FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRONICA DE POTENCIA

Prctica de Laboratorio No 4

CONTROL DE POTENCIA DE UNA CARGA RESISTIVA MEDIANTE UN PWM SINCRONIZADO CON LA RED Y SCR EN LA ETAPA DE POTENCIA

1. Objetivo General.

Disear un control de potencia para suministrar potencia en la carga, con un ngulo de disparo variable entre 10 grados y 160 grados del pico positivo de la seal de la red elctrica.

2. Objetivos Especficos.

Disear un control de potencia con PWM y SCR que permita controlar la potencia en la carga, con un ngulo de disparo variable entre 10 y 160 del pico positivo de la seal de la red elctrica. Medir en el osciloscopio las forma de onda en los diferentes tiempos y compararlas con las obtenidas en las simulaciones. Determinar los valores de las resistencias, el capacitor y el triac para la implementacin del circuito que permitan la operacin del control. Verificar de manera experimental la operacin del controlador e identificar la forma de tensin y de corriente sobre cada uno de los elementos.

3. Marco Terico.

3.1. PWM La modulacin de anchura de pulso, abreviada como PWM, es un mtodo de transmitir la informacin sobre una serie de pulsos. Los datos se estn transmitiendo que se codifican en la anchura de estos pulsos para controlar la cantidad de energa que es enviada a una carga. Es decir la modulacin de anchura de pulso es una tcnica de la modulacin para generar pulsos variables de la anchura para representar la amplitud de una seal anloga o de una onda de la entrada. Los usos populares de la modulacin de anchura de pulso estn en entrega de energa, regulacin del voltaje y amplificacin y los efectos audio.

3.2. SCREs un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la disposicin pnpn Est formado por tres terminales, llamados nodo, Ctodo y Puerta. La conduccin entre nodo y ctodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es nico), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.

3.3. TRIAC(Triode for Alternative Current) es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversin de la tensin o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El TRIAC puede ser disparado independientemente de la polarizacin de la compuerta, es decir, mediante una corriente de compuerta positiva o negativa de energa que se enva a una carga.

3.3.1. Anlisis de su Funcionamiento. Con el propsito de obtener una seal de tensin a la salida del inversor con la frecuencia deseada, se compara una seal de control senoidal a la frecuencia deseada con una seal de onda triangular. La frecuencia de la onda triangular corresponde a la frecuencia de interrupcin del inversor y por lo general se mantiene constante. La frecuencia de la seal de control es conocida como la frecuencia modulante, mientras que la frecuencia de interrupcin es conocida como frecuencia de acarreo. La seal de control se utiliza para modular la razn de servicio del interruptor. De lo anterior, se desprende que en la seal de salida es inevitable la presencia de armnicos y por tanto existen ciertas desviaciones de la seal de onda seno segn nuestro inters. La razn de modulacin de la amplitud se verifica por la frmula:Vcontrol: amplitud pico de la seal de controlVtriac: amplitud pico de la seal triangular.La razn de modulacin de la frecuencia se describe por la siguiente frmula:Fs: frecuencia de conmutacin en los interruptoresF1: frecuencia modulante.El voltaje de salida que se obtienen dependen de la comparacin de las seal y de la condicin del interruptor como se muestra a continuacin:Cuando Vcontrol > Vtriac est encendido, entonces Vo= Vdc/2Para este inversor PWM su voltaje siempre oscilar entre Vdc/2 y -Vdc/2. El espectro de sus armnicas presenta las siguientes caractersticas:a) El valor pico a la frecuencia fundamental es un mltiplo de Vdc/2, donde el factor de multiplicacin es la razn de modulacin de las amplitudes. Sin embargo, esto solo es cierto para (ma < 1.0).

b) Las armnicas se identifican como anchos de banda muy cerca y alrededor de la frecuencia de acarreo como los mltiplos de sta, siempre y cuando se respete la condicin (ma < 1.0). Donde el orden de la armnica se obtiene por: h = j*mf kh: orden la armnica deseadaj: tiempo al que ocurre la armnicamf: razn de modulacin de la frecuenciak: k-simo ancho de banda a izquierda y derecha. Es posible determinar la frecuencia armnica utilizando la frmula a continuacin: fh = (j*mf k)* f1f1: la frecuencia de la componente fundamental de la seal de voltaje.c) La razn de modulacin de la frecuencia debe tener un valor entero impar, puesto que las armnicas impares estn presentes en la seal de salida y las armnicas pares desaparecen.Las frecuencias de interrupcin no pueden ser tan altas porque tienen el inconveniente de incrementar proporcionalmente las prdidas por interrupcin dentro del inversor. Esto se evita seleccionando frecuencias de interrupcin por debajo de 6kHz o por arriba de 20KHz al rango audible. En las aplicaciones de 50 o 60Hz, donde se requieren frecuencia de salida en el inversor de 200Hz, se seleccionan razones de modulacin menores que 9 para frecuencias de interrupcin menores de 2kHz, mientras que valores mayores de 100 son tpicos a frecuencias de interrupcin por arriba de 20KHz.Las relaciones entre la seal triangular y la seal de control dependen del valor correspondiente de mf. Si dicho valor es muy pequeo (mf < 21), se requiere la sincronizacin de las seales adoptando un entero impar para mf y pendientes de polaridad opuesta al coincidir en el cruce por el cero para ambas seales. Por otro lado, si el valor es grande (mf > 21), entonces debemos evitar emplear PWM asncronos porque los subarmnicos de secuencia cero provocan grandes corrientes, a pesar de que su magnitud es pequea.3.2.2.Diseo e Implementacin.Montaje.

3.4. Ecuaciones a Utilizar.Para el desarrollo de los clculos de los circuitos tuvimos en cuenta las siguientes ecuaciones:I. Voltaje Mximo.

II. Voltaje DC.

III. Voltaje RMS.

IV. Potencia DC.

V. Potencia RMS.

VI. Eficiencia.

VII. Corriente bb.

VIII. Resistencia Rb.

IX. Resistencia RF.

X. Resistencia Mxima Rmx.

XI. Resistencia Mnima Rmn.

XII. Resistencia E.

XIII. Voltaje de Pico Vp.

4. Control de Potencia de una Carga Resistiva Mediante un PWM Sincronizado con la Red y SCR en la Etapa de Potencia. Para el diseo del circuito Control de Potencia de una Carga Resistiva Mediante un PWM Sincronizado con la Red y SCR en la Etapa de Potencia:Los Clculos obtenidos son los siguientes:

4.1. Seleccin del Diodo Diodo (1N4007).

5. Simulaciones.

6. Anlisis de Resultados.Se puede evidenciar como se da paso a la transformacin de una tencin DC a una forma de onda cuadrada, la cual es suavizada en su ascenso por medio de un capacitor esta seal es comparada por medio de un amplificador operacional con otro nivel de tensin DC variante en amplitud segn la variacin de una resistencia o potencimetro, esta comparacin da como resultado una variacin en la seal de salida del amplificador la cual es una forma de onda variante en su valle superior e inferior (pwm), esta variacin comprende una variacin en la tensin suministrada, a una carga durante un intervalo de tiempo de 1/60 segundos como la frecuencia es tan rpida el ojo humano no puede percibir variaciones en la obturacin de la carga, solo puede denotar un incremento o decremento en la intensidad lumnica como la tensin en variable y la potencia es funcin de la tensin y de la corriente la potencia ser posible variarla a gusto.SIMULACIONES: Los resultados obtenidos se presentan en la siguiente tabla.Tabla 1.: datos obtenidosCONTROL DE POTENCIA DE UNA CARGA RESISTIVA MEDIANTE UN PWM SINCRONIZADO CON LA RED Y SCR EN LA ETAPA DE POTENCIA

CLCULOS% ERROR

VariablesUndTericosSimulacinOsciloscopioMultmetroTerico Vs SimulacinTerico Vs OsciloscopioTerico Vs Multmetro

Vmx V16,9717100,00100,00100,00

Vdc V10,811100,00100,00100,00

Vrms V8,849100,00100,00100,0

Ics mA8,007.6100,00100,00100,00

Ib mA0,120.12100,00100,00100,00

Imax AN/A0.18N/AN/AN/A

Pdc W0,02160.025100,00100,00100,00

Prms W0,04140.04100,00100,00100,00

n%%4040%100,00100,00100,00

Imgenes Osciloscopio

7. Conclusiones.

la tensin inducida en la carga es variable por lo tanto la potencia consumida es variable en funcin de la tensin de igual manera.

Este circuito es funcional a la hora de realizar dimerizacin o variaciones de velocidad en pequeos motores

La eficiencia de este tipo de circuitos no es elevado lo que incurre en sobrecostos a la hora de su implementacin ya que mucha de la energa se desperdicia ya sea en forma de calor u otras maneras.

Este circuito comprende una parte donde el ujt (2N222) puede funcionar como conversor de DC a una forma de onda cuadrada este tipo de configuracin es til a la hora de implementar trasporte de seales para medicin u control.

8. Bibliografa. Electrnica de Potencia (Circuitos, dispositivos y aplicaciones), Segunda Edicin. MUHAMMAD H. RASHID. Maloney T. Electrnica Industrial.

Jess Eduardo Cubillos Cdigo: 42111005Jhon Alexander Terreros Perea Cdigo: 4211201413