Interfaces De Potencia 5un20

ANALISIS Y DISEÑO DE INTERFACES DE POTENCIA

INTERFACES DE POTENCIA CON RELÉS

• Características • Esta construido por una bobina en cuyo núcleo está un material capaz de imantarse en presencia de un campo magnético. Cuando el material, (hierro silicoso) se imanta, atrae a una armadura que activa uno o varios os, que pueden ser normalmente abiertos o normalmente cerrados. Al desaparecer la imantación la armadura vuelve a su posición de reposo forzada por la acción de un resorte

• Un relé se activa, a una tensión superior a la que se desactiva, esto es debido a la llamada histéresis magnética que se origina por la oposición que presenta las partículas que componen el núcleo a un cambio de orientación.. Además los fabricantes dan una tensión nominal superior a la de conexión real, con la finalidad de asegurar esta en todos los casos •

• Análisis operativo del relé • La operación del o de un relé se analiza bajo 3 aspectos: • 1.-Tecnológico: se refiere a su forma constructiva • 0 para Normalmente Cerrado • 1 para Normalmente abierto

• Análisis operativo del relé • 2.-Físico: se refiere a su estado de activación • 0 para no activado • 1 para activado • 3.-Eléctrico: se refiere a la circulación de corriente a través de él • 0 cuando no circula corriente por el o • 1 cuando circula corriente por el o

NORMA PRINCIPAL

• Si se quiere un estado eléctrico igual a 1 el estado fisico y el estado tecnológico deben ser iguales

Análisis y diseño de interfaces de potencia Transistor – Relé

• El transistor como interface de potencia trabaja como un interruptor • Opera en las regiones de saturación y de corte, pero sin salir de la recta de carga. • Cuando está saturado un transistor actúa como un o cerrado • Cuando está en corte funciona como un o abierto

• Debido al gran rango de variación de , una saturación fuerte es usada en circuitos con transistores usados como interruptores • Para transistores de pequeña señal, una saturación fuerte requiere corriente de base de aproximadamente un décimo de corriente de saturación de colector. • Una forma de calcular de manera exacta la corriente necesaria de base es utilizar la relación:

• Ib = 2*Ic / β

• Otra forma es usar un transistor es como una fuente de corriente. En este caso el resistor de base es omitido y una fuente de tensión es conectada directamente el terminal de base. • Para ajustar la corriente del colector deseada usamos un resistor en el emisor. • El emisor está amarrado a la base con una caída de tensión de VBE . Por lo tanto, la corriente del colector es igual a (VCC - VBE) dividido por RE. • Esta corriente fija del colector circula por la carga, la cual es conectada entre el colector y la fuente de alimentación. •

EJERCICIOS DE DISEÑO • 1.- Interfaz para el mando de un actuador de 12Vcc y 40mA con salida TTL directa • 2.- Interaz para el mando de un actuador de 24Vcc y 100mA con salida TTL inversa • 3.- Interfaz para el mando de un actuador de 24Vcc y 100 mA con salida CMOS inversa

Interfaz con Tiristores • SCR – Rectificador Controlado de Silicio • El SCR. es un tiristor ampliamente empleado en el control de potencia. • Se trata de un semiconductor unidireccional compuesto por cuatro capas PNPN y tres terminales: el ánodo (A), el cátodo (K) y el gate (G) o puerta

ánodo G

P N

A

K

gate

P N

cátodo

• El S.C.R. de baja corriente se asemeja a un transistor y puede proporcionar corriente de ánodo menor que un amperio.

• El S.C.R. de alta corriente se asemeja a un rectificador común de silicio y permite la circulación de corrientes de ánodo de centenas de amperios.

Curva de Característica IT Alta conducción

corriente de mantenimiento

UR

corriente inversa de bloqueo

Tensión pico inversa

UT

corriente directa de bloqueo

corriente inversa de avalancha IR

tensión directa de ruptura

Condiciones para el disparo de un SCR • El disparo de un SCR se presenta bajo las siguientes condiciones: • Se determina las características Ig, Vg, IH, IL, del SCR según la hoja de datos • Se aplica una tensión al circuito del Gate, positiva con respecto al cátodo y mayor a Vg •-

Condiciones para el disparo de un SCR El pulso de disparo debe hacer circular una corriente hacia el gate superior a Ig. • La corriente del ánodo debe ser superior a la IL (Corriente de enganche). Si no se presenta IL en la hoja de datos, tomar como referencia IL = 5* IH •

Condiciones para mantener enclavado un SCR • Para mantener el disparo de un SCR se debe seguir las siguientes condiciones: • • La corriente del ánodo debe ser superior a IH •

Condiciones para desenclavar un SCR • Para desenclavar un SCR se debe realizar cualquiera de las siguientes indicaciones: • La corriente del ànodo debe ser menor a IH •Se debe invertir la polarización del SCR •Se debe aplicar el mismo potencial al ánodo y al cátodo • Se debe abrir el circuito del ánodo

El SCR como interfaz de potencia

Red

SCR

S1

Control de gate RL

T1

Control del SCR por UJT

RL 2.7k NO DATA DC A

Q2 1N4007

R1 100 R2 220

R3 1.2k

Q1

Q3 15V-1W

R6 100k 50%

Q4 VCA R1 47

C1 0.1uF

Control del SCR por disparo fotoeléctrico

L1

R6

Foto resistor R5

K

C R1

Q2

Q1

R4

R3

R2

S1

Circuito Temporizador S1 K

R1 2.2k

R6 470k 40%

B1 Stop

C2

R2 150

K1

Q3

R4 47 Q2 1N4007

C1 100uF

+

R3 100

Q1

B2 Start

R5 100 -

Análisis y diseño de Interfaces de potencia con TRIAC • El TRIAC es un tiristor bidireccional que pose tres terminales: T1, T2 y un tercer terminal o gate que sirve para el control de la corriente.

Disipador de calor

T2 T2

N

N

P N

G

P N

N

G

T1 T1

• Es empleado para controlar la velocidad de motores pequeños, control de iluminación y de temperatura. Sustituye al SCR en situaciones que se requiere baja potencia (menor que A y 1 KV).

Curvas características del TRIAC +I II

I

IG = 0

-V(B0) IH

+V +V (B0)

IG = 0

III

IV

Zonas de operación • +I T2 positivo y gate positivo (cuadrante I) • -I T2 positivo y gate negativo (cuadrante I) • +III T2 negativo y gate positivo (cuadrante III) • -III T2 negativo y gate negativo (cuadrante III) •

El TRIAC puede ser accionado por:  CA (corriente alterna)  CC (corriente continua)  Fuentes de pulsos (UJT, DIAC o lámpara de neón) •

CC (corriente continua) Carga

220V 60Hz +

S1

+

R1

TRIAC

Fuentes de pulsos (transformador UJT, DIAC, lámpara de neón) Carga

220V 60Hz

T3 Control AC

R1

TRIAC

Desenclavamiento del TRIAC

• La corriente es menor a Ih • En CA cuando se deja de excitar el gate

APLICACIONES

Control de temperatura Carga 600 W

R2 2.2k

R1 2.2k Q1

Q2

D3

Q4

R3 8M 40% R4 10k 40% Q6

220 V ~ 60Hz Q5 10V

R5 100k

R7 1k 400V 6A

Q1 R6 TERMISTOR

0.1uF C1 T1

Conmutador por control de fase Carga 600 W R1 250k 40% 220 V ~

DIAC 0.1uF C2

400V 6A

Control automático de Iluminación Carga 600 W R3 4.7k R1 68K

220 V ~

R2 47k

C1 0.1uF 400V

R4 250k 40%

S1 LDR

DIAC

C2 0.1uF 50V

TRIAC 400V 6A