ELECTRONICA DE POTENCIA JULIACA – PERÚ PERÚ 2014
CONTROL DE POTENCIA POR ANGULO DE DISPARO (FASE)
23 de julio de 2014
INFORME TECNICO N° 0001 – 20014 – CAPIME / UANCV
UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELASQUES
CARRERA PROFESIONAL. INGENIERIA MECANICA ELECTRICA
TEMA: CONTROL POR ANGULO DE DISPARO
DOCENTE: ING. ALEJANDRO BLADIMIR CONDORI IQUISE
ESTUDIANTES: HENRY PAREDES MAMANI
FECHA: 23 /07 /14
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INDICE DE CONTENIDO |I) INTRODUCCION ...................................................... .......................................................................................................... ....................................................... ... 5 II) MARCOTEORICO……………………………………………………………………5 MARCOTEORICO……………………………………………………………………5 1. transistor………………………………………………………………………..5 transistor………………………………………………………………………..5 1.1 Cómo Funciona el transistor.................................................... ................................................................................. ............................. 5 2. Optoacoplador Moc ..................................................... ......................................................................................................... ....................................................... ... 6 2.1 Introducción……………………… Introducción………………………………………………… …………………………………………...6 ………………...6 2.2 Como funciona el optoacoplador.......................................................................... 7 3-.Triac ................................................................................................................................... 7 3.1 Cómo funciona el triac ..................................................................................................... 7 4. Microcontrolador Pic……………………………… Pic…………………………………………………………… …………………………………... ……... ...9 4.1 Introducción. ................................................. .................................................... ....................................................... ... 9 4.2 Como fusiona el Microcontrolador Pic ............................................................... 9 4.3 Programa del Microcontrolador Pic ............................................... .................... 9 4.4 Códigos de programación en el software pic c compiler. ................................ . 10 4.4.1 Función principal void main ....................................................... ............................................................... ........ 10 4.4.2 Interrupciones INT del microcontrolador PIC ..................................... 10 4.4.3 Uso de variable en lenguaje c .............................................................. 10 4.4.4 Condición, sentencia “if”................................................... “if” ................................................... .................. 10 4.5 Características del Microcontrolador ............................ .................................... 11 III) OBJETIVOS .................................................................................................................. 11 IV) MATERIALES Y PROGRAMAS ...................................................................... .......... 11 V) PROCEDIMIENTO ................................................................................................ ........ 12 1. Calculos……………………………………………………….…………………………13 Calculos……………………………………………………….…………………………13 1.1 calculo del periodo de un ciclo………………………… ciclo…………………………………………………13 ………………………13 1.2 calculo del VRMS de la onda……………………………… onda………………………………………………….13 ………………….13 1.3 calculo del VRMS de la onda controlada……………………………… controlada………………………………………14 ………14 1.4 circuito de proteccion del del SCR(snubber)…………………… SCR(snubber)………………………………………15 …………………15 2. Simulación en el programa Isis Proteus ................................................ ........................... 16 2.1. Circuito de cruce por cero ................................................................................. 17 3
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2.3 Circuito de potencia ............................................... ............................................. 17 2.4. simulación del control por Angulo de disparo................................ ................... 18 3 Programación de microcontrolador pic ............................................................................. 18 3.1. Diagrama de flujo ................................................. ............................................. 19 3.1. Explicación del de l diagrama de flujo ................................................... .................. 20 4. Armado del circuito en lo practico ............................................... .................................... 20 4.1 Circuito cruce por po r cero en protoboard ........................................................ ................................................................ ........ 21 4.2 Circuito de control en protoboard ..……………………………………………22 4.2 Circuito de potencia en protoboard .................................................................... 22 VI) RESULTADOS ............................................................................................................. 22 VII) OBSERVACIONES ................................................ .................................................... ...................................................... 23 VIII) CONCLUSION ...................................................... .......................................................................................................... ...................................................... 23 IX) BIBLIOGRAFIA …………………………………………………………………… ...24
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I)
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|INTRODUCCION
El presente informe se hiso con la finalidad de hacer comprender a los estudiantes estudiantes de la carrera académico profesión ing. Mecánica eléctrica la importancia de los dispositivos de electrónica de potencia como el scr, triac, transistor, moc entre otros, el uso y las aplicaciones de estos mismos. El Proyecto consta de 3 etapas como es el circuito de cruce por cero, circuito de control y circuito de potencia. Con estos 3 circuitos integrados por estos dispositivos ya mencionados y entre otros po demos controlar la onda sinusoidal según el Angulo alfa.
II)
MARCO TEORICO
1. Transistor Un transistor de unión bipolar consiste en tres regiones semiconductoras dopadas: semiconductoras dopadas: la la región del emisor, la región de la base y la región del colector. Estas regiones son, respectivamente, tipo P, tipo N y tipo P en un PNP, y tipo N, tipo P, y tipo N en un transistor NPN. Cada región del semiconductor está conectada a un terminal, denominado emisor (E), base (B) o colector (C), según corresponda. Corte transversal simplificado de un transistor de unión bipolar NPN. Donde se puede apreciar como la unión base-colector es mucho más amplia que la base-emisor. La base está físicamente localizada entre el emisor y el colector y está compuesta de material semiconductor ligeramente dopado ligeramente dopado y de alta resistividad. El colector rodea la región del emisor, haciendo casi imposible para los electrones inyectados en la región de la base escapar de ser colectados, lo que hace hace que el valor resultante de α se acerque mucho hacia la unidad, u nidad, y por eso, otorgarle al transistor un gran β.
1.1. Cómo Funciona el transistor En una configuración normal, la unión base-emisor se polariza en directa y la unión basecolector en inversa. Debido a la agitación térmica los portadores de carga del emisor 5
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pueden atravesar la barrera de potencial emisor-base y llegar a la base. A su vez, prácticamente todos los portadores p ortadores que llegaron son impulsados por el campo eléctrico que existe entre la base y el colector. Un transistor NPN puede ser considerado como dos diodos con la región del ánodo compartida. En una operación típica, la unión baseemisor está polarizada en directa y la unión base-colector está polarizada en inversa. En un transistor NPN, por ejemplo, cuando una tensión positiva es aplicada en la unión base-emisor, el equilibrio entre los portadores generados térmicamente y el campo eléctrico repelente de la región agotada se desbalancea, permitiendo a los electrones excitados térmicamente inyectarse en la región de la base. Estos electrones "vagan" a través de la base, desde la región de alta concentración cercana al emisor hasta la región de baja concentración cercana al colector. Estos electrones en la base son llamados portadores minoritarios debido a que la base está dopada está dopada con material P, los cuales generan "huecos" como portadores mayoritarios en la base.
Curva característica del transistor
2. Optoacoplador Moc 2.1 Introducción Un optoacoplador, también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor activado mediante la 6
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luz emitida por un diodo un diodo LED que satura un componente optoelectrónico, componente optoelectrónico, normalmente normalmente en forma de fototransistor de fototransistor o fototriac. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar eléctricamente a dispositivos muy sensibles.
2.2 Como funciona el optoacoplador Basan su funcionamiento en el empleo de un haz de radiación luminosa para pasar señales de un circuito a otro sin conexión eléctrica. Estos son muy útiles cuando se utilizan por ejemplo,
Microcontroladores
PICs
y/o
PICAXE
si
queremos
proteger
nuestro
microcontrolador este dispositivo es una buena opción. En general pueden sustituir los relés ya que tienen una velocidad de conmutación mayor, así como, la ausencia de rebotes.
3-.Triac El triac 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 inversión por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento.
3.1 Cómo funciona el triac El triac puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa. Cuando el triac conduce, hay una trayectoria de flujo de corriente de muy baja resistencia baja resistencia de una terminal a la otra, dependiendo la dirección la dirección de flujo de la polaridad del voltaje externo aplicado. Cuando el voltaje es más positivo en MT2, la corriente fluye de MT2 a MT1 en caso 7
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contrario fluye de MT1 a MT2. En ambos casos el triac se comporta como un interruptor cerrado. Cuando el triac deja de conducir no puede fluir corriente entre las terminales principales sin importar la polaridad del voltaje externo aplicado por tanto actúa como un interruptor abierto. Debe tenerse en cuenta que si se aplica una variación de tensión importante al triac (dv/dt) aún sin conducción previa, el triac puede entrar en conducción directa.
Curva característica del triac NOTA
Como se se pudo notar el Triac es un SCR bidireccional. bidireccional.
La corriente y la tensión de encendido disminuyen con el aumento de temperatura y con
el aumento de la tensión de bloqueo.
Las corrientes de pérdida del Triac son pequeñas, del orden de 0,1 m A a la temperatura ambiente. temperatura ambiente.
El Triac conmuta del modo de corte al modo de conducción cuando se inyecta corriente a la compuerta. Después del disparo la compuerta no posee control sobre el estado del Triac. Para apagar el Triac la corriente anódica debe reducirse por debajo del valor de la corriente de retención IH.
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4 Microcontrolador Pic 4.1 Introducción. Los microcontroladores son computadores digitales integrados en un chip que cuentan con un microprocesador o unidad de procesamiento central (CPU), una memoria para almacenar el programa, una memoria para almacenar datos y puertos de entrada salida. A diferencia de los microprocesadores de propósito general, como los que se usan en los computadores PC, los microcontroladores son unidades auto suficiente y más económico.
4.2 Como fusiona el Microcontrolador Pic El funcionamiento de los microcontroladores está determinado por el programa almacenado en su memoria. Este puede escribirse en distintos leguajes leguajes de programación. Además, la mayoría de los microcontroladores actuales pueden reprogramarse repetidas repetidas veces.
4.3 Programa del Microcontrolador Pic
Figura Programación del Microcontrolador pic
Este proceso corresponde a utilizar un programa en el PC que toma el código ensamblado (hex, bin, coff) para el µC específico, y lo envía mediante algún puerto (serial, paralelo, USB, etc.)
a un dispositivo que lo escribe en la memoria del µC.
denominar programador
Se acostumbra
tanto al software como al hardware involucrado para este
propósito, lo cual puede prestarse a confusión. El software programador a veces recibe también el nombre de downloader, ya que su propósito es descargar descargar o transferir transferir desde el PC al al µC el código ensamblado. ensamblado. En la la figura figura se muestran las componentes involucradas en el proceso de programación del µC. Es importante mencionar que no deben confundirse 9
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los términos desarrollo o programación del software y programación del µC, el primero se refiere a escribir el programa, mientras que el segundo se refiere transferir el código de maquina a la memoria del µC.
4.3 Códigos de programación en el software pic c compiler. 4.4.1 Función principal void main Void main(), se utiliza cuando la aplicación no va a devolver ningún valor al sistema operativo, o a otra aplicación que haya ejecutado ese programa. Evidentemente, y como indica el indicador de tipo de dato devuelto por la función, es void, por lo que si utilizas un return dentro de void, el compilador te dará un warning ya que interpreta muy sabiamente que estás intentando compilar una función void, que no debería devolver nada, y detecta que hay un código de salida en la función (el valor 0 que sigue a return). Ejemplo: Void main(){…} es la función principal del programa
4.4.2 Interrupciones INT del microcontrolador PIC La interrupción externa en el pin RB0/INT se activa por flanco ascendente o descendente, dependiendo del bit INTEDG del registro OPTION_REG. Cuando aparece una transición válida en el pin RB0/INT, la bandera INT0IF del registro INTCON toma un valor de 1. Esta interrupción puede ser habilitada/deshabilitada con el bit INT0IE del registro INTCON. La bandera INT0IF tiene que ser borrada por software dentro de la ISR antes de rehabilitar esta interrupción. La interrupción INT puede despertar al PIC, si el bit INT0IE se programó en 1 antes de ingresar al modo Sleep. El estado del bit GIE determina si se produce o no el salto al vector de interrupción después del despertar (los detalles aparecen en las secciones 6.11 MODO DE BAJO CONSUMO (Sleep) PIC16F88 o 6.19 MODO DE BAJO CONSUMO (Sleep) PIC16F628A y PIC16F877A d el libro).
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4.4.3 Uso de variables en lenguaje c ¿Qué son las variables? pues sencillamente el poder identificar con un nombre una o varias posiciones de memoria de la RAM de nuestro PIC y de esta manera el poder almacenar allí los datos que va a utilizar nuestro programa. Tipo nombre_variable [=valor];
Ejemplo de declaración de variable: int8 entrada;
Tabla de variables y sus valores
4.4.4 Condición, sentencia “if” La condición es una expresión que puede resultar verdadera o falsa. Si la condición es cierta, entonces el procesador ejecutará las sentencias del bloque entre llaves. Si no es cierta, el programa ignora todas las sentencias y continuará por la siguiente sentencia. If (condicion) {sentencia};
4.5 Características del Microcontrolador Por las características mencionadas y su alta flexibilidad, los microcontroladores son amplia- mente utilizados como el cerebro de una gran variedad de sistemas embebidos que 11
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controlan maquinas, componentes de sistemas complejos, como aplicaciones industriales de automatización y robótica, domótica, equipos médicos, sistemas aeroespaciales, aeroespaciales, e incluso dispositivos de la vida diaria como automóviles, hornos de microondas, y televisores.
III)
OBJETIVOS
comprender el funcionamiento del circuito que se presenta para esta practica
Calcular los parámetros del circuito que se presenta para esta práctica de funcionamiento requeridas.
IV)
Comprender el funcionamiento del moc, triac, pic.
MATERIALES Y PROGRAMAS
1) Materiales
Placa board (1)
Resistencia 100, 220, 500, 1k, 10k, 20k
Diodo IN4007 (4)
Transformador de 12v (1)
Transistor (1)
Capacitor 100uf (1)
Diodo zener 5.1v (1)
Pic 16f628 (1)
Pulsador (2)
Moc 3021 (1)
Triac L2008L8 (1)
Lámpara 220v (1)
Osciloscopio (1)
2) Programas
Isis proteus
Pic c compiler
D pic
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V)
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PROCEDIMIENTO
Para este proyecto de electrónica de potencia el estudiante deberá tener un poco más cuidado ya que se trabajar con una tensión de 220v. Es por ello que primeramente para entender mejor, se trabajar con software de simulación como es el “isis proteus”. Para proteus”. Para luego recién hacerlo en la práctica con el fin de evitar accidentes.
1. CALCULOS Y CONOCIMIENTOS BASICOS 1.1 Calculo del periodo de un ciclo
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1.2 Calculo del Vrms de una señal senoidal
∫ ∫ ∫ ∫ [ [ ] √ 1.3 Calculo del Vrms para un ángulo alfa
∫ ∫ ∫ ( )( ) 14
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( )
√ 1.4 Proteccion del SCR (red snubber)
Proteccion del SCR (red snubber)
La Carga es una lampara incandecente de 100W
CAPACITOR
Corriente del capacitor cuando se encuentra descargado
LA RESISTENCIA
Teniendo en cuenta que la descarga inicial
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CONTROL DE POTENCIA POR ANGULO DE DISPARO (FASE) del capacitor se limita en 3amperios entonces:
Valor comercial de la resistencia será: R = 100 OHM
1.5 principales señales del proyecto
2 Simulación en el programa Isis Proteus 16
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El Programa ISIS, Intelligent Schematic Input System (Sistema de Enrutado de Esquemas Inteligente) nos permite diseñar el plano eléctrico del circuito del circuito que se desea realizar con componentes muy variados, incluyendo fuentes incluyendo fuentes de alimentación, alimentación, generadores de señales de señales y muchos otros componentes con prestaciones diferentes. En este programa se armara el circuito y finalmente se simulara para una mejor comprensión d el estudiante.
2.1 Circuito de cruce por cero Esta etapa es la encargada de bajar la tensión de la red eléctrica, generalmente de 220 V, 60 Hz, a un valor seguro para el circuito detector de cruce por cero. A continuación se Presenta un circuito típico, el cual se basa en un transformador de bajada recomendado recomend ado a 12Vrms como elemento de aislamiento y de un transistor transistor para la tarea de detección de cruce por cero Armar el circuito en el software según mostrado en la figura.
2.2 Simulación del cruce por cero Para simular nuestro circuito de cruce por cero aprovecharemos una de las prestaciones de Proteus, integrada con ISIS, ISIS, es el virtual system system modeling VSM, que significa (Sistema Virtual de Modelado), una extensión integrada con ISIS, con la cual se puede simular, en tiempo en tiempo real, todas las características que queramos ver. Usando el osciloscopio del programa conectaremos las terminales del d el osciloscopio a la salida de nuestro circuito y la otra terminal a la salida salida del transformador para una mejor captación del estudiante y de la señal pulsante en el instante que la onda cruza al punto cero.
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2.3 Circuito de potencia De igual manera armar el circuito de potencia según mostrado en la figura
2.4. simulación del control por Angulo de disparo 3 Programación de microcontrolador pic La programación del pick se hizo en lenguaje c con el software pic c compiler. Ya con algunos códigos estudiados se puede armar el código de programación.
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3.1 Diagrama de flujo Para una mejor comprensión del programa de los estudiantes venideros puedan lograr comprenderlo correctamente la programación se explicara mediante un diagrama de flujo. 19
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3.1 Explicación del diagrama de flujo Apagar los puertos del pic Con el fin de asegurar de que no empiece ningún pin encendido.
Configurar interrupción Configurará y activa la entrada del pin “INT” para detectar una interrupción (el disparo del cruce por cero).
Bucle infinito. El pick entra a un bucle infinito donde verificara si si ud. Presiona los pulsadores como el pulso+ o el pulso- .Mientras no se presione ninguno el pick seguirá con su tarea.
Pulso + En el caso que el pick detecte una señal en el pulso +, entonces el contador sumara sumara uno cada vez que se presione el pulsador.
Pulso – De igual manera ocurre con el pulso- , con la diferencia que cada vez que se presione este pulsador el contador restara uno.
Condición (SI) En este caso estas condiciones sirven para pon erle un límite a los contadores. Contador ≤ 8200
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El límite para el pulso+ será será de 8200 si se llega se mantendrá con este valor, mientras el contador no llegue a este este límite seguirá aumentando. Contador ≥ 0.0
El límite es cero mientras el contador no llegue a este valor el contador seguirá restando.
4 ARMADO DEL CIRCUITO EN LO PRACTICO 4.1 Circuito cruce por cero en protoboard El circuito en el protoboard se armara de la siguiente manera. Ya con conocimientos básicos de los dispositivos para evitar pérdidas económicas en caso de hacer una mala conexión.
1. 2. 3. 4.
Mediante un transformador reduce la tensión vrms de 220 a 9 voltios. En el puente de diodos la señal se rectifica a una onda completa rectificada Se cargara el capacitor El transistor conduce corriente mientras tenga tensión en la la base. Tensión de salida 0 voltios 5. Si el transistor no tiene suficiente tensión tensión en la base, se creara a la salida una señal pulsante. 6. La tensión de salida será controlada por el diodo zener de 5.1 voltios
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4.4 circuito de control
Pin RA0 salida del microcontrolador al moc
Pin RA1 entrada del pulsador --
Pin RA2 entrada del pulsador ++
Pin RB0 (INT) reconoce la interrupción. “entrada del cruce por cero”
Pin RA6 Y RA7 para RA7 para el cristal de cuarzo de 20 MHz
4.2 Circuito de control potencia en protoboard Armar el siguiente circuito circuito de potencia en la placa board dela siguiente manera
Conecte el moc con el triac triac según datasheet datasheet
Haga una protección del SCR (red snubber)
Y finalmente conecte la carga a controlar por ángulo de fase
Moc 3021 se encarga de separar el circuito de control con el de potencia
Pin4 del Moc a la puerta del triac
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VI)
Pin 6 del Moc se alimenta de la tensión
Triac bidireccional BT138
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RESULTADOS Los resultados fueron positivos, ya que logramos concluir este proyecto exitosamente teniendo el control por angulo de disparo. De la misma manera la comprensión de los dispositivos usados.
VII)
OBSERVACIONES
Henry Paredes M. Al desarrollar este proyecto me pude dar cuenta que siempre se presentan algunos problemas, en esta ocasión fueron en la programación ya que fue complicado realizar el código del programa ya que aparentemente funcionaba pero al momento de pasarlo a físico existía algún error, finalmente se logró encontrar la lógica y realizar el código correcto, el armado del circuito en físico no presento complicación alguna.
VIII) CONCLUSION Henry Paredes M. En este proyecto logramos la constitución de un sistema por el cual integramos casi en su totalidad los temas ya vistos como: el diodo, transistor, microcontrolador entre otros, 23
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utilizamos algunos delos conceptos del Angulo de disparo. El proyecto consta de una etapa de control en la cual por medio de un pic16f628A, mediante una interrupción externa, y una señal digital cuadrada, logramos variar el tiempo del disparo de un pulso. Y ya, en la etapa de potencia ese pulso activa a un optoacoplador moc con salida al triac, que cierra el circuito dela carga, en este caso utilizamos un foco.
IX)
BIBLIOGRAFIA
Cruce por cero http://eie.ucr.ac.cr/uploads/file/proybach/pb07_II/pb0710t.pdf Dispositivos de potencia http://www.itlalaguna.edu.mx/Academico/Carreras/electronica/opteca/OPTOPDF3_archivo s/UNIDAD3TEMA1.PDF http://materias.fi.uba.ar/6625/Clases/Dispositivos%20de%20Potencia.pdf
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