CRUCE POR CERO

Los hechos En una grfica de ondas, el cruce por cero es la lnea recta que bisecta la onda. En electrnica, el cruce

por cero identifica donde la funcin de onda cambia de positivo a negativo o viceversa. En un interruptor

atenuante de luz, por ejemplo, un detector de cruce por cero permite ajustes del nivel de poder en la

corriente elctrica, ya que esos puntos no tienen voltaje. La interrupcin de la corriente en cualquier otro

punto del circuito elctrico crea un pico de poder potencialmente daino.

Funcin Los detectores de cruce por cero son vitales en la transmisin de seales digitales a travs de los

circuitos de corriente alterna, tal como los mdems u otros aparatos digitales. La ausencia de este

componente explica por qu el audio digitalmente controlado produce ruido cuando el usuario sube muy

rpido el volumen. Cuando la ganancia slo se aumenta en los puntos de cruce por cero, no hay entrada

ni ruido de seal.

Comparadores Los detectores de cruce por cero trabajan usualmente en conjunto con los comparadores, que son

dispositivos elctricos que comparan la fuerza de la seal (voltaje o corriente) y cambian la salida basada

en la seal ms fuerte. Mientras que los amplificadores comparadores operacionales anlogos son

ampliamente usados, los chips dedicados comparadores de voltaje funcionan mejor para los dispositivos

digitales.

Optoacoplador de cruce por cero?

Es un optoacoplador para excitar un tiristor o triac en corriente alterna.

Independientemente del momento en que lo dispares , esperar al prximo paso por cero

de la senoidal para conectar , y de esa manera evitar transitorios y dems ruidos elctricos.

Hola DOSMETROS, significa que cuando pase por cero es cuando active el Gate del TRIAC?

Pero no es muy poco tiempo? Algunos microsegundos solamente.

Claro , pero el triac - tiristor seguir conduciendo todo el hemiciclo hasta que la corriente

sea casi cero , o sea llegando al otro pasaje por cero , dnde si vuelve a dispararlo , vuelve

a conducir otro hemiciclo , y si no , se apaga. Capishe?

Ya capishe :P. Tengo slo una pregunta ms: Lo de activar el TRIAC por el semiciclo

siguiente al paso por cero, lo determina el mismo optotriac (que le pase corriente al gate

del TRIAC hasta que detecte un voltaje RMS casi cero)? O ya es parte de la configuracin de

fbrica del TRIAC?

El prximo disparo lo hizo el optotriac (o no lo hizo porque no lo autorizaste encendiendo su

led infrarrojo interno). El que detecta el pasaje por cero es el opto con deteccin de paso

por cero , No el triac.

Los triacs (bidireccionales) o los tiristores (unidireccionales) funcionan distinto a los

transistores , digamos que un transistor lo pods utilizar como llave , saturs la base ,

conduce ; dejs de alimentarla , no conduce. En cambio triacs y tiristores mediante un pulso

suficiente quedan bloqueados conduciendo eternamente o hasta que el circuito se corte ,

cuando la corriente se haga cero (o nfima) a traves de l , dejar de conducir , an cuando

vuelva a haber tensin no conducir nuevamente a menos que vuelvas a dispararlo.

CONTROL DE POTENCIA JUEVES 14 DE JUNIO DE 2012 18:44

M. E. Rosas Baltazar,

miguel.rosas@itsx.edu.mx

I. Resumen

La parte central de este prototipo, es la generacin de dos seales de rampa, ya que

con ellas se busca tener el control de disparo de 0 a 180 grados en cada semiciclo de

la energa de corriente alterna. La deteccin de cruce por cero ayuda a lograr lo

anterior, ya que el mtodo empleado tiene una respuesta casi inmediata al cruce por

cero. As, se logra tener una seal de control de ancho de pulso de 0 al 100% para

disparar al tiristor, dejando al microcontrolador la tarea de proporcionar la seal de

referencia para generar la seal PWM deseada, valindose de un teclado matricial para

introducir el porcentaje deseado y as controlar la cantidad de energa proporcionada a

la carga.

II. Palabras clave:

Controlador de potencia, restatos, control con tiristores, cruce por cero.

III. Introduccin

En distintas aplicaciones industriales se necesita variar y controlar la energa elctrica.

Para lograr esto, existen diferentes mtodos, como son el uso de restatos y tiristores.

En el caso de los tiristores, es necesario contar con circuitos de disparo para poder

regular la energa elctrica aplicada a la carga. El control de potencia mediante

modulacin por ancho de pulso es de los ms populares en la industria, basando su

funcionamiento en comparar una seal de rampa con un voltaje de control, para as

obtener el pulso modulado. Es en la seal de rampa donde enfocamos nuestro objeto

de estudio, ya que el buen funcionamiento de la modulacin del pulso depende de su

pendiente y la frecuencia.

La hiptesis del presente trabajo es utilizar dos rampas, una para cada semiciclo

de la energa de corriente alterna, buscando que la forma de ambas seales no se

distorsione por efectos tales como temperatura o ruido, contando con un teclado

matricial para establecer el ciclo de trabajo del pulso, y que se tenga el mnimo margen

de error al momento de realizar la medicin del ciclo de trabajo de la seal de

control.[1]

IV. Desarrollo

El diagrama de bloques de la figura 1 ilustra la idea general del presente trabajo. Los

componentes bsicos son el generador de la seal de rampa, formado por un detector

de cruce por cero y un arreglo RC, un microcontrolador que se utiliza para leer el valor

del porcentaje de ciclo de trabajo y como consecuencia establecer el voltaje de

referencia.

Finalmente, la seal modulada se aplica a la etapa de potencia y as controlar la

energa elctrica aplicada a la carga.

Figura 1. Esquema general de la aplicacin.

Detector de cruce por cero, generador de lampa, amplificacin y seguidor de

voltaje

En esta seccin se utilizan dos amplificadores operacionales como detectores de cruce

por cero, el voltaje que se le introduce a estos detectores de cruce por cero se toma del

secundario de un transformador comn, esto se hace para no introducir voltajes

mayores a los de la alimentacin de los OP-AMP, el voltaje de salida de cada uno de

estos detectores controla el tiempo que va a estar en corte o en saturacin un

transistor, cada uno de estos transistores tiene una resistencia y un capacitor con el

cual va a generar una seal de rampa y esta seal la tendremos en el colector del

transistor, esta seal es elevada con un amplificador de ganancia 10 para que tuviera

un amplio rango de voltaje para controlar el porcentaje de trabajo de una manera ms

eficaz; el voltaje de salida del amplificador se introduce a un seguidor de voltaje para

que despus sea comparado con el voltaje de salida del DAC; se introduce al seguidor

de voltaje para darle un reforzamiento elctrico a la seal.

Se utilizan los detectores de cruce por cero para que el circuito de disparo del TRIAC este en fase con el voltaje de corriente alterna y as lograr el disparo del TRIAC en el ngulo que nosotros deseemos, y con esto se varia el porcentaje de trabajo de la carga. [3]

LCD y teclado

Parte de la aplicacin son la pantalla LCD y el teclado matricial 3x5, estos dos

dispositivos son la interfase por medio de la cual el usuario se comunicar con el

sistema.

El teclado matricial est compuesto por 15 teclas de las cuales 10 son nmeros,

del 0 al 9, hay una tecla denominada enter, limpiar pantalla y otra para solicitar el 100%

de la potencia directamente. Las dos teclas restantes sern utilizadas en posteriores

aplicaciones; por el momento estn deshabilitadas.

Figura 2. Seal rampa para semiciclo positivo y negativo.

Figura 3. Circuitos del prototipo.

En la LCD se despliega el valor actual de la potencia entregada a la carga y la cantidad

tecleada antes de que tenga algn efecto sobre la carga, cabe mencionar que el

programa esta diseado para trabajar con todos los nmeros enteros pares

comprendidos entre el rango de 10% a 100%, si se deseara introducir un valor mayor a

100 o impar en el LCD podr visualizar un mensaje de error correspondiente al tipo de

error detectado por el cdigo. Para que cualquier valor tenga efecto sobre la carga

despus de ser tecleado, es necesario presionar la enter. Cabe resaltar que el valor

mostrado en el LCD, en porcentaje del ciclo de trabajo del PWM, sirve para ser

comparado con el ciclo de trabajo medido por el osciloscopio, con lo cual estamos

comprobando la eficiencia del sistema.[4]

Bloque de la seal de referencia y etapa de potencia

En esta seccin se encuentran 2 comparadores de voltaje, a la terminal negativa de

entrada de estos dos comparadores de voltaje se les introduce el voltaje que proviene

del DAC que es controlado por el microcontrolador y a la terminal positiva de cada

comparador se le introduce la seal de rampa amplificada, cabe aclarar que hay dos

seales de rampa que son amplificadas, una seal de rampa es para el semiciclo

positivo y la otra es para el semiciclo negativo y cada una de estas seales se

introduce a un comparador, con esto logramos activar el TRIAC tanto en el semiciclo

positivo como en el negativo, la salida de un comparador de voltaje se conecta con la

salida de otro comparador de voltaje mediante un diodo, estos diodos sirven para aislar

entre si las salidas de los dos comparadores y a la vez para que los dos activen el

mismo opto-acoplador, a la salida de este opto-acoplador se encuentra un TRIAC de

40A de corriente mxima, en la terminal T2 del TRIAC hay una resistencia que est en

serie con la salida del opto-acoplador, esto se hace para limitar la corriente que va a

llegar a la compuerta del TRIAC para no daarlo, la terminal T1 del TRIAC se conecta

directo al voltaje de AC, la terminal T2 del TRIAC se conecta a uno de los cables de la

carga y la otra terminal de la carga se conecta al voltaje de AC. [2] y [3]

V. Resultados

A continuacin se muestra una secuencia de imgenes donde se observan los

resultados obtenidos con la implementacin del circuito.

Las mediciones fueron realizadas con osciloscopio de la marca Tektronics,

teniendo variaciones mnimas entre los valores deseados y los medidos.

Figura 4. Seal triangular, seal PWM, seal en la carga para un ciclo de trabajo del 10%.

Figura 5. Seal triangular, seal PWM, seal en la carga para un ciclo de trabajo del 50%.

Figura 6. Seal triangular, seal PWM, seal en la carga para un ciclo de trabajo del 80%.

VI. Conclusiones

El mayor inconveniente que tuvimos fue, que es muy difcil controlar un muy bajo

porcentaje de trabajo de la carga, aunque podemos controlar de una manera muy

precisa desde un 8% hasta un 100% de trabajo; tambin se dificult ajustar que el 50%

de trabajo fuera el 50% de los 8 bits (127 en decimal), debido a que la seal requerida

para la activacin del opto-acoplador debe ser una seal de rampa muy precisa.

Tambin se observ que los amplificadores operacionales deben ser muy

precisos, as como muy rpidos, con un bajo voltaje de offset y que sean de bajo ruido.

La generacin de la seal rampa se ve afectada seriamente por el factor

temperatura, as que se tuvo que analizar diversos tipos de capacitores, resistencias y

transistores, para tener la menor distorsin posible. Los mejores elementos fueron

optoacoplador con salida a transistor, los capacitores de tantalio y las resistencias del

tipo multivuelta.

En un trabajo prximo se busca escalar est aplicacin para poder controlar

cargas polifsicas, y as darle mayor versatilidad a la aplicacin.

{jcomments on}

VI. Referencias bibliogrficas

[1]Robert F. Coughlin Frederick F. Driscoll Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales Quinta Edicin, Prentice Hall

[2]Timothy J. Maloney Electrnica Industrial Moderna Tercera Edicin. Prentice Hall

[3]Muhammad H. Rashid Electrnica de potencia circuitos, dispositivos y aplicaciones Prentice Hall