Convertidor Ac-Ac Por Medio Del Control Pwm Sincronizado Con La Red

UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA.

CONVERTIDOR AC/AC POR MEDIO DEL CONTROL PWM SINCRONIZADO CON LA RED

Rafael Antonio Ramírez [email protected]

RESUMEN: En este laboratorio se analizara el funcionamiento del TRIAC, y su aplicación en circuitos de conversión AC/AC, en los cuales se utilizaran dos métodos de activación del TRIAC; uno convencional usando una fotorresistencia LDR, un transistor y un opto-acople y el otro utilizando amplificadores operacionales para generar un PWM sincronizado con la Red. Todo con el fin de controlar cargas de tensiones relativamente altas a 120Vrms.

PALABRAS CLAVE: Tiristor, Triacs, Convertidor Ac/Ac, PWM, Opto-acople.

1 INTRODUCCIÓN

Un TRIAC es un Tiristor de tríodo que a diferencia de los SCR este es bidireccional, es decir permite el flujo de corriente en ambos sentidos entre su terminal 1 y 2. El funcionamiento básico de este elemento se explica en [1].

En este laboratorio se empleara el Triac BT136 [2] el cual se simboliza como dos SCR en anti paralelo con un terminal de compuerta como se muestra en la Figura 2, para el control de cargas en tensiones de 120Vrms. Hay varias formas de lograr la activación del Triac, En este laboratorio Se realizaran dos circuitos de control de disparo, Los cuales se describen en el desarrollo de este informe de laboratorio.

2 EQUIPOS Y MATERIALES

2 Triac BT136. Resistencias de Diferentes valores. 3 Potenciómetro de 1, 50 Y 500kΩ. 6 Diodos rectificadores 1N4007. 1 Fotorresistencia LDR.

Figura 2. Representación del TRIAC.

2 Circuitos de Opto-acople MOC3021 y MOC3011. 3 Transistores 2N3904. 2 Condensador de 0.1µF cerámico y 10µF

electrolítico a 25V. 2 LED. 2 Amplificadores operacionales LF353 1 Lámpara de 15W y cables para conexión. 1 Fusible de 1A con porta fusible. 1 acople 3 a 2. Protoboard y Cable para protoboard. 1 Osciloscopio con 2 Sondas. 1 Fuente de voltaje Dual a 12V 1 Multímetro. 1 Transformador reductor de 120V a 12Vrms.

3 CONVERTIDOR AC/AC A BAJA TENSIÓN.

Para realizar el circuito del convertidor AC/AC por medio del control de fase, debemos realizar el circuito de la Figura 1.

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Figura 1. Convertidor AC/AC a baja Tensión


El cual fue simulado en Proteus. Para entender cómo funciona este Convertidor se analizara parte por parte, para ello se utilizaran las graficas obtenidas en Proteus.

La Etapa 1, es la de rectificación del voltaje del secundario del transformador así que si desconectamos el condensador por un momento, como se muestra en la Figura 3, se podrá observar la forma de onda del voltaje rectificado como se muestra en la Figura 4.

La Etapa 2, es cuando conectamos los condensadores como se muestra en la Figura 5, en esta etapa la señal de onda de voltaje se filtra para volverla un poco mas continúa como se puede observar en la Figura 6, en cada condensador el voltaje ahora es mas continuo.

Figura 3. Etapa 1 con el condensador desconectado.

Figura 4. Señal de Voltaje Rectificado

Figura 5. Etapa 2 de Filtrado con condensadores.

Figura 6. Señales de voltaje en los condensadores 1 y2.

Despues de la etapa de filtrado, la corriente en la base del transistor tiene otro efecto sobre ella y es que debido a que la corriente en un condensador es:

IC=CdVdt

Y como el voltaje presente tiene la forma senoidal asi:

V=V mSen(ωt)

Entonces reemplazando y derivando obtenemos que la corriente en el condensador sera:

IC=CV mcos (ωt )

Por lo tanto esta corriente como maximo estara adelanta con respecto al voltaje 90°.

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Figura 7. Etapa 3 y 4

Por ello La Etapa 3, Que se muestra en la Figura 7 y se explicara por medio de las señales de onda de voltaje y corriente en la Figura 8. En estas graficas se puede ver en color azul, la corriente de Base en el transistor la cual esta atrasada como maximo 90° electricos con respecto al Voltaje rectificado en Naranja, ademas la funcion de esta Etapa 3 es la de cambiar el nivel de la corriente de base del transistor haciendo que esta sea mayor o menor que a la corriente en que se satura el transistor, que corresponde a la linea verde en la Figura 8. Cabe aclarar que los valores de las corriente en este grafico son en miliamperios comparado con los valores de voltaje que van hasta los 18V aproximadamente.

En La figura 8 se puede observar que el Diodo emisor de luz que hay dentro del opto-acople MOC3021 [3] esta alimentado por un voltaje positivo Vrec; y que en los intervalos en que la corriente en la base del transistor son mayores a la corriente minima de activacion, El transistor se activa como lo muestra la señal Rosada, Asi; el transistor activara el diodo del optoacople, haciendo que el DIAC interno del mismo se active solo en estos intervalos, y por consiguiente permitiendo el flujo de corriente de compuerta, el cual apenas alcanze su punto maximo que equivale tambien al maximo del voltaje de secundario, este sera el necesario para activar el Triac de la carga, Como se muestra en la Señal amarilla El voltaje en la carga se activa en el semiciclo positivo y negativo.

Por lo cual se dice que el convertidor AC/AC que es controlado por un circuito RC, puede variar su angulo de disparo, idealmente desde 0 hasta 90° como maximo, asi como se muestra en la Figura 8.

Esto se encuentra especificado en la Pagina 566 de [4].

De esta manera a medida que cambiamos el valor en la Fotoresistencia LDR, cambiamos el angulo de disparo en el TRIAC haciendo varie el voltaje eficaz en la carga.

Al intentar simular este circuito en Proteus funciona hasta cierta parte, pero debido a algunos problemas con el TRIAC y demas la simulacion no funciona, en estos casos se puede usar sofware alternativo como SPICE.

Figura 8. Señales de voltaje y corriente en la Etapa 3 y 4.

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Figura 9. Montaje del convertidor AC/AC.

El montaje del circuito se muestra en la Figura 9, cabe aclarar que es importante poner un disipador de calor al Triac BT136 [2] para que este no se recaliente.

Después de realizado el montaje y después de verificar sus respectivas conexiones se energizo y se procedió a medir los valores significativos del voltaje en la carga con diferentes ángulos de disparo α. Los valores obtenidos se consignaron en la Tabla 1.

Hay que tener en cuenta que el análisis anterior fue realizado suponiendo todos los elementos ideales, pero resulta que en la práctica el convertidor AC/AC no varía el ángulo de disparo entre 0 y 90° si no entre 69,12° y 92,88°.

Para observar el voltaje del secundario del transformador, el voltaje en la carga y el voltaje en el triac, en el osciloscopio; se midió el voltaje en el secundario y el voltaje en la carga resistiva y luego se utilizo la función matematica en el osciloscopio la cual resta las dos ondas pues si se hace la malla en el circuito de carga:

V T=V i−V O

Tabla 1. Valores significativos del convertidor AC/AC obtenidos en la práctica.

Mínimo

Intermedio

Máximo

Δt 3,2ms 3,7ms 4,3ms

Angulo de Disparo

α 69,12° 79,92° 92,88°

Voltaje en el

secundario

Vsrms 15,8V 15,8V 15,8V

Voltaje en el Triac

VTrms 7,68V 9,41V 11,1V

VTdc 1,14V 1,59V 1,52V

Voltaje en la carga

Vorms 12,9V 12,4V 10,5V

Vodc 2,11V 2,38V 2,38V

Factor de Potencia

F.P 0,82 0,78 0,66

Pero operándolos como señales de onda de voltaje, pero debido a un error en lugar de restarle a VO

A Vi, se le resto Vi a VO haciendo que la señal de la onda de voltaje en el TRIAC quedara invertida como se muestra en las Figuras 10, 11 y 12.

Claro está que esto no afecta el valor eficaz del voltaje pero si el promedio. Pero El valor promedio idealmente debería ser cero puesto que el ángulo de disparo en el semi-ciclo positivo idealmente es igual al semi-ciclo negativo, lo que en los valores tomados en la práctica no se cumple, lo que indica que en los circuitos reales los ángulos de disparo en los dos semi-ciclos son un poco diferentes, lo que causa que haya un pequeño voltaje promedio. Como se observo en la Tabla 1.

Figura 10. Voltajes en secundario, carga y el inverso del Tiristor con un α=69,12°.


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Ahora teóricamente los valores se calcularan con las siguientes ecuaciones.

V max=22V

El ángulo de disparo α es:α=2 πf ∆ t [rad ]

El Voltaje eficaz en el TRIAC es:

V Trms=√ 1π∫0α

(V max sin (ωt ) )2dωt

El Voltaje eficaz en la carga es:

V Orms=√ 1π∫απ


El Factor de Potencia es:

F . P= PV S∗I S

=V Orms∗I SV S∗I S

=V Orms

V S

Todos los voltajes promedios son cero idealmente. Usando estas ecuaciones procedemos a hallar los valores teóricos los cuales están consignados en la Tabla 2.

Como se puede observar en las tablas 1 y 2 los valores teóricos eficaces son muy aproximados a los medidos en la práctica, los únicos valores bastante discordantes son los promedios y como se explico anteriormente es debido a que el ángulo de disparo en el semi-ciclo positivo es diferente al ángulo de disparo en el semi-ciclo negativo, puede ser causado a que el circuito de control no está en fase con la red y el efecto de los condensadores es retrasar la corriente respecto al voltaje pero en la realidad esto no es del todo exacto por los voltajes de barrera de los dispositivos semiconductores, ángulos de retraso en conducción y demás defectos en el circuito.

Tabla 2. Valores significativos del convertidor AC/AC obtenidos en la Teoría.

Minimo

Intermedio

Maximo

Angulo de Disparo

α 69,12° 79,92° 92,88°

Voltaje en el

secundario

Vsrms 15,6V 15,6V 15,6V

Voltaje en el Triac

VTrms 8,2V 9,7V 11,35V

VTdc 0V 0V 0V

Voltaje en la carga

Vorms 13,2V 12,16V 10,6V

Vodc 0V 0V 0V

Factor de Potencia

F.P 0,85 0,78 0,68

A final de cuentas el único objetivo de este circuito es que cuando haya luz del día, es decir luz Solar, el bombillo este apagado; y cuando no haya luz Solar, es decir cuando sea de noche, la luz se debe encender. Y esto se logra variando la intensidad de luz sobre la fotorresistencia LDR.

4 CONVERTIDOR AC/AC POR MEDIO DEL CONTROL PWM SINCRONIZADO CON LA RED

La ventaja de usar PWM sincronizado con la RED para controlar el ángulo de disparo de nuestro convertidor AC/AC es que podremos controlar el ángulo de disparo desde 0 hasta 180°, puesto que ya no hay condensadores que desfasen la corriente.

Este circuito cuenta con varias Etapas, las cuales analizaremos una por una.

Etapa 1: Rectificador de onda completa

Esta etapa se alimenta de la Red a 120Vrms, la cual se conecta a un transformador que la deja idealmente de Vmax= 6V, puesto que el transformador es de Tap-central, se utilizan solo dos diodos como se muestra en la simulación de la Figura 13, para rectificar finalmente la onda del voltaje V1 como se muestra en la Figura 14.

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Figura 13. Etapa 1: Rectificador de onda completa simulado.

Figura 14. Señal de onda de voltaje V1 Rectificado.

Figura 15. Montaje de la Etapa 1 y Etapa 2.

Figura 16. Voltajes de las dos fases del transformador con respecto a tierra. Con Vmax= 19V.

Figura 17. V1 rectificado a la salida de la Etapa1.

El montaje de esta Etapa 1 se muestra en la Figura 15, inicialmente era igual que el de la Figura, pero debido a que el voltaje máximo de las fases en el transformador era de 19V como se muestra en la Figura 16, se tuvo que hacer un divisor de tensión a la salida de esta etapa para que redujera a la mitad la amplitud de la onda, es decir ahora el voltaje máximo es de 9V en la práctica, esto es debido a que es preferible no alimentar los amplificadores operacionales con más de 10V. Puesto que estos se alimentaran con una fuente dual de 12V. Por lo tanto el voltaje rectificado V1 en la práctica finalmente es como se muestra en la Figura 17.

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Figura 18. Etapa 2: Detección de cruces por cero simulado.

Figura 19. V2 pulsos coincidentes con los cruces por cero de V1.

Etapa 2: Detección de cruces por cero.

En esta etapa se usa el circuito integrado LF353 [5], que consta de dos amplificadores operacionales, de los cuales en esta etapa solo usaremos 1, como se muestra en la Figura 18.

En esta etapa el amplificador operacional se alimenta con una fuente dual de 12V y -12V. Y la idea es obtener los cruces por cero, es decir saber en donde el voltaje V1 equivale a cero y así tener nuestro PWM sincronizado con la red, de esta etapa se obtiene el voltaje V2, mostrado en la Figura 19.

El montaje de este circuito se muestra en la Figura 15, y después de realizado el montaje se midieron con el osciloscopio las señales de voltaje V1, que en nuestro amplificador corresponde al voltaje Vb, el voltaje Va es el correspondiente al divisor de voltaje:

V a=(10kΩ )(12V )100 kΩ

=1,2V

Se tuvo que cambiar la resistencia de 100kΩ por una de 10kΩ, para que realizara mejor la detección de cruces por cero, debido a que; como se muestra en la figura 20. Cuyo comportamiento es el siguiente:

Cuando

V a≥V b→V 2=V sat+¿=12V−V∫ ¿=+11V ¿¿

V a<V b→V 2=V sat−¿=−12V +V∫ ¿=−11V ¿ ¿

Como se muestra en la Figura 21, el voltaje V1=Va es la señal azul, y el voltaje Vb es la señal Roja, por lo tanto cuando la señal Roja es mayor a la azul

corresponde a V a≥V b y por lo tanto el voltaje V2 es de

aproximadamente 11V; y cuando la señal Roja es menor

que la señal azul corresponde a V a<V b y por lo tanto

el V2 es de aproximadamente -11V.

Esta señal amarilla de la Figura 21, corresponde al V2, el cual nos activara solo en los pulsos positivos un transistor 2n3904 [6], que corresponde a la Etapa 3.

Figura 20.Amplificador operacional.

Figura 21.Señales de voltaje V1=Vb(azul), V2(amarillo) y Voltaje Va(rojo).

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Figura 22. Etapa 3: Integrador generador de rampa simulado.

Figura 23. Señal de voltaje V3, Rampa sincronizada con la Red.

Etapa 3: Generador de Rampa

En esta etapa también se usa el amplificador operacional del circuito integrado [5] como integrador, para ello se configura como se muestra en la Figura 22.

En donde analizaremos 2 casos cuando el transistor esta activo y desactivo:

Cuando el transistor esta desactivado , el circuito funciona como un integrador, cuyo voltaje de salida es igual a:

V 3=−1RC∫V EEdt

Como V EE=−12v la pendiente resulta positiva.

V 3=(12V ) Δt(1µF )R

+C

Idealmente la constante C es cero debido a que el condensador arranca descargado, pero resulta que en la práctica no es así y lo veremos más adelante.

Figura 24. Condensador en descarga.

Con esta última ecuación comprobamos que al variar la resistencia equivalente en el potenciómetro podremos variar la pendiente de la Rampa de la Figura 23. En los intervalos en los que el transistor esta desactivado.

Cuando el transistor esta activado, es decir en los cruces por cero, se anula el efecto del condensador y la salida V3 queda directamente conectada con la tierra virtual, haciendo que el V3 valga cero en los cruces por cero. Pero adicionalmente el transistor queda en un lazo cerrado con el condensador como se muestra en la Figura 24, haciendo que este se descargue, para que cuando vuelva a funcionar como integrador, este no afecte la rampa.

Finalmente después de estos dos casos obtenemos la señal de voltaje que se muestra en la Figura 23.

El montaje realizado se muestra en la Figura 25 en donde el potenciómetro de varia la pendiente es el de la izquierda de la imagen. Al variar el valor de este se pueden lograr diferentes pendientes como se muestra en las Figuras 26, 27 y 28.

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Figura 25. Montaje de la Etapa 3 y Etapa 4.

Figura 26. Señal de voltaje V3 con Vmax=5V, y R=54,4kΩ y pendiente m1.

Figura 27. Señal de voltaje V3 con Vmax=11V, y pendiente m2.

Figura 28. Señal de voltaje V3 cuyo voltaje máximo es el de saturación.

Como se puede observar en las Figuras 26,27 y 28 a medida que se disminuye la resistencia la pendiente aumenta, pero para que sea una función rampa, este

valor de pendiente tiene un límite, y si este límite que corresponde a aproximadamente 11V se supera el voltaje máximo siempre será el de saturación que es 11V como se puede observar en la Figura 28.

Resulta que si hiciéramos los cálculos teóricos para las diferentes rampas medidas en la práctica, haciendo cero la constante los voltajes en realidad darían muy pequeños comparados con los valores reales por ello podemos decir que la constante tiene un valor y lo hallaremos a continuación con la siguiente fórmula:

C=V 3max−(12V ) Δt(1µF )R

Con Δt=8,33ms que corresponde al diferencial de tiempo en donde está presente el voltaje máximo. Los resultados obtenidos para cada valor de Vmax y resistencia se consignaron en la Tabla 3.

Tabla 3. Resultados para la Constante C de la ecuación de Voltaje de Rampa.

Rampa No.

V3max

R (Potenciómetro)

C(constante)

1 3,68V 88,8kΩ 2,55V

2 5V 54,4kΩ 3,16V

3 9,3V 15,5kΩ 2,85V

Como lo muestra la Tabla 3 es claro que la constante para cada caso es diferente pero se puede decir que son cercanas por lo tanto diremos que la constante en general será el promedio de las 3.

C=2,55V +3,16V +2,85V3

=2,85V

Finalmente para dejar la señal lista para la siguiente etapa la dejamos en un valor de voltaje máximo fijo de 5V como la que se muestra en la Figura 26.

Etapa 4: PWM

En esta etapa tenemos nuevamente un comparador como el de la Etapa 2, es el que se muestra en la Figura 29.

Solo que aquí se compara la señal de voltaje V3 que es la Rampa con Vmax=5V y una señal de referencia variable entre 0 y 6V, que es la que obtenemos del divisor de voltaje. La señal V3=Va y Vref=Vb.

El montaje de esta etapa se muestra en la Figura 25 y el potenciómetro que controla el voltaje Vb de referencia es el de la derecha.

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Figura 29. Etapa 4: PWM sincronizado con la Red simulado.

Figura 30.Voltajes V3=Va(Verde),Vb(Azul) y V4(Rojo).

Figura 31.Señal de Voltaje Vcontrol simulado.

Como en el mismo caso de la etapa 2, si observamos la Figura 30, cuando la señal de voltaje Verde sea mayor a la de color azul, corresponde a un V a≥V b y por lo tanto el voltaje V4= Vsat+=11V. Y cuando la señal de voltaje verde sea menor a la de color

azul, corresponde a V a<V b por lo tanto el voltaje V4=

Vsat- = -11V.

Este voltaje V4 posteriormente se rectifica instalando un diodo en serie que solo permitirá el flujo de corriente en sentido positivo, y por lo tanto el voltaje

después del diodo que corresponde al Vcontrol es el que se muestra en la Figura 31.

Esta señal de voltaje podrá cambiar su tiempo efectivo es decir su tiempo en alto bien sea variando el nivel de referencia Vb, con el potenciómetro del divisor de tención en la Etapa 4 o por otro lado cambiando la pendiente de la Rampa. Pero la más conveniente es variando el nivel de referencia Vb, que como sabemos varía entre 0 y 6V y como la rampa tiene un voltaje máximo de 5V entonces podremos tener un PWM que varía desde un tiempo mínimo de 0 hasta un tiempo máximo de 8,33ms.

En la grafica 31, también se puede observar que hay picos de voltajes negativos esto se puede deber al tiempo que le toma al diodo en responder.

Estos voltajes también fueron tomados con el osciloscopio en la práctica como lo muestra la figura 32,33 y 34. En los que se varían a diferentes tiempos en alto.

Figura 32. PWM con un tiempo en alto pequeño.

Figura 33. PWM con un tiempo en alto medio.

Figura 34. PWM con un tiempo en alto, alto.

Etapa 5: Circuito de carga

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De las Figuras 32, 33 y 34 podemos decir que el ángulo en el que la señal pasa de ser 0V a 11V, se le llama ángulo de disparo α y es el que determinara en qué momento el transistor que aparece en la Figura 35, entra en saturación lo cual permite que el diodo interior de [3] emita luz y active de esta manera el Diac interior.

Figura 35.Etapa 5: Circuito de Carga simulado.

Figura 36. Montaje del circuito convertidor de AC/AC controlador por PWM sincronizado a la red.

Figura 37.Montaje del circuito convertidor de AC/AC en funcionamiento.

Cuando esto ocurre el DIAC permite el paso de la corriente de activación en compuerta en el TRIAC, haciendo que este permita el flujo de corriente en la

carga. Y de esta manera cambiando el tiempo en alto en la señal PWM de la Etapa 4 controlamos el ángulo de Disparo en la señal de voltaje en la Carga que en este caso es una Lámpara incandescente de 15W, Así que el montaje del circuito finalmente queda como el de la Figura 36 y en funcionamiento como el de la Figura 37.

La señal de voltaje en la carga simulada se muestra en la Figura 38. En esta simulación al igual que en la del circuito de la sección 3 anterior, hay un problema con el Triac pues cuando este aun no se ha conectado todo el circuito de control funciona perfectamente, pero cuando este se conecta las señales de voltaje medidas solo aparecen hasta cierto tiempo y luego no aparece nada como se puede observar en la Figura 38, solo simula hasta un tiempo aproximado de 14ms. Y de ahí en adelante no aparece nada. De todas formas en esta Figura se puede ver como el ángulo de disparo es controlador por la señal de PWM en color Rojo.

Figura 38. Señal de voltaje en la carga simulado.

En el montaje en la práctica se tomaron diferentes señales de voltaje a diferentes ángulos de disparo como se muestra en las Figuras 39, 40,41, 42 y 43.

Teniendo en cuenta que los ángulos de disparo se hallan, así:

α=2 πf ∆ t [rad ]Entonces:

Figura 39. Señal de voltaje en la carga con un α=19,44°.

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En las Figuras 39,40,41,42 y 43 se puede observar que en este convertidor el ángulo de disparo puede variar fácilmente desde 0 hasta 180°, en la práctica estos ángulos mínimo y máximo se ve un poco afectado por los tiempos de reacción en los elementos semiconductores pero no de manera muy incidente.

A continuación se consignaron los valores medidos en la práctica en la Tabla 4. Hay que observar algo muy extraño en estas graficas y es que el nivel de la onda

sinodal no está en cero, puesto que el voltaje máximo es 170V y el mínimo es -180V, esto causa errores en los voltajes significativos, como por ejemplo que los voltajes promedio que idealmente valen 0, tengan valores de hasta -16V. Así que no hay que extrañarse que lo valores calculados sean un tanto diferentes.

También se observar que a medida que se aumenta el ángulo de disparo el voltaje rms en el voltaje de la carga disminuye como debe ser.

Tabla 4. Valores significativos del voltaje en la carga, medidos en la práctica.

Δt

Angulo de

Disparo (α)

Votaje promedio (Vodc) [V]

Voltaje eficaz

(Vorms) [V]

Factor Potencia

(F.P)

900µs 19,44° -16 123 0,98

2,2ms 47,52° -12 119 0,96

4,2ms 90,72° -6 92 0,74

6,3ms 136,08° 0 38 0,31

7,7ms 166,32° 0 8 0,06

Ahora para realizar los calculos teoricos usaremos las siguientes ecuaciones para consignarlos en la Tabla 5.

El Voltaje eficaz en la carga es:

V Orms=√ 1π∫απ


El Factor de Potencia es:

F . P= PV S∗I S

=V Orms∗I SV S∗I S

=V Orms

V S

Claro está que idealmente el voltaje promedio vuelve a ser cero, y tomando como voltaje máximo

V m=175V

Tabla 5. Valores significativos del voltaje en la carga, calculados.

Δt

Angulo de

Disparo (α)

Votaje promedio

(Vodc) [V]

Voltaje eficaz

(Vorms) [V]

Factor Potencia

(F.P)

900µs 19,44° 0 123,24 0,996

2,2ms 47,52° 0 117,04 0,95

4,2ms 90,72° 0 86,82 0,70

6,3ms 136,08° 0 36,07 0,29

7,7ms 166,32° 0 6,61 0,053

En la tabla 5 se calcularon los valores eficazes de voltaje a partir del angulo de disparo, pero si se quisiera

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hacer lo contrario tambien se podria habria que resolver la integral de esta manera:

V Orms=V m

√2 √1−απ

+sin (2α )2 π

Y Luego resolver de forma numerica para α, igual de esta manera se obtendrian resultado muy similares a los ya obtenidos.

Comparando los valores de las tablas 4 y 5 los valores prácticos y teóricos no están tan alejados entre sí. Lo que podemos decir del convertidor AC/AC controlado por PWM sincronizado con la red es que es muy útil para variar el voltaje eficaz en la carga pues nos permite variar prácticamente desde un voltaje eficaz de 0V hasta un voltaje eficaz máximo que sería el de la Red misma.

5 CONCLUSIONES

En el convertidor AC/Ac de baja tension controlador por circuito RC el maximo angulo de disparo que se puede lograr es de α=90° debido a que eso es lo que el efecto capacitivo hace que se adelante la corriente al voltaje como maximo.

Figura 44. Señal de voltaje de cruce por cero afectada por armónicos en la Red.

Es mas efectivo el convertidor AC/AC controlador por PWM sincronizado por la red, que el controlado por circuito RC puesto que, el controlado por PWM puede variar el angulo de disparo entre 0 y 180° a diferencia del segundo que solo lo logra idealmente entre 0° y 90°.

Cuando se estaba probando el circuito de deteccion de cruces por cero, en otro laboratorio contiguo se tenia encendido un motor trifasico con una carga considerable. Esto causaba una especie de ruido en la señal de voltaje de la red lo que causaba señales de cruce por cero como la de la figura 44.

Se concluyo esto puesto que apenas se detuvo el motor la señal en el osciloscopio se normalizo como un pulso bien definido.

Al Determinar teóricamente los valores máximos de la rampa, no se debe considerar la constante como 0 puesto que el condensador guardara algo de carga del intervalo inmediatamente anterior,

además la resistencia equivalente en el potenciómetro se midió con el circuito apagado, por lo tanto no se conoce exactamente la impedancia equivalente en ese potenciómetro en pleno funcionamiento estas dos razones pueden ser la razón de porque no se puede calcular tan exactamente el voltaje máximo en la señal de voltaje Rampa.

El TRIAC que se encuentra en el programa de simulación Proteus tiene muchos inconvenientes para funcionar de forma correcta, por ello la simulación del primer circuito convertidor AC/AC no funciono. Y en el circuito controlador por PWM sincronizado con la Red, si se retira el Triac de la Etapa 5, todas las otras etapas funcionan correctamente como fueron descritas en este laboratorio pero si se vuelve a poner, las graficas se dañan.

Es necesario instalarle un disipador de calor al TRIAC BT136 sobretodo en el circuito de carga que está conectado a la Red, puesto que se manejan corrientes un poco más grandes y estas pueden causar recalentamientos en el dispositivo.

Figura 45. Señal de onda en la salida del generador de Rampa cuando la R=0.

Las barreras de potencial y los tiempos de respuesta en los dispositivos semiconductores afectan en alguna medida las señales de voltaje en las cargas, como por ejemplo en los ángulos de disparo mínimos y máximos, pero entre mayor sea el voltaje en la carga menor será el efecto que estos producen sobre esta señal de voltaje.

En el generador de Rampa de la Figura 22 algo muy interesante es que cuando la resistencia se hace cero, es decir que todo los -12V están presentes en el terminal negativo del amplificador, la señal de voltaje obtenida en la salida del mismo es la que se muestra en la Figura 45. Esto es debido a que como ya no hay componente resistivo simplemente cuando el transistor esta activo el voltaje de -12V se transmite directamente a la salida y cuando el transistor esta desactivado lo más probable es que el voltaje que sea vea en la salida sea el que se obtenga de voltaje en la resistencia de 100kΩ que quedaría en serie con el condensador y alimentado a -12V.

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6 REFERENCIAS

[1] M. H. RASHID, ELECTRONICA DE POTENCIA, Fort Wayne, Prentice Hall Hispanoamericana, 2001.

[2] Datasheet TRIAC BT136 (2014, Noviembre 01). [En línea]. Disponible en: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/philips/BT136-600F.pdf

[3] Datasheet Opto-Acople Moc3021 (2014, Noviembre 01). [En línea]. Disponible en: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet_pdf/texas-instruments/MOC3020_to_MOC3023.pdf

[4] A. P. MALVINO, PRINCIPIOS DE ELECTRONICA, West Valley College, Mc Graw Gill, 2000.

[5] Datasheet Amplificador Operacional LF353 (2014, Noviembre 01). [En línea]. Disponible en: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/fairchild/LF353.pdf

[6] Datasheet Transistor 2n3904 (2014, Noviembre 01). [En línea]. Disponible en: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/fairchild/2N3904.pdf

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Convertidor Ac-Ac Por Medio Del Control Pwm Sincronizado Con La Red

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