laboratorio electronica de potencia

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Electrnica de Potencia:

Laboratorio

Alexander Bueno Montilla Universidad Simn Bolvar Departamento de Tecnologa IndustrialEnero 2008

Captulo 1

Laboratorio de Electrnica Industrial1.1. Objetivo:La ejecucin del Laboratorio de Electrnica Industrial permitir al estudiante de Tecnologa Elctrica y Electrnica consolidar de forma prctica sus conocimientos tericos sobre los distintos puentes convertidores de potencia analizados durante el curso de Electrnica Industrial (TI - 3113). Adicionalmente conocer algunas de las aplicaciones de los autmatas programables P. L. C. , los cuales son utilizados en el control y supervisin de procesos industriales y con un mayor auge en el control de mquinas elctricas. Logrando as la Formacin Bsica para un desempeo profesional satisfactorio en est rea de alta demanda en la Industria de Manufactura Nacional.

1.2.

Estructuracin del curso:1: Puente Recticador de Media Onda. 2: Puente Recticador Monofsico y Trifsico. 3: Puentes Recticadores De Media Onda Controlado Y Controlador AC - AC. 4: Fuentes por Conmutacin o Chopper. 5: Inversores. 6: Control de Velocidad de Motores Elctricos de Campo Rotante. 7: Calidad de Servicio Elctrico. 8: Autmatas Programables P.L.C. 9: Prctica Especial.

PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA1.3.

Evaluacin:

Cada una de las secciones de prctica se evaluara de la siguiente forma:

Preinforme Laboratorio Informe

25 % 50 %

25 %

1

CAPTULO 1.

LABORATORIO DE ELECTRNICA INDUSTRIAL

2

1.4.

Notas:Mantenga el circuito conectado slo para realizar mediciones. No Conecte el circuito sin autorizacin del Profesor o Preparador. Se prohibe el uso de prendas metlicas en el laboratorio. El estudiante que no entregue el prelaboratorio no podr realizar la prctica. La prdida de una prctica injusticada signica la prdida del laboratorio en su totalidad.

Captulo 2

PRACTICA 1: Puentes Recticadores de Media Onda2.1. Material a utilizar:Diodo 1N4007 Bobina de

223mH

y

60.y

Resistencia de

1k, 10 k

2k.o de papel)

Condensadores de

0,1y 0,01F (Cermico

2.2.

Prelaboratorio:Analice el funcionamiento, importancia, esquema y aplicacin de los circuitos auxiliares de conmutacin o snubber dentro de la electrnica de potencia. Contenido armnico y factor de distorsin de tensiones y corrientes para los diferentes Snubber. Investigue y disee un circuito de disparo para el puente recticador de media onda controlado. Para el puente recticador de media onda no controlado de la gura 2.1. Calcule analticamente:

ngulo de extincin de la corriente. Valor medio y ecaz de la corriente y tensin sobre la carga. Factor de distorsin armnica y rizado de la tensin y corriente.

Para el puente recticador de media onda no controlado con diodo de descarga libre de la gura 2.2. Calcule analticamente:

Valor medio y ecaz de la corriente y tensin sobre la carga. Factor de distorsin armnica y rizado de la tensin y corriente.

Evale las perdidas elctricas sobre los diodos del circuito de la gura 2.1 y 2.2. Adicionalmente, verique sus especicaciones trmicas. Especique los instrumentos a utilizar en el laboratorio y el protocolo de medicin a utilizar durante la actividad practica.

3

CAPTULO 2.

PRACTICA 1: PUENTES RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA

4

2.3.

Laboratorio:

Realice el montaje del circuito de la gura 2.1 y 2.2. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Adquiera con el osciloscopio las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga. Determine el ngulo de extincin de la corriente. Compare las formas de onda y valores medios y efectivos de tensin y corriente para el circuito de la gura 2.1, al utilizar o no el circuito snubber con dos resistencias distintas. Obtenga la forma de onda en rgimen transitorio y permanente del puente recticador no controlado de media onda con diodo de descarga libre. Adicionalmente, evale el tiempo necesario para que el circuito alcance el rgimen permanente, en funcin de la constante de tiempo de la carga. Determine el contenido armnico introducido al sistema de potencia por los recticadores de la gura 2.1 y 2.2. Alimente los circuitos de la gura 2.1 y 2.2 con el variac del mesn al 25 % , 50 % y 75 % de la tensin nominal y adquiera las formas de onda de tensin y corriente. Utilice el mejor de los snubber para esta parte

2.4.

Informe:Compare los resultados tericos y experimentales. Compare las formas de onda obtenidas de tensin y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. Analice, compare y discuta los resultados obtenidos. Estime al inductancia de dispersin del variac para

25 %, 50 %

y

75 %

de la tensin nominal.

El contenido armnico de la fuente se afecta por el uso o no del circuito auxiliar de conmutacin.

2.5.

Montajes sugeridos para el laboratorio

Figura 2.1: Puente recticador no controlado de media onda

CAPTULO 2.

PRACTICA 1: PUENTES RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA

5

Figura 2.2: Puente recticador de media onda con diodo de descarga libre

Captulo 3

PRACTICA 2: Puentes Recticadores Monofsicos y Trifsicos3.1. Material a utilizar:Diodo 1N4007 Bobina de

223mH 1k

y y

60 2k.

Resistencia de Resistencia de

120 0,1F

Condensador de

3.2.

Prelaboratorio:Analice los puentes convertidores en condicin continuada y no continuada a nivel de forma de onda, contenido armnico y factor de distorsin. Investigue sobre el efecto de la inductancia de fuente sobre los puente recticadores y su impacto a nivel de contenido armnico. Para el puente recticador monofsico de la gura 3.1. Calcule para la carga RL y la resistencia de

120: Valor medio y ecaz de la corriente y tensin sobre la carga. Factor de distorsin armnica y rizado de la tensin y corriente. Valor mnimo de la corriente en rgimen permanente.

Para el puente recticador trifsico de la gura 3.2. Calcule para la carga RL y la resistencia de

120:

Valor medio y ecaz de la corriente y tensin sobre la carga. Factor de distorsin armnica y rizado de la tensin y corriente. Valor mnimo de la corriente en rgimen permanente.

Evale las perdidas elctricas sobre los diodos del circuito y verique sus especicaciones trmicas, para todas las condiciones de operacin anteriores. Especique los instrumentos a utilizar en el laboratorio y el protocolo de medicin a utilizar durante la actividad practica. Estime la cada de tensin para ambos recticadores si se utiliza el variac del laboratorio a 25 % , 50 % y 75 % de la tensin nominal con carga RL.

6

CAPTULO 3.

PRACTICA 2: PUENTES RECTIFICADORES MONOFSICOS Y TRIFSICOS

7

3.3.

Laboratorio:Realice el montaje del circuito de la gura 3.1. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Dibuje las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga y lnea monofsica. Sustituya la resistencia de

120

por la bobina y repita la experiencia.

Realice el montaje del circuito de la gura 3.2. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Dibuje las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga y la lnea trifsica. Sustituya la resistencia por tres bobinas o conecte una bobina en serie con la resistencia de

120

y repita la experiencia.

Obtenga la forma de onda en rgimen transitorio y permanente del puente recticador monofsico y trifsico. Adicionalmente, evale el tiempo necesario para que el circuito alcance el rgimen permanente en funcin de la constante de tiempo de la carga. Repita la experiencia de los puntos anteriores alimentando el puente recticador a travs de un variac monofsico o trifsico segn el caso para 25 % , 50 % y 75 % de la tensin nominal y evalu la mueca producida. Evalu el contenido armnico en el sistema de potencia y a la entrada del recticador monofsico y trifsico, para todas las condiciones de operacin estudiadas en la prctica.

3.4.

Informe:Compare los resultados tericos y experimentales. Compare las formas de onda obtenidas de tensin y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. Analice y discuta los resultados obtenidos.

3.5.

Montajes Sugeridos

Figura 3.1: Puente Recticador no Controlado Monofsico

Figura 3.2: Puente Recticador no Controlado Trifsico

Captulo 4

PRACTICA 3: Puentes Recticadores de Media Onda Controlado y Controlador AC - AC4.1. Material a utilizar:Tiristor C -106 Bombillo de Diac. Bobina de Triac

60W .

223mH .

3Amp 1k 0,1Fde papel o cermico.

Resistencia de

Condensador de

4.2.

Prelaboratorio:Explique brevemente el funcionamiento del Diac y S.C.R. Investigue las caractersticas de los disponibles en el almacn y como probarlo en el laboratorio. Explique el funcionamiento del circuito de la gura 4.1 y realice los clculos de las resistencias y capacitancia para obtener un ngulo de disparo de A. Analice la posibilidad de conectar en el puente en vez de un tiristor, un triac o dos tiristores en antiparalelo. Realice los clculos de ngulo de apagado si se conecta el circuito de la gura 4.1, con una carga resistiva inductiva, con un ngulo de encendido de

38

y

110.

Utilice como ejemplo de clculo el anexo

38

y

110.

Evale las perdidas elctricas sobre el tiristor del circuito y verique sus especicaciones trmicas. Realice los clculos de tensin y corriente tanto media, como efectiva para el puente recticador de media onda controlado y controlador AC - AC con ambos ngulos de disparo, alimentando la carga resistiva inductiva del laboratorio. Especique los instrumentos a utilizar en el laboratorio y el protocolo de medicin a utilizar durante la actividad practica.

8

CAPTULO 4. PRACTICA 3: PUENTES RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA CONTROLADO Y CONTROLADOR

4.3.

Laboratorio:Realice el montaje del circuito de la gura 4.1, con un bombillo como carga. Verique el ngulo de disparo de la componente. Dibuje las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga. Invierta la posicin del tiristor y verique la operacin del puente. Coloque el circuito snubber y repita la experiencia para ambos ngulos de disparo. Coloque la bobina y verique los ngulos de disparo. Dibuje las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Invierta la posicin del tiristor y verique la operacin del puente. Coloque el circuito snubber y repita la experiencia para ambos ngulos de disparo. Coloque un Triac al circuito de la gura 4.1 y obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados para ambas cargas (Bombillo y Bobina). Dibuje las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga. Coloque el circuito snubber y repita la experiencia para ambos ngulos de disparo. Determine el contenido armnico en el sistema de potencia para cada una de las topologas del circuito, cargas y ngulos de disparos estudiados.

4.4.

Informe:Compare los resultados tericos y experimentales. Compare las formas de onda obtenidas de tensin y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. Explique el efecto de cada componente del circuito de disparo sobre el valor de de alfa puede suministrar al tiristor este circuito de disparo. Explique por que el circuito de disparo no funciona igual cuando se invierte la posicin del tiristor. Investigue sobre otros circuitos de disparo para tiristores y triac. Analice y discuta los resultados.

.

y entre que valores

4.5.

Montajes Sugeridos

Figura 4.1: Puente recticador de media onda controlado

Captulo 5

PRACTICA 4: FUENTES POR CONMUTACIN O CHOPPER5.1. Material a utilizar:Fuente de tensin DC. LM 555 Transistor ECG 130 / ECG 186 IC 74LS123 Diodo 1N4004 o 1N4007 Bobina de Filtro: Bobina de

223mH .

0,06mH .

(Fabricada por usted) Electroltico de por lo menos

Condensador de

2200F

16V .

5.2.

Prelaboratorio:Analice el efecto del ltro LC sobre las formas de onda y mediciones elctricas. Investigue sobre el clculo de la frecuencia de corte de los ltros pasa bajos y sus diferentes topologas. Investigue la operacin del LM 555 y como se ajusta la frecuencia de operacin Explique el funcionamiento y operacin del circuito de la gura 5.2. Disee el circuito de control del chopper de la gura 5.2, a partir de un LM555 ajustado a un ciclo de trabajo del del chopper entre un

1 kHz con 50 % y un monoestable TTL 74LS123 que permita variar la razn de conduccin 30 % y un 90 %

Evale las prdidas elctricas sobre el Transistor del circuito (Bloqueo, Conduccin y Conmutacin) y verique sus especicaciones de potencia. Calcule el valor de las componentes adicionales del circuito y la frecuencia de corte del ltro. Disee y construya la bobina de

0,06mH

10

CAPTULO 5.

PRACTICA 4: FUENTES POR CONMUTACIN O CHOPPER

11

Recuerde que la inductancia se calcula como:

L = N 2 =

N2

=

N 2 0 r AT l

(5.1)

Para un solenoide de ncleo de aire como el de la gura 5.1 , se puede calcular la inductancia como:

L=donde:

0,395 N 2 r2 H l

(5.2)

l

y

r

estn dadas en

cm.

Figura 5.1: Solenoide con ncleo de aire

5.3.

Laboratorio:Verique la operatividad de su diseo en el circuito de control del chopper Realice el montaje del circuito de la gura 5.2. Verique el rizado de la tensin sobre la carga con el ltro pasa bajo y sin este. Dibuje la forma de tensin y corriente en la carga para un rango de razones de conduccin.

5.4.

Informe:Compare los resultados tericos y experimentales. Compare las formas de onda obtenidas de tensin y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. Compare los resultados de utilizar en el chopper un ltro pasa bajos o no. Comente las ventajas y desventajas del circuito de disparo propuesto.

CAPTULO 5.

PRACTICA 4: FUENTES POR CONMUTACIN O CHOPPER

12

5.5.

Montajes Sugeridos

Figura 5.2: Fuente por conmutacin o chopper a transistores

Captulo 6

PRACTICA 5: INVERSORES6.1. Material a utilizar:Transistor: ECG 123 Transistor: ECG 159 Diodo 1N4004 / 1N4007 Compuerta TTL LS7404 Resistencias de LM 555

1 k

y

2 k

6.2.

Prelaboratorio:Estudie la teora del inversor monofsico de dos y cuatro interruptores. Estudie la utilizacin del transistor como interruptor y su especicacin por prdidas. Explique el impacto de la variacin del ndice de modulacin de amplitud y frecuencia en el control de inversores desde el punto de vista de: valor efectivo de la fundamental de tensin y espectro armnico de la tensin. Explique el funcionamiento del inversor tipo puente H de la gura 6.1 (en detalle). Nota

R1,8 = 2 K,

R2,3,4,5,6,7 = 1 k, T1,3,4,5,6,8 = ECG123ciones de potencia.

y

T2,7 = ECG159

Evale las perdidas elctricas sobre los Transistores principales del circuito y verique sus especica-

Plantee las modicaciones del circuito para sustituir la compuerta negadora por un transistor en esta misma conguracin y el generador de seales por un reloj LM 555 ajustado aun 1 kHz y un ciclo te trabajo del 50 %.

6.3.

Laboratorio:Realice el montaje del circuito de la gura 6.1. Realice mediciones y dibuje las forma de onda de la tensin y corriente sobre la carga. Vare la forma de onda y frecuencia del generador de seales. Sustituya el generador y la compuerta negadora por un transistor

ECG123

y un reloj LM 555.

Compare los resultados obtenidos con el generador de seales y el reloj LM 555. Evalu el contenido armnico de la tensin y corriente en la carga.

13

CAPTULO 6.

PRACTICA 5: INVERSORES

14

6.4.

Informe:Compare los resultados tericos y experimentales. Compare las formas de onda obtenidas de tensin y corriente sobre la carga con respecto a las presentadas en clase ante las variaciones de forma de onda y frecuencia del generador. Resalte de las formas de onda obtenidas los puntos de inters para las dos conguraciones del puente inversor con y sin generador de seales:

Corriente que circula por los diodos. Corriente que circula por los transistores.

Realice las variaciones necesarias para que el circuito de la gura 5.2 se puedan sustituir los transistores del inversor por transistores NTE 130. Adicionalmente, calcule las nuevas especicaciones de tensin, corriente y potencia que podra manejar este nuevo inversor.

6.5.

Montaje Sugerido

Figura 6.1: Inversor monofsico tipo puente H a transistores

Captulo 7

PRACTICA 6: CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES AC7.1. Material a utilizar:Inversor Trifsico . Motor de Induccin Trifsico ABB 3~M2QA112M4A. Variador de velocidad Danfoss VLT 5000 Puntas de Corriente para osciloscopio. Osciloscopio Digital Tektronix. Puntas de Tensin x100 Tektronix Diferenciales.

7.2.

Prelaboratorio:Explique la estrategia de control directo de par y ujo de la mquina de induccin y explique el esquema de control de velocidad y posicin utilizado la estrategia de DTC. Estudie los ajustes, ventajas y desventajas del variador de velocidad disponible en el laboratorio. Estime los parmetros del motor y ajustes del variador para la mquina ABB 3~M2QA112M4A. Explique el procedimiento de alineacin de dos mquinas elctricas. Realice el esquema de conexin del variador y motor de induccin para ser cargado por el eje con un motor de corriente continua independiente a su par nominal ( Incluya los instrumentos de medicin para adquirir de todas las variables). Explique como se dimensiona la resistencia de frenado de un variador de velocidad y cual es su funcin dentro del esquema de control. Explique como se realiza el proceso de estimacin de velocidad en motores de induccin sin sensores acoplados al eje. Investigue sobre las limitaciones mecnicas de los rodamientos de balines y los acoples para los ejes de mquinas elctricas.

15

CAPTULO 7.

PRACTICA 6: CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES AC

16

7.3.

Laboratorio:Realice el montaje del variador de velocidad. Observe y dibuje las forma de onda de la tensin y corriente en el motor y la lnea de alimentacin. Realice la curva par - velocidad y potencia - velocidad. Calcule la frecuencia de conmutacin de los transistores del inversor trifsico cuando opera a

30, 50 y 60 Hz .

Vare la referencia de par de salida del inversor y observe el cambio de velocidad del motor. Coloque el motor a par nominal y levante su caracterstica trmica. Adquiera la tensin en bornes del motor al desconectarse. Adquiera el contenido armnico de la tensin y corriente en bornes del variador y motor en dos puntos de operacin diferentes. Adquiera las formas de onda de tensin y corriente en bornes del variador y motor en dos puntos de operacin diferentes. Nota: No utilice el Inversor con frecuencias superiores a 90 Hz.

7.4.

Informe:Compare los resultados tericos y experimentales. Compare las formas de onda obtenidas de tensin y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. Calcule el contenido armnico de la seal de voltaje aplicado en bornes de motor y sistema de potencia. Discuta los resultados obtenidos y explique la razn por la cual aparece tensin en los bornes de la mquina posterior a su desconexin del convertidor esttico.

Captulo 8

PRACTICA 7: Calidad de Servicio Elctrico8.1. Material a utilizar:Contactor trifsico con bobina de control en AC.

8.2.

Prelaboratorio:Dena calidad de servicio y la clasicacin de las perturbaciones segn su tiempo de duracin. Explique el funcionamiento de un polo de sombra en los contactores y donde esta ubicado. Realice los diagramas de conexin para determinar la tensin umbral de funcionamiento y el sag mnimo de rgimen permanente para un contactor. Investigue sobre la normativa venezolana de calidad de servicio elctrico (Gaceta Ocial N 5.730 Extraordinario del 23 de septiembre de 2004). Investigue sobre la recomendacin de la IEEE Reccommended Practices and Requirements for Harmonics Control in Electrical Power Systems. Std 519-1992.

8.3.

Laboratorio:Determine la tensin umbral de funcionamiento y el sag mnimo de rgimen permanente para el contactor bajo condiciones de operacin con carga en dos puntos de operacin diferentes y en vaco. Determine las tensiones y corrientes en los bornes de fuerza para la condicin anterior. Determine el sag que produce el arrancador delta estrella del laboratorio durante el proceso de arranque del motor de induccin que conforma el grupo convertidor electromecnico de frecuencia.

8.4.

Informe:Comente los resultados obtenidos en la prctica. Clasique de acuerdo a la normativa internacional y nacional el sag medido durante el arranque del motor de induccin.

17

Captulo 9

PRACTICA 8: Autmatas Programables P.L.C.9.1. Material a utilizar:Autmata programable P.L.C. y mdulo de programacin. Motor de Induccin 3 de 2 hp. Contactores. Bombillos de 60 W. con bases.

9.2.

Prelaboratorio:Estudie las caractersticas de operacin de un autmata programable, sus potencialidad, limitaciones y programacin. Disee el control de un semforo inteligente de transito de 3 luces.

Luz roja = salida 51 tiene una duracin de 15 segundos. Luz amarilla = salida 52 tiene una duracin de 3 segundos. Luz verde = salida 53 tiene una duracin de 15 segundos. El semforo para cambiar de luz roja a verde posee un estado intermedio en donde la luz roja esta encendida con la amarilla intermitente durante 5 segundos. La secuencia de luces ocurre indenidamente, siendo interrumpida por una seal proveniente desde un reloj mecnico que coloca el semforo con luz amarilla intermitente en la madrugada y este permanece de esta manera hasta que la seal del reloj externo desaparezca. esta seal es introducida por la entrada 01.

Disee un circuito de control que permita el control de un portn automtico de estacionamiento, el cual funciona de la siguiente manera:

S1: Pulsador con llave que ordena la apertura del portn y enciende una seal luminosa intermitente para los peatones. (Entrada 00). LS1: Microswitch que detecta que el portn esta completamente abierto y coloca la seal luminosa ja. (Entrada 01). LS2: Microswitch que detecta que el portn esta completamente cerrado y desconecta la seal luminosa. (Entrada 02). KM1: Conector del arrancador del motor. (Salida 51). KM2: Contactor de inversin de giro del motor. (Salida 53).

18

CAPTULO 9.

PRACTICA 8: AUTMATAS PROGRAMABLES P.L.C.

19

OL1: Rel trmico del arrancador. (Entrada 03). H1: Indica sobrecarga del motor.(Salida 52). Al accionarse S1, arranca el motor y se enciende una luz intermitente para avisar a los peatones la salida o entrada de un vehculo al estacionamiento hasta que el microswitch LS1 detecta que la puerta esta completamente abierta. Al accionarse LS1 el motor se para durante 1 minuto y la seal luminosa permanece ja para impedir el paso de peatones por la puerta, una vez transcurrido el tiempo vuelve arrancar el motor pero en sentido contrario para cerrar la puerta y se apaga la seal luminosa. El movimiento se detiene cuando el microswitch LS2 es accionado indicando que la puerta esta completamente cerrada. Si el rel trmico OL1 se dispara por atascamiento del portn, deber parpadear una luz piloto H1.

En caso de atascamiento el accionamiento debe tener un sistema que permita la operacin de la puerta en sentido contrario al que produjo el atascamiento a n de eliminar el obstculo y reiniciar la operacin.

La puerta debe poseer una alarma que informe que la puerta a alcanzado 30 operaciones a n de realizarle mantenimiento a las partes mviles.

9.3.

Laboratorio:Compruebe el funcionamiento de los programas antes de realizar los montajes. Realice el montaje del semforo de transito con tres bombillos. Realice el montaje del portn con el motor y los contactores del motor para inversin de giro. El montaje debe poseer un sistema de proteccin ( Enclavamiento Elctrico) que evite que los dos contactores funcionen al mismo tiempo para evitar un cortocircuito lnea a lnea en la red de alimentacin.

9.4.

Informe:Discuta las modicaciones realizadas al programa para su adecuado funcionamiento en su implementacin.

ANEXO A: Clculo del Circuito de Disparo del Puente Recticador de Media Onda ControladoDatos:ngulo de disparo:

= 50 VDiac = 30V

Voltaje de disparo promedio del diac: Tensin de entrada:

Vf uente = 117V f = 60Hz . P = 70W .

(R.M.S.)

Frecuencia de la lnea: Potencia del bombillo:

Forma de Onda:En la gura 9.1, se presenta la forma de onda de tensin en la fuente, capacitor y de ruptura del diac para el circuito de la gura 4.1.

Clculo del Resistor

R1 :

Se puede calcular el ngulo mnimo de disparo del SCR con el diac (), utilizando la . (ngulo inicial para clculos =

0 ). 0 = sin1 Vdiac Vmax = sin1 30 2 117 = 10, 45(9.1)

El ngulo mnimo de conduccin que se puede obtener es de

10,45.(9.2)

= tan1 ( C R1 ) = 10, 45Recuerde:

= 2fEscogiendo el condensador (C ) en 100 nF de la ecuacin 9.2, se obtiene el valor de

R1 :

R1 = 4890 Calculando la tensin que aparece sobre el capacitor a travs de un divisor de tensin se obtiene:

VC =

1 jC

Vf uente ej01 jC

= VC ej

(9.3)

R1 +

20

CAPTULO 9.

PRACTICA 8: AUTMATAS PROGRAMABLES P.L.C.

21

1 0.8 0.6 0.4 Tensin [p.u.] 0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Tensin de la Fuente

Tensin de ruptura del Diac

Angulo de Disparo

Tensin de la Capacitancia

0

1

2

3

4 5 Tiempo [p.u.]

6

7

8

9

Figura 9.1: Tensin en las componentes del circuito de la gura 4.1

De la ecuacin 9.3, se obtiene la expresin en el tiempo de la tensin sobre la capacitancia:

vc (t) =

2 VC sin (t ) ,

(9.4)

Con la ecuacin 9.4, se evala para el ngulo de disparo voltaje promedio del Diac para que este dispare el SCR:

si la tensin sobre la capacitancia es igual al

vC

= V Diac , supera la tensin de disparo del Diac (VDiac ), . En la tabla , se presentan los valores de la

Si la tensin sobre el capacitor para el ngulo de disparo tensin en el Diac para diferentes valores del ngulo

se debe repetir el procedimiento variando el valor del ngulo

con los datos suministrados.

Cuadro 9.1: Interacciones

10, 45 40 36

R2 4890 22257 19272

C 100 nF 100 nF 100 nF

vC 103,72 V 22 V 32,8 V

Se escoge el valor de prximo a la solucin. Potencia disipada por

de

36

debido a que el voltaje en el Diac se encuentra dentro de la tolerancia

de disparo del mismo. De esta manera se determina como

R1 = 19300

ya que es el valor comercial ms

R1

en el peor de los casos:

PR1 =Donde:

Vf uente Z

2

R1

(9.5)

Z=

2 R1 +

1 C

2

CAPTULO 9.

PRACTICA 8: AUTMATAS PROGRAMABLES P.L.C.

22

1 0.8

Tensin de la Fuente

Tensin de Ruptura del Diac 0.6 0.4 Tensin [p.u.] 0.2 0 0.2 0.4 Tensin de la Capacitancia 0.6 0.8 1

Angulo de Disparo

0

1

2

3

4 Tiempo

5

6

7

8

9

Figura 9.2: Tensin sobre el condensador en la condicin ms desfavorable.

Clculo del potencimetro

R2

:

En la gura , se presenta la forma de onda de tensin sobre el capacitor en la condicin ms desfavorable del circuito de la gura 4.1: Para el lmite mnimo se cumple:

XC =Donde:

VDiac 2 Vf uente

R

(9.6)

R = R1 + R2Despejando el valor de

R2 de

la expresin 9.6, se obtiene:

R2 =Para el caso analizado:

2 Vf uente VDiac

1 C

R1

(9.7)

Corriente mxima por la carga:

Icargamax =Simulacin

2P Vf uente

(9.8)

En el algoritmo 1, se presenta el cdigo en Matlab y/o Octave para calcular las resistencias forma automtica:

R1

y

R2 de

CAPTULO 9.

PRACTICA 8: AUTMATAS PROGRAMABLES P.L.C.

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Algorithm 1 Clculo de las Resistencias R1 y R2

% Sistema MKS % Datos de Entrada Alfa=input('Angulo de Diparo '); %ngulo de disparo en grados Vdiac=32; %Tensin de ruptura del Diac Vsistema=120; % Tensin efectiva de la fuente f=60; % Frecuencia de alimentacin Pb=70; %Potencia del Bombillo C=100e-9; %Capacitancia Alfa=Alfa*pi/180; Fimin=asin(Vdiac/(Vsistema*sqrt(2))); Fi=Fimin; R=tan(Fi)/(2*pi*f*C); Vc=(1/(j*2*pi*f*C)*Vsistema/(R+1/(j*2*pi*f*C))); Vconv=sqrt(2)*abs(Vc)*sin(Alfa+angle(Vc)) while (Vconv-Vdiac)>0.05 Fi=Fi+0.1*pi/180; R=tan(Fi)/(2*pi*f*C); Vc=(1/(j*2*pi*f*C)*Vsistema/(R+1/(j*2*pi*f*C))); Vconv=sqrt(2)*abs(Vc)*sin(Alfa+angle(Vc)); end R1=R; %Salidas R1 Vconv %Tensin en el condensador para el ngulo de disparo R2=(sqrt(2)*Vsistema)/(2*pi*f*C*Vdiac)-R