Lunes 26 de Mayo de 2014

Profesores:

Cortéz Ibarra María de Lourdes Vanegas Anaya Darinel

Alumnos:

Carrillo Paul Iván

Instituto Politécnico NacionalUnidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología

Grupo: 3MM1

Proyecto de Laboratorio Acoplamiento óptico entre un sistema digital y

una etapa de potencia

Electrónica I

OBJETIVO GENERAL: Aplicar los conceptos expresados en el curso para la realización de un

acoplamiento óptico entre un sistema digital y una etapa de potencia.

OBJETIVOS PARTICULARES Diseñar y construir el dispositivo. Desarrollar la memoria de cálculo del prototipo. Realizar pruebas de funcionamiento. Exponer el proyecto y dar recomendaciones del mismo a

futuro.

INTRODUCCIÓN

Muchos sistemas digitales controlan a otros sistemas orealizan funciones de control tales que deben serinterconectados a una etapa de manejo de potencia, con baseen TIRISTORES (triacs, SCR, etc.) para actuar sobre cargasresistivas o inductivas en sistemas de iluminación, oen procesos industriales o en controlde velocidad de motores, entre otros.El manejo de potencia, es decir la manipulación de altascorrientes, de hasta varios centenares de amperios, implicael tener consideraciones de seguridad eléctrica para losoperarios y de protección para el sistema digital.Es deseable que la interconexión entre ambas etapas (ladigital y la de potencia) se haga por un medio deacoplamiento que permita aislar eléctricamente los dossistemas. Esto se puede lograr con los dispositivos llamadosOPTOACOPLADORES, mediante los cuales se obtiene unacoplamiento óptico y, al mismo tiempo, un aislamientoeléctrico. Por ello también se les conoce comoOPTOAISLADORES. El acoplamiento se efectúa en el rango delespectro infra-rojo a partir de dispositivos emisores de luz,usualmente IRED (infra-rojo) LEDs (diodos emisores de luz),actuando como emisores y utilizando dispositivos detectoresde luz (optodetectores), actuando como receptores.La razón fundamental para llevar a cabo acoplamiento óptico yaislamiento eléctrico es por protección de la etapa o sistema

digital ya que si ocurre un corto en la etapa de potencia, ocualquier otro tipo de anomalía eléctrica, el OPTOACOPLADORprotege toda la circuitería digital de control. El sistemadigital puede variar entre un sistema discreto o un sistemade mayor integración (en escalas SSI, MSI, VLI o VLSI) o unsistema integrado programable a nivel de memorias (EPROM oEEPROM) o a nivel de dispositivos programables "inteligentes"(microprocesadores,  microcontroladores, dispositivoslógicos programables, arreglos lógicos programables,controladores lógicos programables o computadoras).C.I. 555Multivibrador AstableEsquema de la aplicación de multivibrador astable del 555.Este tipo de funcionamiento se caracteriza por una salida conforma de onda cuadrada (o rectangular) continua de anchopredefinido por el diseñador del circuito. El esquema deconexión es el que se muestra. La señal de salida tiene unnivel alto por un tiempo t1 y un nivel bajo por un tiempo t2.La duración de estos tiempos depende de los valores de R1, R2y C, según las fórmulas siguientes: 

Y 

La frecuencia con que la señal de salida oscila está dada por

la fórmula:

El período es simplemente: También decir que si lo que queremos es un generador confrecuencia variable, debemos variar la capacidad delcondensador, ya que si el cambio lo hacemos mediante losresistores R1 y/o R2, también cambia el ciclo de trabajo oancho de pulso (D) de la señal de salida según la siguienteexpresión:

Hay que recordar que el período es el tiempo que dura laseñal hasta que ésta se vuelve a repetir (Tb - Ta).NOTA: Para realizar un ciclo de trabajo igual al 50% senecesita colocar el resistor R1 entre la fuente dealimentación y la patilla 7; desde la patilla 7 hacia elcondensador se coloca un diodo con el ánodo apuntando haciael condensador, después de esto se coloca un diodo con elcátodo del lado del condensador seguido del resistor R2 yeste en paralelo con el primer diodo, además de esto losvalores de los resistores R1 y R2 tienen que ser de la mismamagnitud.

MOC 3010Un moc es un optoacoplador. Dentro de su encapsulado tiene unled infrarrojo y un fototransistor, la finalidad de esto esaislar el circuito de control de carga.Su funcionamiento en el empleo de un haz de radiaciónluminosa para pasar señales de un circuito a otro sinconexión eléctrica. Estos son muy útiles cuando se utilizanpor ejemplo, Microcontroladores PICs y/o PICAXE si queremosproteger nuestro microcontrolador este dispositivo es unabuena opción. En general pueden sustituir los relés ya quetienen una velocidad de conmutación mayor, así como, laausencia de rebotes. La gran ventaja de un optoacopladorreside en el aislamiento eléctrico que puede establecerseentre los circuitos de entrada y salida. Fundamentalmenteeste dispositivo está formado por una fuente emisora de luz,y un fotosensor de silicio, que se adapta a la sensibilidadespectral del emisor luminoso, todos estos elementos seencuentran dentro de un encapsulado.

TRIAC

El Triac es un semiconductor, de la familia de lostransistores. La diferencia con el tiristor convencional esque éste es unidireccional, es decir, funciona con corrientealterna en el sentido de polarización con medio semiciclo, yel Triac es bidireccional, funciona en los semiciclospositivos y negativos. Entonces un tiristor o SCR, dará solo la mitad de voltaje ala carga, mientras que el Triac será todo el voltaje. Deforma coloquial podría decirse que el Triac es un switch queconmutar la corriente alterna a la carga. Su estructurainterna se asemeja en cierto modo a la disposición queformarían dos SCR en antiparalelo.Cuando el Triac conduce, hay una trayectoria de flujo decorriente de muy baja resistencia de una terminal a la otra,dependiendo la dirección de flujo de la polaridad del voltajeexterno aplicado. Cuando el voltaje es más positivo en MT2,la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso contrario fluye deMT1 a MT2. En ambos casos el Triac se comporta como uninterruptor cerrado. Cuando el Triac deja de conducir nopuede fluir corriente entre las terminales principales sinimportar la polaridad del voltaje externo aplicado por tantoactúa como un interruptor abierto.Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variación detensión importante al Triac (dv/dt) aún sin conducciónprevia, el Triac puede entrar en conducción directa.

MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO

• Resistencias de 330Ω, 1KΩ• 1 potenciómetros de 10KΩ• 1 Capacitores de 10µF, 0.1µF.• 1 C.I. 555.• 1 MOC 3010.• 1 BTA08.• 1 Diodos LED amarillo• 1 Cable de línea con clavija.

• 1 Socket para foco • 1 Foco 120v ac (40w)• 1 Protoboard.• Multímetro.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

1.- Establecer por diagrama de bloques el funcionamiento del

circuito

2.- Revisar las especificaciones de los dispositivos electrónicos utilizados

BTA08

MOC3010

3.-Diseño del circuito

C.I. 555

ANALISIS EXPERIMENTAL

Este circuito es muy pequeño y fácil de armar pero muy útil,permite que mediante una señal DC digital encendamos oapaguemos una carga AC con total seguridad, preferiblementeresistiva el LM555 se ajustó a 1Hz de frecuencia lo cual nosda un tiempo de un segundo.

c=10μFt1=0.693 (RA+RB )ct2=0.693RBcf=1HzT=1

RB=t20.693(10μF )

=144,300≃100KΩ

RA=t10.693(10μF)

−144,300=300.14≃1KΩ

Los valores obtenidos se ajustaron a los valores comerciales.

El optoacoplador separa el circuito de alta tensión 110/220 VAC (lado derecho) del de baja tensión (lado izquierdo).

Cuando el optoacoplador se activa por el timer cada segundoque es la frecuencia a la que se sincronizo el fotodiodo seactiva emitiendo luz hacia el triac que se encuentra paraleloal fotodiodo lo permite el paso de corriente hacia el BTA08la cual es aproximadamente 15mA, debemos tener la seguridadde que la carga que alimentamos no sobrepase la capacidad deltriac (BTA08) que usemos (lo quemas).

No se realiza un cálculo para la carga del circuito ya queinicialmente se propone una carga de 40w.

También se probó con una carga de 60w.

CONCLUSIÓN

Siempre que se vaya a interconectar un sistema digitalcualquiera a un sistema de potencia, es necesario haceroptoacoplamiento, para garantizar aislamiento eléctrico. Deno hacerlo se corren enormes riesgos que se traducirán enproblemas de seguridad eléctrica, daños costosos en lossistemas de control digitales y perjuiciosal proceso de producción sobre el cual se está operando.

El optoaclopador es un dispositivo relativamente simple, muyfácil de usar, con una amplia variedad de tipos deacoplamiento y de muy bajo costo. Por ello sería imperdonableno hacer uso de él cuando se va a controlar potencia.

REFERENCIA

Boylestad Robert y Nashelsky Louis. Electrónica. Teoría de Circuitos. EditorialPrentice Hall Hispanoamericana, México, 1998.

Maloney J. Timothy. Electrónica Industrial. Dispositivos y Sistemas. EditorialPrentice Hall Hispanoamericana, México, 2000

Manual de reemplazos ECG. Silvania, USA, 2000 Williams, Arthur. Microprocesadores, dispositivos

optoelectrónicos, periféricos y de interfaz. Serie de circuitos integrados. McGraw Hill, México, 1989.

http://www.datasheetcatalog.net/es/datasheets_pdf/M/O/C/3/MOC3010.shtml http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/BTA08-600BW3-D.PDF