ÁREA DE LA ENERGIA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES

NO RENOVABLES

INGENIERIA EN ELECTRONICA Y TELECOMUNICACIONES

MÓDULO V

LABORATORIO DE ELECTRONICA DE POTENCIA

1.- DATOS GENERALES:

GRUPO:

No. 10

INTEGRANTES:

Morocho Darwin Quezada Eduardo Torres Alexis PRACTICA:

No. 04 FECHA:

Domingo 15 de enero de 2011 DOCENTE:

Ing. Diego Vinicio Ochoa

2. DATOS DE LA PRACTICA

TEMA

“CONVERTIDORES CA-CA”

OBJETIVOS

Implementar y simular circuitos controladores monofásicos con carga resistiva y carga

resistiva-inductiva.

Medir tensiones medias y RMS con el simulador y compararlas con los valores teóricos

calculados y los simulados.

Definir y comprender el funcionamiento del tiristor de potencia a utilizar en las

simulaciones.

Observar las gráficas de corriente y voltaje con diferentes tipos de cargas (resistiva y

carga inductiva-resistiva) para observar el voltaje promedio, que presenta cada tipo de

carga en un circuito monofásico.

3. MARCO TEORICO

CONTROLADOR DE TENSIÓN ALTERNA MONOFÁSICO

3.1 CARGA RESISTIVA

Los controladores AC - AC tienen como finalidad suministrar tensión y corriente

alterna variable a partir de una fuente alterna. Su operación se basa en la

conexión y desconexión a intervalos Regulares de la fuente sobre la carga. Este

convertidor está conformado por dos semiconductores de potencia colocados en

antiparalelo que controlan la conexión de la fuente en cada semiciclo. Se

observa la onda de salida controlador de tensión alterna monofásico

Tensión de Entrada y Salida

Tensión de salida es:

𝑽𝟎 = 𝑽𝒎 ∗ 𝒔𝒆𝒏 𝝎𝒕 𝜶 < 𝜔𝑡 < 𝜋, 𝜋 + 𝛼 < 𝜔𝑡 < 2𝜋 𝑽𝟎 = 𝟎 𝒆𝒏 𝒐𝒕𝒓𝒐 𝒄𝒂𝒔𝒐

Tensión eficaz:

𝑽𝟎𝒓𝒎𝒔 =𝑽𝒎

𝟐 𝟏 −

𝜶

𝝅+

𝒔𝒆𝒏(𝟐𝜶)

𝟐𝝅

Corriente eficaz en la carga:

𝑰𝟎 =𝑽𝟎𝒓𝒎𝒔

𝑹

Factor de Potencia

𝒇𝒑 = 1 −𝛼

𝜋+

𝑠𝑒𝑛 (2𝛼)

2𝜋

3.2 CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA

Tensión y Corriente de Salida

Solución para la corriente: Ecuación de la corriente:

𝒊𝒐 𝝎𝒕 = 𝑽𝒎

𝒁𝒔𝒆𝒏 𝝎𝒕 − 𝜽 −

𝑽𝒎

𝒁 𝒔𝒆𝒏𝜽 𝒆

(𝜶−𝝎𝒕)𝝎𝒕 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝜶 ≤ 𝝎𝒕 ≤ 𝜷

𝟎 𝒆𝒏 𝒐𝒕𝒓𝒐 𝒄𝒂𝒔𝒐

Dónde:

𝒁 = 𝑹𝟐 + (𝝎𝑳)𝟐 , 𝜽 = 𝒕𝒂𝒏−𝟏 𝝎𝑳

𝑹 y 𝝉 =

𝑳

𝑹

El Angulo de extinción 𝜷

𝒊 𝜷 = 𝟎 =𝑽𝒎

𝒁𝒔𝒆𝒏 𝜷 − 𝜽 −

𝑽𝒎

𝒁 𝒔𝒆𝒏𝜽 𝒆

(𝜶−𝜷)𝝎𝒕

Corriente Eficaz

𝑰𝒓𝒎𝒔 = 𝟏

𝟐𝝅 𝒊𝟐(𝝎𝒕)𝒅 𝝎𝒕

𝜷

𝟎

Voltaje Eficaz

𝑽𝟎𝒓𝒎𝒔 = 𝟏

𝝅(𝒓 −

𝒔𝒆𝒏 𝟐𝜷

𝟐+

𝒔𝒆𝒏 𝟐𝜶

𝟐)

3.3 CIRCUITO DISPARADOR

Los SCR controlan el paso de la corriente alterna a la carga conmutando entre los estados de

conducción y corte durante los semiciclos negativos y positivos de la señal de alimentación, los

SCR se disiparán cuando el voltaje entre el capacitor y el potenciómetro sea el adecuado.

Cambiando el valor del potenciómetro, se modifica la razón de carga del capacitor, el atraso que

tiene y por ende el desfase con la señal alterna original.

Carga

4 SIMULACIONES Y CALCULOS

No. 01 CARGA RESISTIVA

Simulaciones: 𝜶 = 𝟕𝟔°

TENSION DE SALIDA

TENSION EFICAZ (24.068 V)

Cálculos: Datos:

𝜶 = 𝟕𝟔° 𝑹 = 𝟑𝟐𝟎𝛀

𝑽𝒎 = 𝟒𝟐.𝟒𝟑𝑽 Tensión eficaz en la carga: Corriente eficaz en la carga:

𝑽𝟎𝒓𝒎𝒔 =𝑽𝒎

𝟐 𝟏 −

𝜶

𝝅+

𝒔𝒆𝒏(𝟐𝜶)

𝟐𝝅= 𝟐𝟒. 𝟐𝟕𝑽 𝑰𝟎𝒓𝒎𝒔 =

𝑽𝟎𝒓𝒎𝒔

𝑹= 𝟕𝟓. 𝟖𝟒𝒎𝑨

𝒇𝒑 = 1 −𝛼

𝜋+

𝑠𝑒𝑛(2𝛼)

2𝜋= 0.804

Datos: 𝜶 = 𝟒𝟗. 𝟖°

𝑹 = 𝟑𝟐𝟎𝛀 𝑽𝒎 = 𝟒𝟐.𝟒𝟑𝑽

Tensión eficaz en la carga: Corriente eficaz en la carga:

𝑽𝟎𝒓𝒎𝒔 =𝑽𝒎

𝟐 𝟏 −

𝜶

𝝅+

𝒔𝒆𝒏(𝟐𝜶)

𝟐𝝅= 𝟐𝟖. 𝟐𝟒𝑽 𝑰𝟎𝒓𝒎𝒔 =

𝑽𝟎𝒓𝒎𝒔

𝑹= 𝟖𝟖. 𝟐𝟓𝒎𝑨

𝒇𝒑 = 1 −𝛼

𝜋+

𝑠𝑒𝑛(2𝛼)

2𝜋= 0.938

CORRIENTE EFICAZ (71.303mA)

Datos 𝑽𝟎𝒓𝒎𝒔 𝑺𝒊𝒎𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐 𝑰𝟎𝒓𝒎𝒔 𝑺𝒊𝒎𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐 𝑽𝟎𝒓𝒎𝒔 𝑪𝒂𝒍𝒄𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐 𝑰𝟎𝒓𝒎𝒔 𝑪𝒂𝒍𝒄𝒖𝒍𝒂𝒅𝒐 𝜶 = 𝟕𝟔° 24.68V 71.63mA 24.27V 75.84mA

𝜶 = 𝟒𝟗. 𝟖° 28.73V 85.71mA 28.24V 88.25mA

No. 02 CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA

Simulaciones:

TENSION DE SALIDA

TENSION EFICAZ (20.035 V)

Cálculos: Datos:

𝜶 = 𝟓𝟗° 𝑹 = 𝟑𝟐𝟎𝛀

𝑽𝒎 = 𝟒𝟐.𝟒𝟑𝑽 𝝎 = 𝟑𝟕𝟕

𝑳 = 𝟏𝟓𝟐. 𝟔𝒎𝑯 Parámetros:

𝒁 = 𝑹𝟐 + (𝝎𝑳)𝟐 = 𝟐𝟑𝟓. 𝟏𝟏 , 𝜽 = 𝒕𝒂𝒏−𝟏 𝝎𝑳

𝑹= 𝟎. 𝟏𝟕𝟕 y 𝝎𝝉 =

𝝎𝑳

𝑹= 𝟎. 𝟏𝟕𝟗

Ecuación para la corriente:

𝒊𝒐 𝝎𝒕 = 𝑽𝒎

𝒁𝒔𝒆𝒏 𝝎𝒕 − 𝜽 −

𝑽𝒎

𝒁 𝒔𝒆𝒏𝜽 𝒆

(𝜶−𝝎𝒕)𝝎𝒕 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝜶 ≤ 𝝎𝒕 ≤ 𝜷

𝟎 𝒆𝒏 𝒐𝒕𝒓𝒐 𝒄𝒂𝒔𝒐

Ángulo de extinción:

𝒊 𝜷 = 𝟎 =𝑽𝒎

𝒁𝒔𝒆𝒏 𝜷 − 𝜽 −

𝑽𝒎

𝒁 𝒔𝒆𝒏𝜽 𝒆

𝜶−𝜷 𝝎𝒕

𝒊 𝜷 = 𝟑. 𝟑𝟐 𝒓𝒂𝒅

Corriente eficaz:

𝑰𝒐𝒓𝒎𝒔 = 𝟏

𝟐𝝅 𝒊𝟐(𝝎𝒕)𝒅 𝝎𝒕

𝜷

𝟎

= 𝟖𝟓. 𝟐𝒎𝑨

CORRIENTE EFICAZ (60.521mA)

Voltaje eficaz:

𝑽𝟎𝒓𝒎𝒔 = 𝟏

𝝅(𝒓 −

𝒔𝒆𝒏 𝟐𝜷

𝟐+

𝒔𝒆𝒏 𝟐𝜶

𝟐) = 𝟐𝟔. 𝟗𝟐𝑽

5 MATERIALES

COMPONENTES: Resistencias: 320Ω SCR: 1N4148 (o equivalente) Transformadores: Monofásico 120V a 30V,500 mA.con fusible de 0, 5 A. Capacitores: 0.1 uF Bobinas: 152.4mH Resistencias: 47K, 100. Potenciómetro: 100K INSTRUMENTAL Y EQUIPO DE LABORATORIO: 1) Protoboard o breadboard 2) Multímetro Digital de alta impedancia de 4 1/2 Dígitos (Fluke 8080A o similar) 3) Osciloscopio de 2 Canales, 60 Mhz. (Tektronix 2213 ó similar) -o mejor, con

memoria digital y bus GPIB 4) Cables y conectores para armado de circuitos prototipo, PROGRAMAS DE COMPUTO 1) Pspice A/D 2) Proteus (ISIS)

6 RESULTADOS

No. 01 CARGA RESISTIVA

Circuito Resistivo montado Protoboard

Formas de en el Osciloscopio

𝜶 = 𝟒𝟗.𝟖𝟏° 𝜶 = 𝟕𝟔°

Medidas de Corriente en el Osciloscopio

Medidas de Voltaje en el Osciloscopio

No. 02 CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA

Circuito R-L montado Protoboard

Grafica de Voltaje y Corriente de salida en el Osciloscopio

Medidas de Voltaje en el Osciloscopio

Medidas de Corriente en el Osciloscopio

7 CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

Durante el desarrollo de esta práctica y el respectivo análisis de resultados fue posible obtener las siguientes conclusiones:

1. Apreciar la utilidad de los scr para reducir el voltaje eficaz de salida al variar el Angulo de disparo, el rango de control de la tensión en la carga varía entre la tensión máxima del generador y cero.

2. La simulación de los controladores monofásicos proporciona un método de análisis eficiente.

3. La corriente y la tensión en la carga y en el generador en los circuitos controladores de tensión alterna pueden contener armónicos insignificativos.

Recomendaciones:

1. Identifique y analice cómo medir: tensión de pico, tensión eficaz y tensión de rizado.

2. Discuta aplicaciones alternativas de los circuitos.

3. Tener mucho cuidado al utilizar el voltaje del tomacorriente ya que al utilizar

mayor voltaje aumenta la corriente.

8 BIBLIOGRAFIA

Bibliografía básica para estudio

HART, Daniel W. Electrónica de Potencia. Ed. Prentice Hall. Madrid 2004. ISBN 84-205-3179-0. Capítulo 5, Pág. 94 a 177 a 186. Muhammad H. Rashid “Electrónica de potencia: circuitos, dispositivos y aplicaciones”, 2a. Ed., Prentice Hall, cap 5 pp. 131-141 Electrónica de potencia teoría y aplicaciones José Manuel Benavent García, Antonio Abellán García, Emilio Figueres Amorós , Alfaomega, cap 3 pp. 81-98 Motorola Semiconductor: "Small-SignalHandbook", DL126/D Rev 5, Motorola Inc. USA 1994 pp. 5-1/5-122.