Laboratorio 4 Electronica

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LABORATORIO N°4 – Control del Rectificador Controlado de Silicio
Monasterios Tomás1, Puga José 2, Beitia Ricardo3
1 UTP - Chiriquí, FIE, Estudiante 2 UTP - Chiriquí, FIE, Estudiante 3 UTP - Chiriquí, FIE, Profesora Tiempo Completo
Resumen 
En este laboratorio usaremos los tiristores que son familias de componentes electrónicos constituidos por elementos semiconductores que utilizan realimentación interna para producir una conmutación, en este caso usaremos un rectificador controlado de silicio el cual solo conducirá corriente en los semiciclos positivos, con ayuda de este buscaremos tener una variación amplia del ángulo de disparo mas o menos se buscará que esta variación sea de 30° a 120°.
Palabras claves Angulo de disparo, capacitor, Diodo, control, Rectificador. 
Abstract 
In this laboratory we will use the thyristors that are families of electronic components made up of semiconductor elements that use internal feedback to produce a commutation, in this case we will use a silicon-controlled rectifier which will only conduct current in the positive half cycles, with the help of this we will seek to have a wide variation of the firing angle more or less it will be sought that this variation is from 30° to 120°.
Keywords firing angle, capacitor, Diode, control, Rectifier.
1. Introducción
El rectificador controlado de silicio (en inglés SCR: Silicon Controlled Rectifier) esun tipo de tiristor formado por cuatro capas de material semiconductor conestructura PNPN o bien NPNP. El nombre proviene de la unión de Tiratrón(tyratron) y Transistor.Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y gate (puerta). La puerta es laencargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funcionabásicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular lacorriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puertadel SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dichatensión, el tiristor comienza a conducir. Trabajando en corriente alterna el SCR sedesexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, senecesita un circuito de bloqueo forzado, o bien interrumpir el circuito.El pulso de conmutación ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivosi se está trabajando en corriente alterna. En este último caso, según se atrase oadelante el pulso de disparo, se controla el punto (o la fase) en el que la corrientepasa a la carga. Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y eltiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya pordebajo de la corriente de mantenimiento (en la práctica, cuando la onda senoidalcruza por cero).Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de untiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aun sin corriente de puerta.Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tensión quepermite mantener bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido alcondensador parásito existente entre la puerta y el ánodo.Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo delcontrol, especialmente control de motores, debido a que puede ser usado comointerruptor de tipo electrónico.
Materiales
· 
2. Procedimientos
3.1. Primero se arma el circuito que se muestra a continuación.
Figura 1 Circuito de prueba para la experiencia.
· Para calcular el rango de ángulos usaremos
𝜃 = 21.6(8.33 − 𝑡𝑑)
Encontramos con nuestras simulaciones un rango de 76° hasta 146°y con la fórmula:
Para el ángulo de 76° una potencia de P=0.84 w.
Para el ángulo de 146° una potencia de P=2.00 w.
Para el ángulo de 180° una potencia de P=3.12 w.
Con estos valores podremos encontrar los porcentajes de potencia no controlados de la potencia total son:
•	Para el ángulo de 76°, un porcentaje de 27%
•	Para el ángulo de 136°, un porcentaje de 35% Tenemos un porcentaje de 62%
Se ajusta la fuente AC para un voltaje de 50V pico; y se procede
a medir el ángulo de disparo del SCR colocando las puntas del
osciloscopio en sus terminales ánodo y cátodo, para todo el
rango de valores de R2.
3.2. Mida el ángulo de disparo en el osciloscopio y trate de ajustar el rango especificado. Si el valor mínimo no es el correcto varíe R1. Si el valor máximo no es mayor a 120° varíe R2 para obtener los resultados esperados.
3. Cálculos
Primero se calculará las potencias que tendrá nuestra carga con el ángulo de disparo en el rango de 30° a 120°
· Angulo de disparo de 30° su potencia será:
Con el ángulo de 30°, se transforma en radianes
Resultados 
Como primer paso se armo el circuito que esta en la siguiente figura: 
Figura 2: Circuito controlador del SCR.
Este circuito muestra cambios con respecto al presentado en la figura 1, esto es debido a que el circuito de la figura 1 (circuito original) usa el SCR MCR106-2 el cual no se puede usar en multisim por lo cual se reemplazo con el SCR 2N5061, el cual mediante la configuración de la figura 2 permite cambiar el ángulo de disparo del SCR.
Luego se procedió a encontrar el ángulo de disparo mínimo, en este caso de 78.6° el cual se muestra en la figura 3 y se obtuvo a partir de cambiar las resistencias R1 y R2 a los siguientes valores:
𝑅1 = 0 𝑦 𝑅2 = 350𝑘
Figura 3: ángulo de disparo de 76.2°
En este punto se puede observar en la figura 4 una comparación de la onda de entrada del SCR y la onda regulada con su ángulo de disparo.
Figura 4: Voltaje en la puerta del tiristor vs Voltaje en la terminal del tiristor.
La ecuación
𝜃 = 21.6(8.33 − 𝑡𝑑)
Permite calcular los valores de los ángulos, el tiempo td se obtiene gráficamente del osciloscopio para la figura 3 se obtuvo un tiempo de 4.8ms para un ángulo de 76.25° y en la figura 5 se obtiene un tiempo de 2ms para un ángulo de 136.7°, en esta figura 5 se obtuvo el ángulo para un mayor valor de disparo con una configuración de resistencias de
𝑅1 = 27𝑘 𝑦 𝑅2 = 350𝑘
Ilustración 5: Ángulo de disparo 136.7
Para la experiencia presencial utilizamos un circuito de la red de 120 rms
Ilustración 6. Circuito físico para probar la señal SCR
Ilustración 7. señal vista en el osciloscopio.
Ilustración 8. Circuito cuando el ángulo de disparo es mínimo
Se pide un valor mínimo de 30°. Pero para llegar a él sólo debemos variar el valor de R1. A mayores resistencias, menores corrientes en la compuerta del SCR, por lo tanto, para disminuir el ángulo de disparo, tenemos que aumentar la corriente cuando el valor del voltaje en la onda está creciendo (es menor en los 30°) paraque el SCR se dispare en dicho ángulo, cosa que conseguimos disminuyendo la resistencia.
6. Preguntas
1. ¿Cuál es el rango de variación de los ángulos para su circuito, ángulo de disparo mínimo y máximo?
R. Según los resultados presentados .
2. ¿Qué porcentaje de la potencia total se entrega a la carga cuando el ángulo de disparo es de 30º?
Integrando la función senoidal e introduciendo los valores del intervalo tenemos que el porcentaje que se le entrega a la carga con un ángulo de disparó de 30° es de 46.65%. Ya que no se aprovecha el voltaje negativo.
3. ¿Qué porcentaje de la potencia total se entrega a la carga cuando el ángulo de disparo es 120º?
4. Proponga un circuito para llevar el ángulo de disparo a cerca de 140°, presente la simulación.
Este diseño se aproxima a los 135°, es lo máximo.
7. Recomendaciones
8. Conclusiones
Un SCR tiene aplicaciones interesantes cuando se trata de control del ángulo de disparo para regular la potencia entregada a una carga. Parámetros determinantes en esta aplicación son los valores de las resistencias y el potenciómetro, además de la corriente mínima a la cual se activa el tiristor. El circuito en nuestra experiencia puede aplicarse a una gran cantidad de cargas alas que se les puede regular la potencia o intensidad de energía consumida con propósitos diversos. En este circuito en específico, pudimos regularla intensidad luminosa de una bombilla típica ajustando el valor de la potencia entregada al mismo mediante la resistencia variable que al variar su perilla, variábamos el ángulo de disparo del circuito y así, la potencia que entregaba el SCR a labombilla.Podemos realizar cambios al circuito para aumentar o disminuir el intervalo de ángulos de disparo para jugar con rangos de eficiencia en el circuito al variar los máximos y mínimos de potencia entregada en relación a la potencia disponible
9. Referencias
[1]	D. Hart, Power electronics. New York [etc.]: McGraw-Hill [etc.], 2011.
[2]	ONSEMI, "MCR706AT4G pdf, MCR706AT4G Descripción, MCR706AT4G datasheets, MCR706AT4G Vista ALLDATASHEET", Pdf1.alldatasheet.es, 2020. 
[En línea]. Disponible en: https://pdf1.alldatasheet.es/datasheet-pdf/view/172340/ONSEMI/MCR706AT4G.html. [Consultado 25 de mayo de 2020].