1Electrnica de Potencia I

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CONVERSOR DE MEDIA ONDA

ABSTRACTThis report exposes the whole party has performed with a half-wave converter, which means do it, besides the AC to DC converters and DC to DC converter operation and use of opto couplers are analyzed.Keywords: AC to DC converter, DC converter, SCR, mosfets.

RESUMENEn este informe se expone toda la parte a realizar con un conversor de media onda, lo que implica hacerlo, adems se analizara los conversores de AC a DC y conversor de DC a DC su funcionamiento y la utilizacin de opto acopladores.Palabras clave: conversor AC a DC, conversor de DC, SCR, mosfets.

Objetivo General:Disear e implementar un conversor de media onda a partir de elementos disponibles en el mercado con el fin de realizar un control de dos cargas como base para la creacin de un laboratorio para el curso de electrnica de potencia..

Objetivos Especficos: Estudiar las caractersticas de operacin y el control de compuerta de los tiristores controlados por fase (o SCR). Comprender el principio de funcionamiento de un opto acoplador y mosfets Enumerar las posibles dificultades tcnicas que se encuentran al implementar circuitos de convertidores AC-DC Enumerar las posibles dificultades tcnicas que se encuentran al implementar circuitos de convertidores DC-DC INTRODUCCIONTIRISTORES SCRS Un tiristor es un dispositivo semiconductor de potencia. Se usan mucho en circuitos electrnicos de potencia. Se manejan como conmutadores biestables, pasando de un estado no conductor a un estado conductor. Los tiristores son interruptores o conmutadores ideales en muchas aplicacionesCaractersticas:Un tiristor es un dispositivo semiconductor con cuatro capas de estructura pnpn con tres uniones pn. Al igual que los diodos, los tiristores tienen terminales nodo y ctodo, sin embargo estos ltimos integran una tercera terminal, denominada compuerta, la cual es utilizada para controlar la operacin del dispositivo

Activacin y apagado del tiristorUn tiristor se puede encender aumentando el voltaje VAK en sentido directo a ms de VBO, pero esta forma de encendido podra ser destructiva. En la prctica, el mtodo ms comn para disparar un tiristor es la aplicacin de una corriente de compuerta aplicando un voltaje positivo entre las terminales de la compuerta y el ctodo. De esta forma el voltaje en sentido directo se mantiene menor que VBO dado que al aumentar la corriente de compuerta, disminuye el voltaje de bloqueo en sentido directo. Los niveles de voltaje y corriente de disparo en la compuerta deben tener un rango de valores comprendidos dentro de una zona de disparo de seguridad. Si se sobrepasa ese lmite puede no activarse el tiristor o puede daarse el dispositivo. El valor de la corriente de disparo es del orden de los miliamperios. Una vez encendido el tiristor, la seal de compuerta debe retirarse. La duracin de esta seal vara entre 1 a 3s para tiristores comerciales, aunque para aplicaciones especiales se fabrican tiristores con valores por debajo de los 100ns. Una seal de compuerta continua aumentara la prdida de potencia en la unin de la compuerta. Dado que la corriente andica es mayor que la corriente de retencin IL, el tiristor continuar conduciendo. Un tiristor en estado encendido, se comporta como un diodo conductor, y no hay control sobre el dispositivo. El dispositivo no se puede desactivar mediante otro pulso en la terminal de compuerta. Hay varias tcnicas para apagar un tiristor. En todas las tcnicas de conmutacin la idea es reducir la corriente andica en sentido directo hasta un valor inferior a la corriente de mantenimiento IH.CONVERSOR AC DCComo ya es sabido los diodos rectificadores proporcionan slo un voltaje de salida fijo. Para obtener voltajes de salida controlados, se usan tiristores con controlde fase en lugar de diodos. El voltaje de salida de los rectificadores de tiristor se vara controlando el ngulo de retardo . Como ya se explico en el tema anterior el tiristor se activa aplicando un pulso corto a su compuerta y se desactiva por conmutacin natural. Estos rectificadores controlados por fase son sencillos y menos costosos, y su eficiencia es, por lo general, superior al 95%. Como convierten de corriente alterna a corriente directa, a estos rectificadores controlados se le llama tambin convertidores AC/DCCONVERTIDIR AC/DCUn convertidor AC/DC es un tipo de alimentacin externa, a menudo encerrada en lo que aparenta ser una clavija de corriente de gran tamao. Se utilizan normalmente con los dispositivos elctricos que no contienen su propia fuente de alimentacin interna. Los circuitos internos de una fuente de alimentacin externa son muy similares en diseo al que se utiliza para la alimentacin imbuido (built-in) o interna.DISEO DEL CIRCUITO CONVERTIDOR AC-DC MONOFSICO.Circuito fuente de alimentacin lineal: La fuente de alimentacin lineal consta de elementos agrupados en 4 bloques funcionales, estos bloques se aprecian en la Figura 1

Figura1 fuente de alimentacin linealTransformador reductor: El primer bloque es un transformador- reductor de voltaje que, como su nombre lo indica, disminuye por induccin el voltaje. De los 120 Vca que hay en el primario, en el secundario puede tener 12, 18 24Vp-p. La fuente de alimentacin diseada trabaja con 12Vp-p en el secundario.Rectificador: El siguiente bloque es un rectificador de onda completa construido con diodos, este ofrece mayor eficiencia porque aprovecha al mximo la seal del transformador, sin embargo, este sistema tiene grandes prdidas de energa, puesto que slo se aprovecha entre un 60 y 70% del voltaje; el resto se pierde en forma de calor, disipado principalmente por el transformador y los circuitos de regulacin.Filtrado: El filtrado, que es la tercera etapa de la fuente alimentacin lineal, este se realiza mediante un capacitor de 470F o 100F. En esta etapa se presenta la primera aproximacin hacia una seal de corriente directa, una seal de voltaje con un rizado de 1Vp-p. La seal queda prcticamente continua y lista para que mediante el regulador de voltaje se obtenga de ella la seal de corriente directa que se desee.Regulacin: En el ltimo bloque, el regulador de voltaje, se encarga de reducir el rizado y de proporcionar un voltaje de salida de la tensin exacta que se desea. El regulador es un encapsulado de tres terminales (de la familia 78XX). Su caracterstica principal es que la tensin entre los terminales Vout y GND es de XX voltios y una corriente mxima de 1A.Las ideas bsicas de funcionamiento de un regulador de este tipo son: 1. La tensin entre los terminales Vout y GND es de un valor fijo, no variable, que depender del modelo de regulador que se utilice. 2. La corriente que entra o sale por el terminal GND es prcticamente nula. Funciona simplemente como referencia para el regulador.Para el presente proyecto el voltaje deseado es 5Vdc por lo tanto el regulador empleado es el 7805, estos 5V dan alimentacin a los tiristores y dems circuitos incluido el micro controlador.

Figura 2 Circuito fuente de alimentacinCONVERTIDOR DC A DCLos convertidor DC-DCes un dispositivo que transformacorriente continuade una tensin a otra. Suelen serreguladores de conmutacin, dando a su salida unatensin reguladay, la mayora de las veces con limitacin de corriente. Se tiende a utilizar frecuencias de conmutacin cada vez ms elevadas porque permiten reducir la capacidad de loscondensadores, con el consiguiente beneficio de volumen, peso y precio.Convertidor DC-DC tipo Buck BoostUna topologa Buck-Boost permite transferir energa en ambos sentidos entre dos fuentes de tensin, donde una de las dos fuentes (la del lado Buck) siempre debe tener mayor tensin que la otra (lado Boost). Dadas estas caractersticas, una configuracin como la mencionada parece adecuada para la aplicacin que se quiere implementar.En la Figura 2.1 se puede apreciar la interconexin de los distintos componentes en una configuracin Buck-Boost. En este circuito, los ultra capacitores no han sido incluidos, pero su ubicacin fsica corresponde a los bornes de la tensin

Si la condicin de mayor tensin en la fuente Buck no se cumpliera, la fuente del lado Boost (V2) se descargara hacia la fuente del lado Buck (Vdc) a travs del diodo D2. En esta configuracin de potencia, los semiconductores siempre se operan en corte o conduccin, nunca en la zona activa, ya que se trata de disipar la menor cantidad posible de potenciaReguladores lineales serie de tensin. Son estructuras ampliamente utilizadas desde hace varias dcadas en sistemas de alimentacin que necesiten consumos bajos o relativamente moderados. Las ventajas que hacen que nos decantemos por utilizar este tipo de reguladores son claras: son estructuras bien conocidas, fciles de disear e implementar, tanto a nivel discreto como integrado, muy robustas y fiables, permiten (en rgimen estacionario) fijar con excelente precisin el valor de la tensin de salida, las regulaciones, tanto de lnea como de carga, son adecuadas y, finalmente, permiten obtener tensiones de salida variables de una forma sencilla mediante un simple divisor de tensin. Por el contrario, los reguladores lineales serie adolecen de dos serios inconvenientes que los hacen una alternativa poco recomendable en sistemas de alimentacin, especialmente de elevada potencia. Por un lado, el rendimiento de estas estructuras, al estar basadas en un transistor de paso en serie con la carga y trabajando en zona lineal, difcilmente supera el 50%. Por otro lado, este transistor trabajando en zona lineal debe soportar toda la corriente solicitada por la carga, con lo cual, en aplicaciones de alta potencia, este elemento de paso debe estar dimensionado (tanto elctrica como trmicamente) para disipar potencias de elevado valor, encareciendo el sistema de alimentacin.

OPTO-ACOPLADORESLos opto-acopladores u opto-aisladores son dispositivos integrados que combinan en un mismo encapsulado un foto diodo (LED emisor) con un dispositivo de control sensible a la luz (foto-transistor, foto-TRIAC, etc.). El objetivo con esto es aislar fsicamente la entrada de la salida, ya que no existe conexin elctrica entre ellas. Estos dispositivos son de especial inters en las aplicaciones que requieren tensiones, corrientes o potencias muy dispares entre la lgica digital y los elementos a controlar.

Funcionamiento:La figura se muestra un optoacoplador 4N35 formado por un LED y un fototransistor. La tensin de lafuentede la izquierda y laresistenciaen serie establecen una corriente en el LED emisor cuando se cierra elinterruptorS1. Si dicha corriente proporciona un nivel de luz adecuado, al incidir sobre el fototransistor lo saturar, generando una corriente en R2. De este modo la tensin de salida ser igual a cero con S1 cerrado y a V2 con S1 abierto.Si la tensin de entrada vara, la cantidad de luz tambin lo har, lo que significa que la tensin de salida cambia de acuerdo con la tensin de entrada. De este modo el dispositivo puede acoplar una seal de entrada con el circuito de salida, aunque hay que tener en cuenta que las curvas tensin/luz del LED no son lineales, por lo que la seal puede distorsionarse. Se venden optoacopladores especiales para este propsito, diseados de forma que tengan un rango en el que la seal de salida sea casi idntica a la de entrada.La ventaja fundamental de un optoacoplador es elaislamiento elctricoentre los circuitos de entrada y salida. Mediante el optoacoplador, el nico contacto entre ambos circuitos es un haz de luz. Esto se traduce en una resistencia de aislamiento entre los dos circuitos del orden de miles deM. Estos aislamientos son tiles en aplicaciones de alta tensin en las que los potenciales de los dos circuitos pueden diferir en varios miles de voltios.

DESARROLLO DEL PROYECTO

Utilizamos un transformador de 12v se utiliza dos cargadores de 5 voltios para el disparo del SCR y el otro para el motsfet para la parte del microprocesador se puede sacar directamente desde el quemador q va conectado al computador, de esta manera podemos asegurarnos q saldr solo 5v que ira al micro , en este circuito se debe poner dos cargas, la primera con un motos y la segunda con el diodo de lata luminocidad

CONCLUSIONES

Mediante esta prctica pudimos observar el comportamiento de los SCRs los cuales soportan altas temperaturas y potencia Los opto acopladores mientras son dispositivos de emisin y recepcin q hacen el funcionamiento de un interruptor a travs de la emisin de luz. Utilizamos un ATmega que es un micro controladores AVR grandes con 4 a 256 kB dememoria flashprogramable, encapsulados de 28 a 100 pines,conjunto de instruccionesextendido (multiplicacin y direccionamiento de programas mayores) y amplio conjunto de perifricos.

REFERENCIAS

http://eie.ucr.ac.cr/uploads/file/proybach/pb0532t.pdfhttp://galia.fc.uaslp.mx/~ducd/cursos/potencia2/Articulo_ConvCDCD.pdfhttp://materias.fi.uba.ar/6609/docs/Optos.pdf