Facultad de Ingeniería Mecánica - FIM
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD
DE INGENIERÍA MECÁNICA
1er Informe de Laboratorio disparo de un tiristor con componentes discretos
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA F ACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA INFORME DE LABORATORIO Nº 1 – ELECTRONICA DE POTENCIA
Í ndi ce
1. Objetivos
2. Fundam Fundament ento o Teórico órico
3. Cues Cuesti tion onar ario io
4. Observ Observaci acione ones s y Conc Conclus lusion iones es
5. Hoja de da datos tos
Cur so:
FÍ SI CAI I I
Pr of esor : I ng.Ar eval oMacedo,Robi nson Secci ón: Apel l i do Paterno
A Apel l i do Mat erno
Nombr es
Especi al i dad
Hi l ar i o
Pi nt o
Dani el
M4
Bazan
Quevedo
Robert o
M6
Bazan
Yar anga
Cri st opher
M6
2015
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA F ACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA INFORME DE LABORATORIO Nº 1 – ELECTRONICA DE POTENCIA
Obj eti vos
Comprobar eperimentalmente el disparo de un tiristor con elementos discretos y este est! conectado a una car"a.
#rmar circuitos de activación de un tiristor y observar las ventajas y desventajas de cada una de ellas.
$ncontrar aplicaciones del tiristor.
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Fundament ot eóri co EL TIRISTOR O RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO
$l nombre proviene de la unión de Tiratrón y Transistor. %n tiristor es un dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura &'&' y con tres uniones &'. Tiene tres terminales( !nodo) c!todo y puerta o "ate. $s uno de los dispositivos semiconductores de potencia m!s importantes. *os tiristores se utili+an en ,orma etensa en los circuitos electrónicos de potencia) estos operan como conmutadores biestables) pasando de un estado estado no conduc conductor tor a un estado estado conduc conductor tor.. &ara &ara muc-as muc-as aplica aplicacio ciones nes se puede puede supone suponerr ue los tiristo tiristores res son interr interrupt uptore ores s o conmuta conmutador dores es ideale ideales) s) aunue aunue los tiristores pr!cticos e-iben ciertas caracter/sticas y limitaciones.
FUNCIONAMIENTO V AK
0i aplica aplicamos mos una tensió tensión n !nodo !nodo c!tod c!todo o
tienen polari+ación directa o positiva. *a unión
positiv positiva( a( las uniones uniones J 2
J 1
y
J 3
tiene polari+ación inversa) y solo
,luye una corriente de ,u"a. 0e dice dice ento entonc nces es ue ue el tiri tirist stor or esta esta en cond condic ició ión n de blo bloue ueo o dire direct cto o en esta estado do desactivado. 0i el voltaje de !nodo a c!todo V AK
se
incrementa
su,ici icientemen mente
"rande)
a la
un
valor
unión
lo J 2
polari+ada inversamente entrara en ruptura. $sto se conoce como ruptura por avalanc-a y el voltaje correspondiente se llama voltaje de ruptura directa. ado ue las uniones
J 1
y
J 3
tienen ya
polari+ación discreta) -abr! un movimiento libre de portadores a travs de las tres
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uniones) ue provocara una corriente directa del !nodo. 0e dice entonces ue el dispositivo est! en estado de conducción o activado. *a ca/da de voltaje se deber! a la resistencia ó-mica de las cuatro capas y ser! peuea) por lo comn cercana a 1 voltio.
CURVA CARACTERISTICA *a interpretación directa de la curva caracter/stica del tiristor nos dice lo si"uiente( cuando la tensión entre !nodo y c!todo es cero la intensidad lo es tambin. Hasta ue no se alcance la tensión de bloueo
V BO
6 el tiristor no se dispara.
Cuando se alcan+a dic-a tensión) se percibe un aumento de la intensidad en el !nodo I A
6) disminuye la tensión entre !nodo y c!todo) comport!ndose as/ como un diodo
polari+ado directamente. 0i se uiere uiere disparar disparar el tirist tiristor or antes antes de lle"ar
a la tensión de bloueo
ser!
necesario aumentar la intensidad de puerta 781 781)) 782) 782) 783) 783) 7849 78496) 6) ya ue ue de esta esta ,orma se modi,ica la tensión de cebado del mismo. $ste $ste ser/a ser/a el ,unc ,uncio iona namie mient nto o del del tiris tiristo tor r cuando cuando se polari polari+a +a direct directame amente nte)) y solo solo ocurre en el primer cuadrante de la curva. Cuando se polari+a inversamente se observa una dbil corriente inversa de ,u"a6 -asta ue alcan+a el punto de tensión inversa m!ima ue provoca su destrucción. $s una ,orma posible de cebar o activar el tiristor) ue nos interesa) pues para ello pondr/amos un diodo. 0i aplicamos una tensión positiva en la puerta del tiristor) tiri stor) se establece una corriente por la unión
J 3
) polari+ada directamente) ue produce un aumento de electrones en el
cristal cristal &) donde donde son portadores portadores minoritarios minoritarios para la unión unión
J 2
y por tanto pueden
atravesarla) ,acilitando ue el e,ecto de avalanc-a en esta unión se realice a menor tensión
V AK
.
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Cuanto mayor sea esa tensión de compuerta) menor ser! la tensión para lo"rar el disparo del tiristor) por lo ue una variación
V GK
V AK
necesaria
consi"ue di,erentes
puntos de disparo. Cuando Cuando el voltaje voltaje del c!todo c!todo es positivo positivo con respecto al !nodo) la unión polari+ación directa) pero las
J 1
y
J 3
J 2
tiene
tienen polari+ación inversa. $sto es similar a
dos diodos conectados en serie con un voltaje inverso a tra vs de ellos. $l tiristor estar! en estado de bloueo inverso y una corriente de ,u"a) conocida como corriente de ,u"a inversa
I R
,luir! a travs del dispositivo.
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Cuest i onari o 1. Hacer Hacer el fundamen fundamento to ter!co ter!co del del e"#er!ment e"#er!mento o real!$ado real!$ado.. $n el laboratorio se implementaron dos tipos de circuitos) en los cuales se utili+aba una ,uente de corriente alterna. $ste tipo de tensión se usa principalmente para controlar la potencia de entre"a a una car"a en nuestro nuestro caso un ,oco6. ,oco6. *a ,uente de voltaje puede ser de 11:;) 12:;) 22:;) en corriente alterna) etc. *a potencia suministrada suministrada a la car"a se controla variando el !n"ulo de conducción conducción pero solo conducir! un semiciclo.
CIRCUITO N°1
CIRCUITO N°2
CURVA CARACTERISTICA
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*a si"uie si"uiente nte ,i"ura ,i"ura muestr muestra a la depend dependenc encia ia entre entre la tensió tensión n de conmut conmutac ación ión y la corriente de compuerta. Cuando el tiristor esta polari+ado en inversa se comporta como un diodo comn. $n la re"ión de polari+ación en directo el tiristor se comporta tambin como un diodo comn) siempre ue el tiristor ya -aya sido activado On6. &unto y $. &ara valores altos de compuerta 786 &unto C6) la tensión de !nodo a c!todo es menor ;C6. 0i la 78 disminuye) la tensión !nodo condu+ca se pon"a en On6.
%. &Cu'l &Cu'l e( la d!ferenc d!ferenc!a !a entre entre el #r!mero #r!mero ) (e*un (e*undo do c!rcu!to+ c!rcu!to+ $l primer circuito ue se implementó en el laboratorio ,unciona de la si"uiente de la si"uiente manera( 'ormal 'ormalmen mente te el Tiris Tiristor tor trabaj trabaja a con polari polari+ac +ación ión direct directa a entre entre !nodo !nodo y c!tod c!todo o la corriente circula en el sentido de la ,lec-a del tiristor6. &or ello en este circuito solo es necesario aplicar un pulso en la compuerta 86 para activarlo. &ero el se"undo circuito) a di,erencia del primero) utili+a un condensador. &or ello este circuito se usa principalmente para controlar la potencia ue se entre"a a una car"a en nuestro caso un ,oco de ?: @6.*a @ 6.*a potencia suministrada a la car"a se controla variando el !n"ulo de conducción pero solo conducir! un semiciclo. ,. &-u &-u (ucede (ucede con la l'm#ar l'm#ara a cuando cuando aument aumenta a el /alor /alor de c!rcu!to(+
R P
en am0o(
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*o ue se observó en el laboratorio con respecto al ,oco utili+ado) es ue a medida de ue elevamos la resistencia en el potenciómetro en el primer circuito este se apa"a en cierto cierto punto punto del poten potenció ciómetr metro. o. Aientr Aientras as ue en la se"un se"unda da implem implement entaci ación) ón) la presencia del circuito >C produce un corrimiento de la ,ase entre la tensión de entrada y la tensión en el condensador ue es la ue suministra la corriente a la compuerta del tiristor por ende al aumentar el valor resistivo produce un corrimiento de ,ase ajustable) ue causar! la nula luminosidad del ,oco.
. Se*2 Se*2n n (u o#!n o#!n! !n n cu'l cu'l de lo( lo( c!rc c!rcu! u!to to( ( de d!(# d!(#ar aro o e( el reco recome mend nda0 a0le le.. &3or 4u+ 0e"n mi opinión el se"undo circuito es el recomendable debido a la presencia del condensa condensador dor)) pues este alimenta alimenta la corriente corriente ue circula a travs de la puerta del tiris tiristo torr y por por ende ende a trav travs s de la vari variac ació ión n del del pote potenc nció ióme metro tro se pued puede e varia variarr la intensidad de luminosidad del ,oco. &or ello la m/nima luminosidad del ,oco se da cuando el corrimiento de ,ase es m!imo cuando el potenciómetro tiene su mayor valor6 y la m!ima luminosidad cuando este tiene su valor m!s peueo cuando el potenciómetro marca :6.
5. &-u d!f!cult d!f!cultade( ade( encont encontr r al de(arrol de(arrollar lar e(te e(te e"#er!ment e"#er!mento+ o+ *a principal di,icultad ue se encuentra en esta eperiencia es la poca so,isticación de los materiales de coneión puesto ue estos se encuentran epuestos) y en cualuier descuido pueda ocurrir un accidente. #dem!s el medir con el mult/metro el voltaje entre !nodo y c!todo) en cierto momento) estas estas dos termin terminale ales s del mult/m mult/metr etro o c-oca c-ocan n "ener "enerand ando o un cortoc cortocirc ircuit uito o apa"a apa"ando ndo eventualmente el ,oco.
# continuación continuación se muestra muestra al"unas im!"enes tomadas tomadas del osciloscopio( osciloscopio(
Fig1. Se muestra el ángulo de disparo del circuito 2
Fig2. Se muestra el ángulo de disparo del circuito 2 variando la resistencia en el potencimetro.
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Fig1. Se muestra el ángulo de disparo del circuito 1
Fig2. Se muestra el ángulo de disparo del circuito 2
Fig2. Se muestra el ángulo de disparo del circuito 2 variando la resistencia en el potencimetro.
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Observaci ones
0e observa ue la resistencia en el ,oco es mayor cuando se utili+ó corriente alterna ue cuando se midió sin alimentación con el mult/metro.
$l condensador puede estallar si no se coloca de l a manera adecuada.
Conclusiones
0e compru comprueba eba median mediante te las "r!,ic "r!,icas as obten obtenida idas s en el oscil oscilosc oscopi opio o la teor/a teor/a desarrollada en clases.
0e comprueba en laboratorio ue el disparo de un tiristor se puede controlar usan usando do un cond conden ensa sado dorr ue ue alime aliment nte e la corr corrie ient nte e de puer puerta ta en el tiris tiristo torr. Aientras ue en el primer circuito ue no utili+a el condensador6) el !n"ulo de disparo es nico y por ende no se puede manipular.
%na de las aplicaciones encontradas en la eperiencia es ue puede ,uncionar como recti,icador) pero a di,erencia de los diodos) este puede ser controlado por
la seal de puerta. Otras de las aplicaciones del tiristor son( Controles de relevador Circuitos de retardo de tiempo Fuentes de alimentación re"uladas Controles de ,ase) etc.
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Hoj adedat os
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