Rectificador de Media Onda y Onda CompletaControlado con Carga RL

Romero Galeano Miguel, Molina Santana Luis

13 de Octubre de 2015

Resumen

La finalidad de este laboratorio es permitir controlar la intensidadde un bombillo AC que representa una carga resistiva, al igual que unmotor AC que representa la carga inductia, al cual se le realiza una etapade pwm acoplado a la red electrica y controlado, tambien se efectua surespectiva etapa de potencia. Se realiza un circuito de media onda consu carga RL y un circuito de onda completa con la misma carga, para elcorrecto funcionamiento se realiza el diseno matematico para determinarel valor de cada componente que se utiliza en los circuitos.

1. INTRODUCIONPara controlar una carga AC, se hace necesario aplicar un circuito de disparo

sincronizado con la red, el cual consta de un transistor UJT acoplado a lared electrica, estos circuitos estan acoplados con una etapa de potencia la cualconsiste basicamente en un SCR. Donde el scr es el que abre paso a la corrientey de esta manera activa el funcionamiento de la carga. Para el diseno de estoscircuitos se tuvo en cuenta las caracterısticas del SCR y el UJT, suministradospor sus respectivos datasheet, lo cual es fundamental para encontrar el valor decada elemento del circuito.

2. MATERIALESPara el diseno de la practica se usaron los materiales que se relacionan en la

tabla(1):

3. METODO TEORICOPara el optimo desarrollo de la practica es necesario tener conceptos basicos

de los elementos que se va a utilizar, los cuales permiten el exito del funciona-miento de las cargas, tanto resistiva como inductiva.

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Tabla 1: Materiales.

Elemento CantidadResistencia 1/2 W 5Resistencia 1 W 2Potenciometro 1Condensador 1Diodo Zener 12V 1Transistor UJT 2n2646 1SCR BT150-500R 1Carga R AC 110V 1Carga L AC 110V 1

3.1. SCR

Es un interruptor de estado solido unidireccional que puede funcionar tantocon corriente continua como con corriente alterna. Como su nombre lo indica, elSCR es un rectificador de silicio, el cual tiene un tercer terminal llamado “GA-TE” (puerta o compuerta) para proposito de control. Si no se le aplica corrientea la compuerta, el SCR se comporta como un interruptor abierto en cualquierdireccion. Para que el SCR conduzca, entre anodo y catodo, se precisa de uncierto nivel de corriente mınimo (pulso positivo), aplicado entre la compuerta ycatodo. Dicho nivel depende de la sensibilidad de la compuerta del SCR.

El SCR seguira conduciendo, incluso con la corriente de compuerta suprimi-da, hasta que la corriente de anodo se reduzca a un valor inferior al crıtico o seinvierta la polarizacion entre anodo y catodo del SCR. En este punto, el SCRse abre o bloquea nuevamente. Cuando el SCR esta activado, el voltaje entreanodo y catodo es de aproximadamente 1 voltio.

Figura 1: Estructura interna de un scr.

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3.2. UJT

Es un dispositivo de tres terminales, (emisor, base 1 y base 2), es comunusarlo en circuitos de control de compuertas para SCR y triacs. Cuando el voltajeentre emisor y base 1, es menor que un cierto voltaje denominado ”Voltaje pico”,el UJT esta apagado y no fluye corriente de E a B1, cuando el voltaje entreemisor y base 1 excede al voltaje pico el UJT se dispara. [1]

Figura 2: Sımbolo esquematico UJT.

4. METODO LABORATORIOPara esta practica se realiza el diseno de un circuito para el rectificador

media onda y otro para el de onda completa.

4.1. Rectificador Media Onda.

4.1.1. Configuracion circuito para el disparo

Para el rectificador de media onda, se realiza el diseno del disparo, el cualsera el que controle el angulo en el que se va a trabajar, inciando con los datossuministrados por el datasheet del UJT - 2n2646 y del SCR BT150-500R setienen los siguientes datos preliminares.

n - 0.69 VRBB - 4.7 kΩVBB - 12 V (zener)VV ≈ VE - 2 VIV - 5 mAVP - (n)(VBB)IP - 5 µAVGD - 0.2 V (Datasheet SCR)

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RMAX = VBB − VP

IV= (12− 8,28)V

5µA = 744 kΩ (1)

RMIN = VBB − VV

IP= (12− 2)V

5mA = 2 kΩ (2)

Radj = RMAX −RMIN = (744− 2)kΩ = 742 kΩ (3)

R2 = 104

VP= 104

8,28V = 1,2 kΩ (4)

R1 <

SCR︷︸︸︷VGD(R2 +

UJT︷ ︸︸ ︷RBB)

VBB − VGD= 0,2V (1,2 + 4,7)kΩ

(12− 0,2)V = 100 Ω (5)

C = 10−2RMAX + ln( 1

1−n )= 10−2

744kΩ + ln( 11−0,69V )

= 11,47 nf ≈ 12 nf (6)

Ahora se procede con el calculo de los angulos de disparo, tanto el mınimocomo el maximo.

4.1.2. Angulo Disparo Mınimo

ω = 2πf = 2π(60Hz) = 120π Rad (7)

αmin = ωτmin (8)

τmin = (Rmin)(C)(ln( 11− n )) = (2kΩ)(12nf)(ln( 1

1− 0,69)) = 28,1 µseg (9)

αmin = (120π Rad)(28,1 µseg) = 0,01 Rad ∗ seg (10)

αmin = (0,01)(180)π

= 0,607 (11)

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4.1.3. Angulo Disparo Maximo

αmax = ωτmax (12)

τmax = (Rmax)(C)(ln( 11− n )) = (744kΩ)(12nf)(ln( 1

1− 0,69)) = 0,01 seg

(13)

αmax = (120π Rad)(0,01 seg) = 3,94 Rad ∗ seg (14)

αmax = (3,94)(180)π

= 225,85 (15)

Como el angulo de disparo maximo sobre pasa los 180 grados, se reduce elvalor de la resistencia maxima para determinar un angulo que sea menor a 180,entonces si:

RMAX = 590 kΩ→ αmax = 179,10 (16)

Como no existe un potenciometro comercial de este valor, se realiza un pa-ralelo con un potenciometro de 1 MΩ para poder crearlo.

La resistencia en paralelo usada se muestra en la ecuacion 18 y en la figura3 se muestra el montaje de dicho arreglo de resistencias.

1RT

= 1RP

+ 1RX

(17)

RX = RTRP

RP −RT= (590kΩ)(1MΩ)

1MΩ− 590kΩ = 1,43MΩ ≈ 1,5MΩ (18)

4.1.4. Resistencia Zener

A continuacion se determina el valor de la resistencia que sera la protecciondel diodo zener conectado en serie.

IZ = PZ

VZ= 1 W

12 V = 83,3 mA (19)

RZ = V

I= (120− 12)V

83,3 mA = 1,29 kΩ (20)

IR = (120− 12)V1,29 kΩ = 72 mA (21)

Teniendo el valor de la corriente en la resistencia, se determina la potenciaque caera sobre dicho elemento.

P = (I2)(R) = (72 mA)2(1,29 kΩ) = 7,77 W ≈ 10 W (22)

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5. METODO SIMULACION5.1. Rectificador Media Onda.

Para la simulacion de este circuito se utiliza como herramienta el softwareMultisim, siendo la figura 3 el esquema del rectificador de media onda.

Figura 3: Rectificador Media Onda

En la figura 4, se puede ver la media onda rectificada cuando el angulo esmınimo, mientras que en la figura 6 se aprecia la media onda rectificada cuandoel angulo es maximo.

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Figura 4: Rectificador Media Onda Angulo Minimo

6. Analisis de resultados

7. Conclusiones7.1. Subsection One

7.2. Subsection Two

Referencias[1] R. Botlestad, Introduccion al analisis de circuitos. Prentice Hall, 2011.

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Figura 5: Rectificador Media Onda Angulo Maximo

Figura 6: Rectificador Media Onda Angulo Medio

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