informe potencia nº1

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR

DE SAN MARCOS

(Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA, ELECTRICA Y

TELECOMUNICACIONES

EL SCR

CURSO : Electrónica de Potencia I

PROFESOR : Dra. Teresa Núñez Zúñiga

CICLO : IX

ALUMNOS : Medina López Walter

08190139

ELECTRONICA DE POTENCIA I UNMSM

Ciudad Universitaria, Septiembre 2012

CUESTIONARIO

1. Haga una introducción teórica de los SCR.El SCR (SCR (Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio, Figura 1), es un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la disposición pnpn (Figura 2). Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional ((sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.

Figura 1: Símbolo del SCR. Figura 2: Estructura básica del SCR.

Este semiconductor que presenta dos estados estables: en uno conduce, y en otro está en corte (bloqueo directo, bloqueo inverso y conducción directa).El parámetro principal de los rectificadores controlados es el ángulo de retardo.Como lo sugiere su nombre, el SCR es un rectificador, por lo que pasa corriente sólo durante los semiciclos positivos de la fuente de AC. El semiciclo positivo es el semiciclo en que el ánodo del SCR es más positivo que el cátodo. Esto significa que el SCR no puede estar encendido más de la mitad del tiempo. Durante la otra mitad del ciclo, la polaridad de la fuente es negativa, y esta polaridad negativa hace que el SCR tenga polarizaci6n inversa, evitando el paso de cualquier corriente a la carga.El objetivo del rectificador controlado de silicio SCR es retardar la entrada en conducción del mismo, ya que como se sabe, un rectificador controlado de silicio SCR se hace conductor no sólo cuando la tensión en sus bornes se hace positiva (tensión de ánodo mayor que tensión de cátodo), sino cuando siendo esta tensión positiva, se envía un impulso de cebado a puerta.

2. Indique el modelo equivalente con transistores.La acción regenerativa o de enganche de vida a la retroalimentación directa se puede demostrar mediante un modelo de SCR de dos transistores. Un SCR se puede considerar como dos transistores

INGENIERIA ELECTRONICA 2


complementarios, un transistor PNP, Q1, y un transistor NPN, Q2, tal y como se demuestra en la figura. La corriente del colector IC de un SCR se relaciona, en general, con la corriente del emisor IE y la corriente de fuga de la unión colector-base ICBO, como

Ic = IE + ICBO…………………….. (1)La ganancia de corriente de base común se define como =IC/IE. Para el transistor Q1 la corriente del emisor es la corriente del ánodo IA, y la corriente del colector IC1 se puede determinar a partir de la ecuación (1):

IC1 = IA + ICBO1……………….…. (2)

a) Estructura básica b) Circuito equivalenteFig. Modelo de tiristor de dos terminales.

Donde alfa1 es la ganancia de corriente y ICBO1 es la corriente de fuga para Q1. En forma similar para el transistor Q2, la corriente del colector IC2 es:

IC2 = 2IK + ICBO2………………………… (3)Donde 2 es la ganancia de corriente y ICBO2 es la corriente de fuga correspondiente a Q2. Al combinar IC1 e IC2, obtenemos:

IA = IC1 + IC2 = 1IA + ICBO1 + 2IK + ICBO2………………………. (4)Pero para una corriente d compuerta igual AIG, IK=IA+IG resolviendo la ecuación anterior en función de IA obtenemos:

IA = 2IG + ICBO1 + ICBO2…………………………. (5)

3. Qué es la tensión de disparo V gk y la corriente de mantenimiento IH .Tensión de disparo (V ¿¿ gk )¿ : Es el voltaje necesario que se aplica a la compuerta para que el SCR entre en conducción. Este impulso debe durar un tiempo suficiente para que se active el dispositivo y la corriente de ánodo alcance hasta un valor denominado corriente de retención condicionada o corriente de enganche.

Corriente de mantenimiento (IH): También llamada corriente de sostenimiento, es el valor de corriente por abajo del cual el SCR cambia del estado de conducción a la región de bloqueo directo bajo las condiciones establecidas.



4. Simule con PSPICE u otro simulador cada uno de los circuitos de esta experiencia y presente resultados, para saber qué es lo que observara en la práctica.

CIRCUITO FIGURA 2

Condiciones para el diseño:IH=5mAI ¿=1mAV ¿=0.6V

El propósito de R2 es mantener una resistencia fija en la terminal de la compuerta, aun cuando RV 1 sea cero. Esto es necesario para proteger la compuerta contra sobrecargas. Esta resistencia también determina el ángulo de retardo de disparo mínimo

Con el switch abierto el voltaje ánodo-cátodo es aproximadamente igual a la fuente AC ya que el dispositivo no está en conducción porque la magnitud del voltaje de la fuente AC es mucho menor que el voltaje necesario entre ánodo y cátodo con polarización directa para que SCR entre en “encendido” sin necesidad de corriente en la compuerta.

Con el switch cerrado, para un valor instantáneo de voltaje AC, el SCR entra en conducción consideramos RV 1=0 y R2=250 para limitar la corriente

Entonces se cumple: V AC = I ¿ (R1 + R2) + V ¿

Reemplazando: V AC = (1mA)*(100Ω) + 0.6V

Por lo tanto:


R1

56

R2100

89%

RV110k

SW1

SW-SPST

U1SCR

R1(1) R2(1) Vak


V AC = 0.7V Entonces se tiene lo siguiente;

sen (α )= 0.712.72

Por lo tanto:α=3.15 °

Consideremos el potenciómetro con un valor de 10K, se tiene:V AC = I ¿ (R1 + R2) + V ¿

Reemplazando: V AC = (1mA)*(10.1K) + 0.6V

Se obtiene:V AC = 10.7V

Entonces se tiene lo siguiente:

sen (α )= 10.712.72

Por lo tanto:α=57.27 °

El ángulo para nuestro diseño varía entre 3.15° y 57.27°Pero teóricamente para este circuito el ángulo de disparo varía entre 0 y 90° Una desventaja de este circuito de disparo sencillo está en que el ángulo de retardo de disparo.



CIRCUITO FIGURA 3

Como la fuente es un transformador su frecuencia es de 60Hz.

Entonces el periodo (T) es: T=16.67ms

Cuando la fuente de CA es negativa, el voltaje inverso el voltaje inverso a través del SCR es aplicado al circuito de disparo cargando negativamente al capacitor.

Cuando la fuente entra a su ciclo positivo el voltaje en directa tiende a cargar a C.

En la dirección opuesta. Sin embargo la acumulación de voltaje en esta dirección es retardada hasta que la carga negativa es removida. Este retardo en la aplicación de un voltaje positivo puede ser extendido más allá del punto de los 90°.

Para este caso el valor del α varía desde 0° hasta más de 90°.

Condiciones para el diseño:I ¿=1mA


R2100

22%

RV15K

C14.7u

SW1

SW-SPST

R1

56

U1SCR

R1(1)R2(1) Vak


V ¿=0.6VIH=5mA

Para nuestro circuito el valor del capacitor es de:C=4.7uF

Ahora obtenemos que:R2=100Ω Y RV 1=5KΩ

Por lo tanto:t=(R2+RV 1 )∗C=23.97ms

CIRCUITO FIGURA 4

Condiciones para el diseño:


12V

R1220

91% 10K

R2100

R3100

88%

RV21k

SW1

SW-SPST

U1

SCR

mA

+10.7


IH=5mAI ¿=1mAV ¿=0.6V

El potenciómetro de 10K sirve para obtener la corriente IH .El potenciómetro de 1K sirve para generar la corriente I g.Con el switch abierto no hay corriente de compuerta, el SCR no conduce y el voltaje ánodo-cátodo es aproximadamente 12V, la corriente I = 0 y el V d=0 (potenciómetro = 0)

Con el switch cerrando y conforme se va aumentando la magnitud del potenciómetro 2 el SCR entra en conducción en este instante se cumple:

V d=V ¿+ I g∗R2

Reemplazando: V ¿=I 2∗R3

Pero:

I 2=0.6V

10 0Ω=6mA

También: I g=I ¿+ I 2

I g=1mA+12mA

Por lo tanto:I g=7mA

Reemplazando en la ecuación anterior: V d=V ¿+ I g∗R2

V d=0.6V +(7mA∗10 0Ω)Por lo tanto:

V d=1.3VSi se abre el switch el SCR no varía su estado de conducción pero el voltaje V d toma el valor de 12V, la corrienteI g=0 y el voltaje V gk=0La corriente que fluye por el ánodo (I) lo determina el circuito esta corriente debe ser mayor que la corriente de mantenimiento IH para que el SCR siga en estado de conducción. Se cumple:

12V=I (R1 )+1V

12V=I (22 0Ω)+1V

I= 11V220Ω

=5 0mA

Variando el potenciometro1 (aumentando) se llega a un valor tal que se llega al bloqueo de la corrienteSe cumple:

12V=IH (R΄)+1VComo:

IH=5mAEntonces:

R΄= 11V5mA

=2.2K

Por lo tanto:



R΄=2.2k=220+RV 1

Entonces:RV 1=1.98K


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