Práctica 8_Rectificador controlado de Silicio - EA2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA – SEDE MEDELLÍN
FACULTAD DE MINAS
DEPARTAMENTO DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y AUTOMÁTICA
LABORATORIO DE ELECTRÓNICA ANÁLOGA II
PRÁCTICA 8 – RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO.
INTRODUCCIÓN:
Los tiristores son dispositivos semiconductores cuya estructura interna permite una realimentación para
producir una conmutación. Durante el desarrollo de ésta sesión de laboratorio se podrá identificar
experimentalmente el funcionamiento de dos tiristores fundamentales el SCR (SiliconControlledRectifier) y el
TRIAC (TriodeforAlternatingCurrent) mediante la implementación de dos experimentos donde se analizará el
funcionamiento de un circuito rectificador controlado auto sincronizado de media onda y un regulador de
potencia AC.
OBJETIVOS:
•
•
Caracterizar los puntos de conducción y la región de operación del dispositivo semiconductor SCR.
Entender el funcionamiento del dispositivo SCR y las condiciones bajo las cuales su adecuada
operación se ve afectada.
ANTECEDENTES:
Un tiristor es un dispositivo cuya estructura interna de capas semiconductoras tipo P y tipo N permiten que
éste actúe como un suiche o interruptor biestable permitiendo la conducción de acuerdo con las condiciones
de corriente o voltaje de las señales de sus terminales, fundamentalmente la de su compuerta dependiendo
de los dispositivos externos que se conecten a éste.
"Son orientados específicamente para aplicación en conmutación, en el control de potencia eléctrica
suministrada a un equipo. Se usan para controlar la cantidad de voltaje de corriente alterna o directa que se
suministra a un equipo"
Existe una amplia gama de estos dispositivos, sin embargo, su clasificación dependerá del tipo de señales que
maneje (AC ó DC) y de las características de disparo de los mismos, Son de gran uso en circuitos de electrónica
de potencia ya que permiten manejar altos voltajes y altas corrientes.
EL SCR:
El SCR es un dispositivo semiconductor que tiene amplio uso en la electrónica de potencia, una aplicación
típica es como Rectificadores Controlados. Estos elementos poseen únicamente dos estados o regiones útiles o
de interés práctico: conducción y bloqueo por lo cual para su análisis teórico en muchas aplicaciones, se les
puede considerar como interruptores controlados.
De acuerdo con la Figura 1 el SCR es un dispositivo de tres terminales: Ánodo (A), Cátodo (K) y Puerta (G). Es
unidireccional es decir el SCR en modo de conducción solo conducirá corriente en el sentido Ánodo-Cátodo lo
que implica que el potencial en el ánodo es mayor que en el cátodo.
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PRÁCTICA 8 – RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO.
Figura 1. Símbolo del SCR.
Para diferentes valores de la corriente de puerta ( ), el SCR podrá entrar en su estado de conducción para un
voltaje Ánodo-Cátodo (
) inferior. Una vez en su estado de conducción, al SCR se le puede considerar un
corto circuito, ya que la corriente puede crecer bastante, mientras que la diferencia de potencial en terminales
del dispositivo permanece constante en unos cuantos voltios.
La Figura 2 muestra las curvas de transferencia de un SCR con
= 300V e = 40mA., una vez el dispositivo
entra en la región de conducción, no saldrá de ella a menos que la corriente caiga por debajo de su valor de
sostenimiento ( ).
Figura 2. Curvas de transferencia del SCR.
Existe un valor mínimo de corriente de puerta, que hace que el SCR entre en conducción con un voltaje en
terminales muy pequeño y se comporte de manera muy similar a la de un diodo. Este valor es referido en los
manuales como
. En la Figura 2, este valor estaría muy cercano al que produjo la curva etiquetada como
. La salida es medida entre el terminal 3 del 555 y tierra.
PREINFORME:
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Usando un SCR de referencia C106, determine de su hoja de datos los valores de su corriente umbral de
disparo, sus limitaciones de tensiones y corrientes en sus terminales.
La práctica está orientada a la medición de dos parámetros claves en el funcionamiento del SCR, así como de
su utilización en un circuito regulador de voltaje DC simple. Para el trabajo en el laboratorio se usará el SCR
C106D.
En primer lugar, se quiere medir la corriente necesaria en la puerta ( ) para que el dispositivo entre en su
estado de conducción. Se propone el circuito de la Figura 3 para la medición experimental del dicho valor de
corriente.
La idea es que para iniciar la medida, el SCR debe estar en su estado de apagado. Es por eso que el
potenciómetro P1 debe iniciar en su máximo valor. De manera gradual el valor de P1 se irá disminuyendo,
hasta alcanzar un valor de corriente en la puerta tal, que se provoque un encendido del tiristor.
La mejor manera de detectar el cambio de estado del C106D es midiendo continuamente el voltaje en la
resistencia de carga, cuyo valor debe estar cercano a los 220 Ω.
En segundo lugar, se desea medir la corriente de sostenimiento , para lo cual se usará el circuito mostrado
en la Figura 4. La idea es que el SCR inicie en su estado de encendido, para lo cual es necesario ajustar la
corriente de puerta ( ), a un valor mayor o igual al medido en el circuito de la Figura 3. Una vez el SCR esté
encendido, se debe desconectar el terminal de puerta y proceder a aumentar gradualmente la resistencia
equivalente de carga, de modo que eventualmente el tiristor se apagará por efecto de la disminución de la
corriente por debajo de su valor de sostenimiento.
Figura 3. Circuito planteado para medir
.
Figura 4. Circuito propuesto para medir
.
Finalmente, para la implementación de un pequeño rectificador controlado, se usará el circuito de la Figura 5.
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Como puede verse se trata de un control autosincronizado, que dispara el SCR, cuando la corriente en puerta
(que tiene forma sinusoidal y en sincronía con la fuente de entrada) alcanza el valor de encendido ( ). Tome
nota de la relación entre el valor de potenciómetro (P1) y el ángulo de disparo obtenido para cada caso.
Figura 5.Rectificador controlado de media onda.
A partir de los valores de
e se deben justificar los valores de las resistencias (R1 y R2) de las figuras 3 y 4.
Si fuera necesario, altere dichos valores para que las medidas de corriente en la práctica sean adecuadas.
Nota: Adicionar a Rcarga un diodo led en serie para facilitar la observación del momento en que hay o no hay
flujo de corriente.
INFORME
Se deben entregar los valores obtenidos para
e
y compararlos con los presentados en el datasheet.
Se exige la simulación en PSPICE del rectificador controlado de media onda de la Figura 5 para lo cual el SCR
deberá modelarse por medio de un subcircuito (descripción nodal). Esto se debe a que los SCR no son
dispositivos que la herramienta de simulación reconozca directamente.
Se debe consignar la relación teórica esperada entre el ángulo de disparo (α) y el valor del potenciómetro (P1),
para el circuito de la Figura 5.