar utilizando alimentación simple. Por ejemplo, el LM324 puede funcionar directamente a la tensión de 5V, tensión utilizada habitualmente en electrónica digital, sin necesidad de implementar otra fuente de alimentación doble de +/- 15Vdc.

Características especiales

Trabajando en la zona lineal, el rango de tensión de entrada en modo común incluye masa. Y la tensión de salida también puede aproximarse a masa, incluso cuando se trabaja con alimentación simple.

La ganancia de frecuencia unitaria está compensada con la temperatura. La intensidad de polarización de entrada (Input bias current) está también

compensada con la temperatura

Ventajas

Se elimina la necesidad de fuentes de alimentación dobles. Cuatro amplificadores operacionales en un solo componente. Permite entradas cercanas a GND (masa) y la tensión de salida también llega GND. Bajo consumo de energía, apropiado para funcionar a baterías.

Características

Internamente compensado en frecuencia para ganancia unidad Alta ganancia en DC (100 dB) Gran ancho de banda (ganancia unidad) 1MHz (compensada con la temperatura) Alto rango de alimentación: Alimentación simple: entre 3V y 32V Alimentación doble: entre +/- 1,5V y +/- 16V Consumo de corriente muy bajo (700 µA) independiente de la alimentación

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Muy baja corriente de polarización de entrada (45 nA) (compensado con la temperatura)

Bajo offset de voltaje de entrada (2mV) y offset de corriente (5 nA) El rango de voltaje de entrada en modo común incluye masa. El rango de voltaje diferencial en la entrada es igual al voltaje de alimentación. Excursión máxima del voltaje de salida: desde 0V hasta V+ - 1,5V

EL DIODO ZENER

Una aplicación importante de los diodos zener es regular voltaje para producir voltajes de referencia estables para usarlos en fuentes de alimentación, voltímetros y otros instrumentos.

En esta sección verá cómo el diodo zener mantiene un voltaje de cd casi constante en condiciones de operación apropiadas. También aprenderá las condiciones y las limitaciones para el uso apropiado del diodo zener y los factores que afectan su desempeño

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Ruptura Zener

Los diodos zener se diseñan para operar en condición de ruptura en inversa; en un diodo tal, los dos tipos de ruptura en inversa son la de avalancha y zener. El efecto de avalancha, que se describe en el capítulo 1, ocurre tanto en diodos rectificadores como en los zener a un voltaje inverso suficientemente alto. La ruptura zener ocurre en un diodo zener a voltajes en inversa bajos. Un diodo zener se dopa en exceso para reducir el voltaje de ruptura; esto crea una región de empobrecimiento muy estrecha. En consecuencia, existe un intenso campo eléctrico adentro de la región de empobrecimiento. Cerca del voltaje de ruptura zener (VZ), el campo es suficientemente intenso para jalar electrones de sus bandas de valencia y crear corriente.

Los diodos zener con voltajes de ruptura de menos 5 V operan predominantemente en ruptura zener. Aquellos con voltajes de más de 5 V operan predominantemente en ruptura de avalancha.

Ambos tipos, sin embargo, se conocen como diodos zener. Los diodos zener están comercialmente disponibles con voltajes de ruptura de menos de 1 V hasta más de 250 V, con tolerancias especificadas de 1 a 20 por ciento.

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CONCLUSION

Un motor de excitación independiente tiene la ventaja de regular su velocidad.

Para simplificar la descripción del circuito convertidor CA/CD, este se divide en tres partes generales que serán detalladas a continuación:

Etapa de control,

Etapa de acoplamiento,

Etapa de potencia

Hemos podido constatar que se puede realizar un control de velocidad a partir de un rectificador controlado monofásico.

También constatamos que utilizando tiristores en lugar de diodos, en estos circuitos es posible, regular el valor medio de la tensión de salida variando el desfase entre el paso por cero de la tensión de red y el disparo de los tiristores (ángulo de disparo, simbolizado por α).

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BIBLIOGRAFÍA

LIBROS:

Electrónica de potencia de Rochid

Electronica de potencia William Hart

Internet:

http://robots-argentina.com.ar/MotorCC_ControlAncho.htm

Programa:

Live wire-profesional.

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