Acoplamiento De Dc Y Ac d6y30

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA TULA TEPEJI

T. S. U. MECATRÓNICA

Materia: ELECTRÓNICA ANALÓGICA

CIRCUITO ELECTRÓNICO PARA EL ACOPLAMIENTO DE LA ETAPA DE CONTROL EN CORRIENTE DIRECTA A UNA CARGA ALIMENTADA POR CORRIENTE ALTERNA

Catedrático: Ing. Raúl Antonio Hernández del Castillo

Alumno: Carlos Alberto Monroy Barrios

Grupo: 2MC-G1

OBJETIVO Construir un sistema que permita el acoplamiento de la etapa de control en corriente directa a la etapa de potencia en corriente alterna, considerando tanto aspectos técnicos (en cuanto al correcto funcionamiento del sistema) como aspectos económicos (el sistema debe ser de bajo costo).

INTRODUCCIÓN. Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los infrarrojos. La luz incide sobre la región de base, generando portadores en ella. Esta carga de base lleva el transistor al estado de conducción. Un optoacoplador, también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor excitado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente opto-electrónico, normalmente en forma 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. Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los transistores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.

DESARROLLO. 1. Diseño del sistema. Primero determinamos, a través de una propuesta inicial de nuestro circuito, su modo de operación: R2 S1

75Ω

M

R1

220Ω

MOTOR

X3 LED

V1 0V

X1 PHOTODIODE

V2 X2

R3

PHOTOTRANSISTOR

47Ω

Fotointerruptor

X4

D2

PHOTODIODE

1N5758

GND Optoacoplador

D1 MAC15-10

120 V 60 Hz 0Deg

La fuente de corriente directa alimentará al foto-interruptor (formado por un LED emisor de luz infrarroja y un foto-transistor) el cual alimentará al LED infrarrojo del optoacoplador que activará a la salida a Triac del optoacoplador permitiendo el paso se corriente a la compuerta del TRIAC que entrará en conducción y cerrará el circuito para poner en marcha a la carga, en este caso, un motor monofásico.

2. Cálculo del circuito de control. Para el cálculo del circuito de control, primero hacemos la propuesta de los elementos que conformarán al circuito para usar los datos de su ficha técnica correspondiente. Para un fotodiodo IR333C (LED infrarrojo): ‫ܫ‬ி = 20݉‫ = ܸ ;ܣ‬1.5ܸ Para un foto-transistor PT331C (detector del fotodiodo): ‫ܫ‬஼ = 20݉‫ܸ ;ܣ‬஼ா = 1.3ܸ Para un optoacoplador con salida a triac MOC3011: ‫ݎ݋ݏ݅݉݁ ݋݈݀ܽ ݈݁ܦ‬: ‫ܫ‬ி = 10݉‫ = ܸ ;ܣ‬1.5ܸ; ܲ‫ = ݐ݋‬100ܹ݉ ‫ܿܽ݅ݎݐ ܽ ݈ܽ݀݅ܽݏ ݈ܽ ݁ܦ‬: ܸ஽ோெ = 250ܸ; ‫்ܫ‬ௌெ = 1‫ = ݐ݋ܲ ;ܣ‬300ܹ݉

Para un TRIAC MAC-12D: ‫ = ீܫ‬18݉‫ = ்ீܸ ;ܣ‬0.72ܸ Con esta información disponible procedemos a hacer los cálculos: ܸ஼஼ − ܸோଵ − ܸி௢௧௢ௗ௜௢ௗ௢ = 0;

ܵ݅ ܸ஼஼ = 6ܸ ‫ܸ ݕ‬ி௢௧௢ௗ௜௢ௗ௢ = 1.5ܸ

6ܸ − ‫ܫ‬ோଵ ܴ1 − 1.5ܸ = 0; ‫ܫ‬ோଵ = ‫ܫ‬ி = 20݉‫ܣ‬ ܴଵ =

4.5ܸ = ૛૛૞ષ 20‫ݔ‬10ିଷ ‫ܣ‬

ܸ஼஼ − ܸோଶ − ܸ௅ா஽௑ଷ − ܸ஼ா − ܸி௢௧௢ௗ௜௢ௗ௢ = 0; ܵ݅ ܸ஼஼ = 6ܸ, ܸ௅ா஽௑ଷ = 1.7ܸ, ܸ஼ா = 1.3ܸ ‫ܸ ݕ‬ி௢௧௢ௗ௜௢ௗ௢ = 1.5ܸ 6ܸ − ‫ܫ‬ோଶ ܴ2 − 1.7ܸ − 1.3ܸ − 1.5ܸ = 0; 1.5ܸ ܴଶ = = ૠ૞ષ 20‫ݔ‬10ିଷ ‫ܣ‬

ܵ݅ ‫ܫ‬ி = 20݉‫)ݎ݋ݐ݈ܿ݁݋ܿ ݁݀ ݁ݐ݊݁݅ݎݎ݋ܿ( ܣ‬

Proponemos una resistencia de R3=1KΩ para limitar la corriente en la compuerta.

3. Prueba del circuito de control. Se procede a construir el circuito con los siguientes elementos: • 1 Foto-interruptor ITR 8102. • 1 Optoacoplador MOC3011 con salida a triac. • 1 TRIAC MAC-12D • 1 LED verde • Resistencias eléctricas de ½ W • Resistencia eléctrica 1KΩ a 5W • Protoboard • Carga (lámpara o motor monofásico) • Fuente de corriente directa a 6 V o eliminador con salida a 6V DC Conectando primero como carga una lámpara incandescente, probamos el circuito:

Cuando un objeto bloquea el paso de luz infrarroja, el fototransistor está desactivado, por lo que el foto-interruptor se comporta como un interruptor abierto. Cuando retiramos el objeto que bloquea al haz de luz, el fototransistor se activa y permite el flujo de corriente hacia el fotodiodo del optoacoplador que a su vez activa a la salida a triac permitiendo el flujo del pulso de tensión a la compuerta del TRIAC y quedando este en estado de conducción. El foto-interruptor se comporta como un interruptor cerrado. Ahora, se sustituye la carga por un motor monofásico con las siguientes características: •

Motor monofásico a 127V y 60Hz de CA, potencia de 0.37kW (0.5HP); ‫ = ܫ‬5.5‫ܣ‬

Se escogió el TRIAC MAC-12D porque la corriente máxima que puede conducir es de 12A, por lo que el valor de 5.5 A está por debajo del límite máximo y el dispositivo puede operar sin problemas.

MATERIAL Y EQUIPO. Para el desarrollo de circuito se requirió lo siguiente:

CANTIDAD 1 1 1 1 1 1 1 1 1

DESCRIPCIÓN Foto-interruptor ITR 8102 Diodo emisor de luz (LED) color verde Optoacoplador con salida a Triac MOC 3011 TRIAC MAC 12D Resistencia eléctrica de alambre 1kΩ a 5 Watts Resistencia eléctrica 56Ω a ½ Watt Resistencia eléctrica 20Ω a ½ Watt Resistencia eléctrica 220Ω a ½ Watt Resistencia eléctrica 5Ω a ½ Watt

PRECIO UNITARIO $9,00 $2,00 $18,00 $19,00 $4,00 $1,00 $1,00 $1,00 $1,00 Total =

PRECIO TOTAL $9,00 $2,00 $18,00 $19,00 $4,00 $1,00 $1,00 $1,00 $1,00 $56,00

Observaciones y conclusiones. Mediante el uso del optoacoplador con salida a triac y del TRIAC es posible controlar el arranque y paro de una carga (motor eléctrico) a través de un circuito de control en corriente directa; con estos dispositivos es posible controlar equipos que trabajan con corriente alterna y reducir la parte de control a un circuito electrónico que opera con corriente directa. Con el optoacoplador, el acoplamiento de ambas partes (control y potencia) se reduce a solamente un haz de luz.