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MÓDULO DE RECTIFICACIÓN CONTROLADA E INTERFAZ CON L A TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS DS1104

WILDER DE JESÚS VIAFARA VILLALBA

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2010

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MÓDULO DE RECTIFICACIÓN CONTROLADA E INTERFAZ CON L A TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS DS1104

WILDER DE JESUS VIAFARA VILLALBA

Proyecto de grado para optar al título de Ingeniero Electrónico

DIRECTOR JOHNNY POSADA CONTRERAS

Ingeniero electrónico

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE AUTOMATICA Y ELECTRONICA PROGRAMA INGENIERÍA ELECTRÓNICA

SANTIAGO DE CALI 2010

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Nota de aceptación: Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisit os exigidos por la Univer sidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero Electró nico HECTOR F. ROJAS_______________ Jurado JORGE A. TENORIO MELO ________ Jurado Santiago de Cali, 02 de Julio de 2010

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TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN........................................................................................................17 INTRODUCCIÓN ..............................................................................................18 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA...............................................................21 1. RECTIFICADORES CONTROLADOS.......................................................23 1.1. RECTIFICADOR MONOFÁSICO CONTROLADO DE MEDIA ONDA ....24 1.2. RECTIFICADOR MONOFÁSICO SEMICONTROLADO.........................27 1.3. RECTIFICADOR MONOFÁSICO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA ………………………………………………………………………………….30 1.4. RECTIFICADOR TRIFÁSICO CONTROLADO DE MEDIA ONDA .........33 1.5. RECTIFICADOR TRIFÁSICO SEMICONTROLADO ..............................36 1.6. RECTIFICADOR TRIFÁSICO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA .39 2. SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS Y DISEÑO............................................43 2.1. ESPECIFICACIONES Y RESTRICCIONES ...........................................43 2.2. DISEÑO HARDWARE ............................................................................44 2.2.1 Detector de cruces entre fases.. ..........................................................47 2.2.2 Detector de cruces por cero.................................................................50 2.2.3 Drive de disparo para los SCR’s. .........................................................54 2.2.4 Sistema de Control.. ............................................................................56 2.2.5 Visualización y Adquisición de Datos...................................................63 2.2.5.1 Adquisición de Datos.. ......................................................................64 2.2.5.2 Visualización.....................................................................................65 2.2.6 Red Snubber........................................................................................72

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3. DISEÑO SOFTWARE................................................................................76 3.1. Diseño arquitectural del sistema .............................................................76 3.1.1 Primer nivel jerárquico. ........................................................................76 3.1.2 Segundo nivel jerárquico.. ...................................................................77 3.1.3 Tercer nivel jerárquico.. .......................................................................78 3.2. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROGRAMA CARGADO EN EL MICRCONTROLADOR.....................................................................................81 3.3. CONDICIONES A TENER EN CUENTA PARA EL DISPARO DE LOS TIRISTORES ....................................................................................................95 4. TARJETA Dspace DS1104........................................................................99 4.1. PROGRAMACIÓN EN SIMULINK DE MATLAB .....................................99 4.2. INTERFAZ GRAFICA CONTROLDESK ...............................................105 5 PRUEBAS Y RESULTADOS...................................................................106 6. CONCLUSIONES ....................................................................................119 7. RECOMENDACIONES............................................................................121 BIBLIOGRAFIA...............................................................................................123 ANEXOS.........................................................................................................124

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LISTA DE TABLAS Tabla 1. Especificaciones AD210JN ...................................................................... 67 Tabla 2. Relación entre tiristor y momento de la fase topología trifásica semicontrolada ......................................................................................................... 97 Tabla 3. Relación entre tiristor y momento de la fase topología trifásica totalmente controlada .............................................................................................. 97 Tabla 4. Especificaciones DS1104......................................................................... 99

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LISTA DE CUADROS

Cuadro 1. Selección de dispositivos ...................................................................... 45 Cuadro 2. Matriz de tamizaje para selección de dispositivo de control .............. 45 Cuadro 3. Alimentaciones del módulo de rectificación controlada ................... 121

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Forma representativa y funcional de un tiristor ..................................23 Figura 2. Circuito del rectificador monofásico controlado de media onda........24 Figura 3. Cuadrante de operación ....................................................................24 Figura 4. Forma de onda para rectificador monofásico controlado de media onda 45º carga resistiva....................................................................................25 Figura 5. Circuito en Pspice del rectificador monofásico controlado de media onda..................................................................................................................26 Figura 6. Circuito en Pspice del disparador del rectificador monofásico controlado de media onda ................................................................................26 Figura 7. Forma de onda del rectificador monofásico controlado de media onda con ángulo a 90º ...............................................................................................26 Figura 8. Circuito del rectificador monofásico controlado de onda completa ....27 Figura 9. Cuadrante de operación ....................................................................27 Figura 10. Forma de onda para rectificador monofásico semicontrolado a 45º carga resistiva...................................................................................................28 Figura 11. Circuito en Pspice del rectificador monofásico semicontrolado .......29 Figura 12. Circuito en Pspice del disparador del rectificador monofásico semicontrolado..................................................................................................29 Figura 13. Forma de onda del rectificador monofásico semicontrolado con ángulo a 90º......................................................................................................29 Figura 14. Circuito del rectificador monofásico controlado de onda completa ..30 Figura 15. Cuadrante de operación ..................................................................30 Figura 16. Forma de onda para rectificador monofásico controlado de onda completa 45º carga inductiva ............................................................................31 Figura 17. Circuito en Pspice del rectificador monofásico controlado de onda completa ...........................................................................................................32

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Figura 18. Circuito en Pspice del disparador del rectificador monofásico controlado de onda completa............................................................................32 Figura 19. Forma de onda del rectificador monofásico controlado de onda completa con ángulo a 90º................................................................................32 Figura 20. Circuito del rectificador trifásico de media onda ..............................33 Figura 21. Cuadrante de operación ..................................................................33 Figura 22. Forma de onda para rectificador trifásico de media onda carga inductiva............................................................................................................34 Figura 23. Circuito en Pspice del rectificador trifásico de media onda..............35 Figura 24. Circuito en Pspice del disparador del rectificador trifásico de media onda..................................................................................................................35 Figura 25. Forma de onda del rectificador trifásico de media onda con ángulo a 60º carga inductiva ...........................................................................................35 Figura 26. Circuito del rectificador trifásico semicontrolado..............................36 Figura 27. Forma de onda para rectificador trifásico semicontrolado carga resistiva.............................................................................................................37 Figura 28. Circuito en Pspice del rectificador trifásico semicontrolado carga resistiva.............................................................................................................38 Figura 29. Circuito en Pspice del disparador del rectificador trifásico semicontrolado..................................................................................................38 Figura 30. Forma de onda del rectificador trifásico semicontrolado con ángulo a 90º carga resistiva ............................................................................................38 Figura 31. Circuito del rectificador trifásico controlado .....................................39 Figura 32. Forma de onda para retificador trifásico totalmente controlado .......40 Figura 33. Circuito en Pspice del rectificador trifásico totalmente controlado ...41 Figura 34. Circuito en Pspice del disparador del rectificador trifásico totalmente controlado .........................................................................................................41 Figura 35. Forma de onda del rectificador trifásico totalmente controlado con ángulo a 60º carga resistiva..............................................................................42

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Figura 36. Forma de onda del rectificador trifásico totalmente controlado con ángulo a 90º carga inductiva.............................................................................42 Figura 37. Diagrama de bloques general de hardware .....................................46 Figura 38. Circuito detector de cruce entre fases .............................................48 Figura 39. Tren de pulso generado a la fase correspondiente..........................48 Figura 40. Circuito para detectar flancos de cruce entre fases .........................49 Figura 41. Tren de pulso generado por flancos ................................................50 Figura 42. Circuito detector de cruce por cero..................................................50 Figura 43. Tren de pulso generado a su única fase..........................................51 Figura 44. Circuito para detectar flancos de cruce por cero .............................51 Figura 45. Tren de pulso generado por flancos ................................................51 Figura 46. Esquemático general de los detectores de cruce ............................52 Figura 47. Esquemático general de los detectores de flancos..........................52 Figura 48. Board general realizada en Eagle para detector de cruces .............53 Figura 49. Componentes en Eagle para detector de cruces.............................53 Figura 50. Circuito drive....................................................................................54 Figura 51. Señales producidas por el circuito drive en simulación....................55 Figura 52. Board general realizada en Eagle para circuito Drive. .....................55 Figura 53. Componentes en Eagle para circuito Drive......................................56 Figura 54. Simulación en PROTEUS del sistema de control ............................57 Figura 55. Simulación en PROTEUS de disparos de topología monofásica semicontrolada a 90° (tiristores 1 y 2)............ ...................................................57 Figura 56. Simulación en PROTEUS de disparos de topología trifásica totalmente controlada a 60°........................ ......................................................58 Figura 57. Conector DB9 ..................................................................................58 Figura 58. Comunicación serial en software PROTEUS...................................59

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Figura 59. Aplicación típica de regulador 7805 para alimentación de integrados..........................................................................................................................60 Figura 60. Configuración astable de LM555 .....................................................60 Figura 61. Configuración MAX232 para comunicación serial ...........................61 Figura 62. Esquemático realizado en Eagle del sistema de control..................62 Figura 63. Board realizada en Eagle del sistema de control .............................63 Figura 64. Componentes en Eagle del sistema de control................................63 Figura 65. Esquemático realizado en Eagle para circuito seleccionador del control ...............................................................................................................64 Figura 66. Board realizada en Eagle para seleccionador del control ................64 Figura 67. Componentes en Eagle para seleccionador del control...................65 Figura 68. Diagrama de bloques funcional .......................................................67 Figura 69. Configuración de ganancia unitaria usada para el módulo de rectificación controlada. ....................................................................................68 Figura 70. Divisor de tensión en la carga..........................................................68 Figura 71. Relación voltaje de salida vs. Corriente de entrada.........................69 Figura 72. Imagen del sensor de corriente a usar.............................................69 Figura 73. Restador de Offset AMP50 ..............................................................69 Figura 74. Circuito para asignar ganancia al sensor.........................................70 Figura 75. Circuito acondicionamiento sensor de corriente con corriente sensada a 50A ..................................................................................................71 Figura 76. Board realizada en Eagle para visualización por Dspace ................71 Figura 77. Componentes en Eagle para visualización por medio Dspace ........72 Figura 78. Red snubber ....................................................................................73 Figura 79. Board realizada en Eagle de la Red snubber ..................................74 Figura 80. Componentes realizados en Eagle de la Red snubber ....................74

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Figura 81. Encapsulado IRKT91-12..................................................................75 Figura 82. Diseño Arquitectural general del sistema.........................................76 Figura 83. Diseño Arquitectural segundo nivel jerárquico.................................77 Figura 84. Diseño Arquitectural tercer nivel jerárquico bloque de comunicación..........................................................................................................................78 Figura 85. Diseño Arquitectural tercer nivel jerárquico bloque de configuración..........................................................................................................................79 Figura 86. Diseño Arquitectural tercer nivel jerárquico bloque de medición .....79 Figura 87. Diseño Arquitectural tercer nivel jerárquico bloque de visualización80 Figura 88. Diseño Arquitectural tercer nivel jerárquico bloque de control .........80 Figura 89. Inicialización de variables y método Visualizacion_Menus .............81 Figura 90. Método Visualizacion_Menus ..........................................................82 Figura 91. Método Metodo_Teclas_Presionadas parte 1 .................................83 Figura 92. Método Metodo_Teclas_Presionadas parte 2 .................................84 Figura 93. Método Metodo_Teclas_Presionadas parte 3 .................................85 Figura 94. Método Metodo_Teclas_Presionadas parte 4 .................................86 Figura 95. Método Metodo_Teclas_Presionadas parte 5 .................................87 Figura 96. Método Calculo_Tiempos ................................................................88 Figura 97. Método Habilitar_Timer y Asignar_Salidas parte 1..........................89 Figura 98. Método Habilitar_Timer y Asignar_Salidas parte 2..........................90 Figura 99. Método Habilitar_Timer y Asignar_Salidas parte 3..........................91 Figura 100. Método Habilitar_Timer y Asignar_Salidas parte 4........................92 Figura 101. Método Habilitar_Timer y Asignar_Salidas parte 5........................93 Figura 102. Método Habilitar_Timer y Asignar_Salidas parte 6........................94 Figura 103. Simulación en Pspice de topologías monofásicas disparando a 45º..........................................................................................................................95

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Figura 104. Simulación en Pspice de topología trifásica semicontrolada disparando a 90º...............................................................................................96 Figura 105. Simulación en Pspice de topología trifásica totalmente controlada disparando a 60º...............................................................................................98 Figura 106. Selección de topología en Simulink .............................................100 Figura 107. Bloque trama y asignación de ganancias en Simulink .................102 Figura 108. Bloque trama en Simulink ............................................................102 Figura 109. Recepción de trama y cambio de tipo de dato en Simulink .........102 Figura 110. Bloque para transmisión de datos de DS1104 en Simulink .........103 Figura 111. Verificación de datos en Simulink ................................................104 Figura 112. Esquemático general en simulink ................................................104 Figura 113. Interfaz grafica realizada en ControlDesk ....................................105 Figura 114. Fase R topología monofásica de media onda, vista en osciloscopio FLUKE, disparando a 90º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva .....106 Figura 115. Fase R topología monofásica de media onda interfaz grafica Controldesk disparando a 90º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva........................................................................................................................106 Figura 116. Fase R topología monofásica semicontrolado, vista en osciloscopio FLUKE, disparando a 60º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva .....107 Figura 117. Fase R topología monofásica semicontrolada, interfaz grafica Controldesk disparando a 60º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva........................................................................................................................107 Figura 118. Fase R topología monofásica totalmente controlada, vista en osciloscopio FLUKE, disparando a 60º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva...........................................................................................................108 Figura 119. Fase R topología monofásica totalmente controlada, interfaz grafica Controldesk disparando a 60º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva........................................................................................................................108 Figura 120. Fase R topología trifásica controlada de media onda, vista en osciloscopio FLUKE, disparando a 60º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva...........................................................................................................109

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Figura 121. Fase R topología trifásica controlada de media onda, interfaz grafica Controldesk disparando a 60º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva...........................................................................................................109 Figura 122. Voltaje Vba topología trifásica semicontrolada, vista en osciloscopio FLUKE, disparando a 60º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva .....110 Figura 123. Voltaje Vba topología trifásica semicontrolada, interfaz grafica Controldesk disparando a 60º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva........................................................................................................................110 Figura 124. Voltaje Vba topología trifásica totalmente controlada, vista en osciloscopio FLUKE, disparando a 60º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva...........................................................................................................111 Figura 125. Voltaje Vba topología trifásica totalmente controlada, interfaz grafica Controldesk disparando a 60º, con carga de 300 ohmios netamente resistiva...........................................................................................................111 Figura 126. Fase R topología monofásica semicontrolada, vista en osciloscopio FLUKE, disparando a 90º, con carga motor de ¼ de caballo de fuerza sin diodo de rueda libre. .................................................................................................112 Figura 127. Fase R topología monofásica totalmente controlada, vista en osciloscopio FLUKE, disparando a 90º, con carga motor de ¼ de caballo de fuerza..............................................................................................................112 Figura 128. Voltaje Vba topología trifásica semicontrolada, vista en osciloscopio FLUKE, disparando a 60º, con carga motor de ¼ de caballo de fuerza sin diodo de rueda libre. .................................................................................................113 Figura 129. Fase R topología trifásica totalmente controlada, vista en osciloscopio FLUKE, disparando a 60º, con carga motor de ¼ de caballo de fuerza..............................................................................................................113 Figura 130. Panel de conexión y encendido del modulo.................................114 Figura 131. Plaqueta de detección de cruces.................................................115 Figura 132. Plaqueta de drives .......................................................................115 Figura 133. Plaqueta unión microcontrolador Dspace ....................................116 Figura 134. Plaqueta del control .....................................................................116 Figura 135. Plaqueta para visualización por Dspace ......................................117 Figura 136. SCR´s y snubber..........................................................................117

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Figura 137. Parte delantera del moduló de rectificación controlada modulo...118 Figura 138. Parte trasera del moduló de rectificación controlada ...................118

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GLOSARIO

ÁNODO: electrodo positivo del diodo o tiristor donde se dirigen los iones negativos. CÁTODO: electrodo negativo del diodo o tiristor donde se dirigen los iones positivos. CORRIENTE: flujo de la carga o electrones en un determinado tiempo sobre un material. DIODO: semiconductor de capas PN que permite el paso de la corriente eléctrica en un solo sentido. DRIVE: circuito que acondiciona y aísla la etapa de potencia y la digital para el disparo de los tiristores. HARDWARE: partes físicas de un sistema tales como plaquetas y sus componentes eléctricos. MONOFÁSICO: hace referencia a una fase de la red eléctrica. POTENCIA: trabajo eléctrico que se realiza en unidad de tiempo. RECTIFICADOR: circuito que permite convertir de corriente alterna a continua. SCR: dispositivo tiristor de capas PNPN cuya función es similar a la del diodo, con la condición de que tiene que ser activado por una corriente de GATE.

TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS: es aquella que toma señales análogas en tiempo real para generar datos manipulables desde el computador en forma digital. TRANSFORMADOR: componente eléctrico que aumenta o disminuya la tensión alterna en un circuito sin variar su frecuencia. TRIFÁSICO: hace referencia a las tres fases de la red eléctrica VOLTAJE: magnitud física que hace posible el flujo de electrones sobre una carga en un circuito cerrado o trabajo ejercido por un campo eléctrico para mover una partícula.

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RESUMEN

En el trabajo de grado a mostrar, se diseñó e implementó un módulo didáctico de rectificación controlada, el cual puede trabajar en varias topologías existentes como las monofásicas y trifásicas de media onda, semicontrolada y totalmente controlada, conectándolas de forma física en el modulo. Esto se logra, además de los SCR`s, con circuitos extras mostrados en el etapa de diseño y selección de dispositivo de control, como los detectores de cruce por cero, detectores de cruce entre fases, el circuito drive y el circuito de control como se explicara en el documento más adelante. Además el modulo didáctico contara con una interfaz gráfica donde se darán mandos y se podrá visualizar las señales de voltaje y corriente en la carga. Esto se realizará por medio del software simulink de MATLAB y Controldesk con el fin de lograr una buena y fácil interacción con el módulo, ya que con el que se pretende implementar practicas en clases como electrónica y convertidores de potencia. El documento empieza con una breve explicación de los rectificadores controlados ya nombrados y las respectivas simulaciones realizadas a cada una de las topologías para conocer su funcionamiento y así lograr un buen trabajo del módulo. Seguidamente se realizará el diseño y programación de los circuitos extras, pasado primero por un proceso de simulación y así desarrollar el hardware de cada uno estos. Por último se explica la etapa software, donde se realizará una descripción del funcionamiento del sistema de control del modulo por medio del diseño arquitectural y el diagrama de flujo del programa realizado, para así seguir con la etapa de visualización y adquisición de datos en la cual se utiliza la tarjeta DS1104 de Dspace, se explica su programación y la realización de la interfaz gráfica, y se presentan los resultados de funcionamiento del módulo ya construido por medio de captura de imágenes del osciloscopio FLUKE y la interfaz grafica realizada.

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INTRODUCCIÓN Durante mucho tiempo la electrónica estuvo limitada por las bajas velocidades que manejaban los dispositivos semiconductores y por la falta de confiabilidad de los elementos electrónicos, que eran insuficientes a la hora de responder con las nuevas aplicaciones del campo industrial. Gracias a los dispositivos semiconductores como transistores, tiristores, mosfets e IGBT’s, se solucionaron muchas de estas limitaciones abriendo un nuevo campo tecnológico para la investigación e implementación y así responder a las exigencias industriales. Los rectificadores son circuitos electrónicos que permiten la conversión de señales de corriente alterna (AC) en corriente directa (DC). Esta conversión se puede realizar por medio de dispositivos semiconductores como diodos. Existen dos tipos de rectificadores; los monofásicos que se usan cuando su señal de entrada proviene de una fase de la red eléctrica, y los trifásicos cuando su señal de entrada viene de las tres fases de la red eléctrica. Independientemente a los ya mencionados, los rectificadores también pueden ser controlados, semicontrolados o no controlados. Los rectificadores controlados y semicontrolados se implementan con tiristores, que son dispositivos semiconductores de 4 capas PNPN que se encargan de controlar la tensión de salida del rectificador según el encendido (disparo) que se da en su compuerta de Gate, regulando así el valor medio de la tensión en la carga. Estos rectificadores controlados y semicontrolados también se pueden implementar con IGBT’s, sin embargo la implantación con estos elementos no se tratara en este trabajo. Los rectificadores controlados son aún útiles hoy en día, y algunas de sus aplicaciones son el control de excitación en generadores, control de lámparas y hornos industriales, arranque de motores de AC, soldadores de arco y fundidores por inducción. El módulo de rectificación controlada e interfaz gráfica tiene como principio la realización de prácticas de practicas en asignaturas de electrónica de potencia y afines, para facilitar la implementación de dichos circuitos y/o cargas que no han sido probadas por falta de los rectificadores controlados y así tener un funcionamiento previo de estos, además de un buen entendimiento por parte de los estudiantes que matriculan los cursos anteriormente nombrados. Trabajos anteriores como el realizado por Lalo Omar Garces Morcillo titulado “IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA MODULAR DE ENTRENAMIENTO EN RECTIFICADORES PARCIAL Y TOTALMENTE CONTROLADOS”, Gerardo

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Valencia y Yupsy Collazos titulado “IMPLEMENTACION DE UN RECTIFICADOR ESTATICO TRIFASICO MICROCONTROLADO” adelantaron parte del diseño y el montaje del módulo de rectificación controlada, los cuales se han ido mejorando continuamente. Este trabajo pretende presentar una estructura integrada de topologías en una sola plataforma, corrigiendo así los errores de funcionamiento de los montajes previos y así logrando crear estructuras genéricas para la implementación de las configuraciones de interés Este trabajo de grado se realizó en 5 etapas demarcadas por capítulos contenidos en el documento. La primera etapa estudia la teoría y el funcionamiento de los rectificadores controlados como convertidores de corriente alterna a directa, y así tener los conceptos claros tanto en los tiempos de disparos como el comportamiento de las señales en la carga según la topología asignada, para así después realizar las simulaciones previas a cada uno de estas vistas en este mismo capítulo. En la segunda etapa, que es la de diseño y selección, se realiza la revisión de los antecedente de este trabajo; (Lalo Omar Garces Morcillo titulado “IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA MODULAR DE ENTRENAMIENTO EN RECTIFICADORES PARCIAL Y TOTALMENTE CONTROLADOS”, Gerardo Valencia y Yupsy Collazos titulado “IMPLEMENTACION DE UN RECTIFICADOR ESTATICO TRIFASICO MICROCONTROLADO”), con esto se pretende tener un punto de partida para aprovechar los diseños ya realizados hasta el momento y mejorar aquellos que lo requieran. Se acogerán las simulaciones realizadas en el trabajo previo del estudiante Lalo Omar Garces Morcillo, se añadirán mejoras a los archivos fuentes de simulación (mejoras como simulaciones paramétricas y bloques jerárquicos), finalmente se simularan módulo por modulo de forma que sean comunes para cada una de las topologías de rectificación a implementar y así después realizar la unión de los layouts para hacer pruebas con el módulo construido en su totalidad. La tercera etapa que es la etapa de software, se realiza todo lo que tiene que ver con el programa realizado para el sistema de operación y monitoreo del módulo, desde el diseño arquitectural del sistema, el diagrama de flujo correspondiente a la programación y hasta las condiciones a tener en cuenta para realizar el disparo de un tiristor. La cuarta etapa se habla sobre las especificaciones de la tarjeta DS1104 de Dspace, su programación en simulink y el desarrollo de la interfaz gráfica creada en Controldesk, donde se realizan mandos por medio de comunicación serial y además se visualizan las señales provenientes de la carga.

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Por último la quinta etapa que es donde se hace la unión con el módulo ya armado y la tarjeta de adquisición de datos para realizar sus respectivas pruebas con cargas resistivas e inductivas, así cumpliendo los objetivos propuestos al anteproyecto. Es de aclarar que el presente trabajo es continuación de trabajos previos de los cuales se aprovecharan implementaciones, dando nuevas características a lo ya logrado previamente y dejando como resultado una implementación en rack, el cual puede ser mejorado en un futuro trabajo de grado. Aunque se pretende tener un módulo didáctico es filosofía del módulo y del director del proyecto, que este sea de de arquitectura abierta y todos y cada uno de los circuitos sea de fácil acceso para ser explorado por los estudiantes que lo manipulen y sirva de punto de partida para futuros trabajos los cuales implican diseños de protecciones, elaboración de manuales, elaboración de experimentos, estudios de compatibilidad magnética del módulo, inducción electromagnética, ETC.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La densidad del contenido de los cursos de electrónica de potencia y convertidores de potencia, no permite que algunos temas sean estudiados en su totalidad y mucho menos que se desarrollen completamente los laboratorio o proyectos propuestos por el docente, los cuales permiten profundizar en el estudio dichos temas. Esto se debe a problemas de tiempo y por la falta de herramientas necesarias para logra la fácil implementación de los laboratorios, ya que los mismos requieren montajes complejos y de difícil implementación. Como por ejemplo, en los proyectos finales de los cursos de electrónica de potencia generalmente se requiere de una fuente de conversión AC/DC controlada previa a la parte hardware, y uno de los problemas principales de los estudiantes, es que emplean la mayor parte de tiempo diseñando y construyendo rectificadores para el funcionamiento de sus proyectos, por eso la mayoría de veces estos no son culminados limitando así la aplicación o la finalidad del proyecto propuesto. Además, cuando los estudiantes crean los rectificadores no logran ver las propiedades y funcionalidades propias de este, ya que no tienen las herramientas necesarias para visualizar su comportamiento. Hoy en día, en los laboratorios de electrónica de la universidad no cuenta con módulos que permitan poner en práctica los conocimientos teóricos adquiridos por los estudiantes en materias basadas en electrónica de potencia, específicamente en el área de rectificación controlada trifásica con SCR`s, por lo que es necesario generar nuevas herramientas y así proveer un buen aprendizaje en los temas anteriormente expuestos. Por eso se ve la necesidad de implementar un módulo de entrenamiento en rectificadores controlados de silicio (SCR) donde se pueda configurar las diferentes topologías existentes. Por esta razón se proponen los siguientes objetivos:

� Objetivo general. Diseñar e implementar un módulo para rectificación controlada de tensión e interfaz con tarjeta de adquisición de datos DS1104, por medio del software ControlDesk de la empresa dSPACE.

� Objetivos específicos: - Estudiar el funcionamiento de los rectificadores monofásicos y trifásicos

controlados como conversores de corriente alterna a corriente continua para la implementación hardware. - Revisar, analizar y optimizar el antecedente nacional propuesto por Lalo Omar Morcillo en la Universidad Autónoma de Occidente, para corregir fallas o errores en su implementación.

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- Diseñar y simular, de acuerdo a especificaciones y restricciones preestablecidas , un módulo genérico hardware/software de rectificación controlada de tensión. - Implementar, probar y poner a punto el módulo hardware/software diseñado, para su acople con laboratorios, proyectos y/o topologías de conversores existentes. - Elaborar una interfaz gráfica de usuario (GUI) en ControlDesk para el monitoreo, operación y control del módulo de rectificación controlada de tensión, mediante la tarjeta de adquisición de datos DS1104 de dSPACE.

� ANTECEDENTES Y PROYECCION DEL TRABAJO FINAL

Como antecedentes al MÓDULO DE RECTIFICACIÓN CONTROLADA E INTERFAZ CON LA TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS DS1104 se encuentra que se realizaron los siguientes trabajos:

- “IMPLEMENTACION DE UN RECTIFICADOR ESTATICO TRIFASICO MICROCONTROLADO” este módulo fue diseñado por los ingenieros Gerardo Valencia y Yupsy Collazos como proyecto de iniciación a la investigación en el año 2003, donde se realizan las primeras investigaciones acerca de los rectificadores controlados y donde solo se implementa la topología trifásica totalmente controlada con SCR´s BTW67 y un microcontrolador GP32 de Motorola.

- “IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA MODULAR DE ENTRENAMIENTO EN RECTIFICADORES PARCIAL Y TOTALMENTE CONTROLADOS” este módulo fue diseñado por el ingeniero electrónico Lalo Omar Morcillo como proyecto de grado en la UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE. Este consta de dispositivos semiconductores como SCR’s y diodos el cual nos permite realizar múltiples configuraciones de topologías en rectificación controladas. Este módulo nos permite variar la potencia suministrada a la salida de los rectificadores ajustando el ángulo de disparo en la compuerta de los SCR’s permitiendo así un mejor aprovechamiento de la fuente primaria de alimentación y un manejo de la tensión de alimentación a la carga, este proyecto no dejo una estructura sólida a pesar de que varias cosas fueron implementadas tales como el circuito de control cuyo microcontrolador fue un PIC 18LF458 programado en assembler.

Cabe anotar que lo que pretende este nuevo proyecto es implementar un estructura de un módulo de rectificación controlada con cargas R y RL. Se pretende en un futuro complementar el trabajo realizado en este proyecto, expandiendo su uso a cargas como motores DC e implementar filtros EMI para el módulo al tiempo que se le adapten las protecciones suficientes para ser usado como equipo didáctico en clases.

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1. RECTIFICADORES CONTROLADOS

Un rectificador controlado es un circuito que entrega a partir de señales alternas, una señal continua con potencia variable en la carga, esto se hace a partir de componentes llamados tiristores y diodos dependiendo de la topología a utilizar. Un tiristor es un componente semiconductor cuyo funcionamiento se basa en la realimentación regenerativa de una estructura PNPN, uno de estos es el rectificador controlado de silicio (SRC). El SCR dispone de dos terminales principales, ánodo y cátodo, y uno auxiliar de disparo o puerta. En la primera grafica de la figura 1 se muestra el símbolo y la característica I-V estática de dicho componente. La corriente principal circula del ánodo al cátodo (ON), solo si hay una señal positiva aplicada a la puerta, sino permanecerá en bloqueo (OFF). Después de que el SCR este en conducción directa (ON), se mantendrá así aunque la corriente de puerta desaparezca, la única forma de que el tiristor vuelva a su estado de bloqueo (OFF) es bajando la tensión Vak (ánodo-cátodo) a los niveles de umbral especificados por el fabricante del tiristor. Figura 1. Forma representativa y funcional de un tiristor

Fuente: LUPON, Emili. Convertidores CA/CC - Rectificadores [en línea] España.: universidad politécnica de Cataluña [consultado 01 de Marzo de 2009]. Disponible en Internet: http://tec.upc.es/el/TEMA-3%20EP%20(v1).pdf

Los rectificadores a estudiar son los siguientes: - Rectificador monofásico controlado de media onda. - Rectificador monofásico semicontrolado onda completa. - Rectificador monofásico controlado de onda completa. - Rectificador trifásico controlado de media onda. - Rectificador trifásico semicontrolado de onda completa. - Rectificador trifásico semicontrolado de onda completa.

24

Cabe anotar que los rectificadores de media onda no serán implementados pero son incluidos como objeto de estudio y entendimiento.

1.1. RECTIFICADOR MONOFÁSICO CONTROLADO DE MEDIA ONDA Figura 2. Circuito del rectificador monofásico controlado de media onda

Fuente: RASHID, Muhammad. Electrónica De Potencia: Circuitos, Dispositivos y aplicaciones. Pearson Educación, 1995. 854 p Figura 3. Cuadrante de operación

Fuente: RASHID, Muhammad. Electrónica De Potencia.

En este circuito durante el ciclo positivo de la tensión de entrada, la tensión ánodo-cátodo es positiva, de manera que el SCR puede entrar en conducción. Si en el instante α respecto al paso por cero de la tensión de entrada el circuito de control genera un pulso en la puerta del SCR, éste empezará a conducir, haciendo que circule corriente por la carga. En el instante π, la tensión en la carga se anula, provocando que la corriente sea nula y en consecuencia, bloqueando de forma natural el SCR. El ángulo de disparo α o ángulo de fase se expresa en grados, para que su valor sea independiente de la frecuencia, si bien en la realidad equivale a unos ciertos milisegundos. Controlando el ángulo de disparo de los tiristores somos capaces de enviar más o menos energía a la carga, con lo que estamos controlando el valor medio de la tensión de salida del rectificador. La figura 4 muestra las formas de onda de la tensión de entrada, la tensión en la de carga, la corriente en la carga y la tensión ánodo-cátodo del SCR.

25

Figura 4. Forma de onda para rectificador monofásico controlado de media onda 45º carga resistiva

Fuente: RASHID, Muhammad. Electrónica De Potencia: Circuitos, Dispositivos y aplicaciones. Pearson Educación, 1995. 854 p

ECUACIONES CARACTERISTICAS: Tensión media en la carga: Si Vmax es el valor de pico de la tensión de entrada, tenemos que:

[ ] )cos1(2

max)cos(

2

max)().(.max

2

1 απππ

πα

π

α

+=−== ∫V

wtV

wtdwtsenVVdc

Para α=0°, la tensión media en la carga será: Vdc = V max / π valor que corresponde a un rectificador monofásico de media onda no controlado. Tensión eficaz en la carga:

( )

)2(2

1)(

2

max)(2

2

1

2

1

2

max

)(.2

)(2cos1

2

max)(.)(.max

2

1 2

ααπππ

ππ

π

α

π

α

senV

wtsenwtV

wtdwtV

wtdwtsenVVrms

+−=

−

=−== ∫∫

Para α=0°, la tensión eficaz será:

2

max

2

max VVVrms == π

π

Valor que corresponde a un rectificador monofásico de media onda no controlado.

26

SIMULACIÒN REALIZADA Figura 5. Circuito en Pspice del rectificador monofásico controlado de media onda

R4150

monototcontrol

wild4

T1

mtcref

T1

REF_T1

V+

V-

V+

V-

V1

FREQ = 60VAMPL = 200VOFF = 0

0

X12N1597 PARAMETERS:

angulo = 90

T1

RE

F_T

1

Fuente: propia Figura 6. Circuito en Pspice del disparador del rectificador monofásico controlado de media onda

mtcref

T1

I

V1TD = {(angulo*8.333ms)/180}TF = 20nsPW = 2msPER = 16.667msV1 = 0TR = 20nsV2 = 3

R3

300

Fuente: propia Figura 7. Forma de onda del rectificador monofásico controlado de media onda con ángulo a 90º

Fuente: propia

27

1.2. RECTIFICADOR MONOFÁSICO SEMICONTROLADO La diferencia principal entre esta topología y la anterior, es que esta aprovecha los dos semiciclos de la fuente de alimentación ya que utiliza 2 SCR´s y 2 diodos (ver figura 8) permitiendo así una respuestas más rápida sobre la carga ya que la frecuencia de la señal en esta seria el doble comparada con la del rectificador controlado de media onda, dando como resultado el doble de voltaje promedio de la señal de la señal en la carga en el mismo periodo.

Figura 8. Circuito del rectificador monofásico controlado de onda completa


Fuente: RASHID, Muhammad. Electrónica De Potencia: Circuitos, Dispositivos y aplicaciones. Pearson Educación, 1995. 854 p En este circuito en el ciclo positivo T1 está en polarización directa, así cuando se dispara el tiristor, la carga queda conectada a la alimentación de entrada por medio de T1 y D2 entre el periodo (α≤ Wt ≤ π), después en el periodo (π ≤ Wt ≤ π+α) el diodo de rueda libre Dm queda en conducción para proporcionar continuidad a la corriente de carga inductiva para que así se desactive el tiristor T1 y el diodo D2 y se activen T2 y D1 que quedan en polarización directa durante el semiciclo negativo, como lo muestra la figura 6.

28

Figura 10. Forma de onda para rectificador monofásico semicontrolado a 45º carga resistiva

Fuente: LUPON, Emili. Convertidores CA/CC - Rectificadores [en línea] España.: universidad politécnica de Cataluña [consultado 01 de Marzo de 2009]. Disponible en Internet: http://tec.upc.es/el/TEMA-3%20EP%20(v1).pdf ECUACIONES CARACTERISTICAS: Tensión media de la carga:

[ ] )cos1(max)cos(2max2

)().(.max22 α

ππππα

π

α

+=−== ∫V

wtV

wtdwtsenVVdc

Para α=0°, la tensión media en la carga será (ecuación (5 ))

πmax2V

Vdc =

Tensión eficaz en la carga:

( )

+−== ∫ )2(21

)(2

max)(.)(.max

2

2 2 ααπππ

π

α

senV

wtdwtsenVVrms

29

SIMULACIÒN REALIZADA: Figura 11. Circuito en Pspice del rectificador monofásico semicontrolado

R4150

D3D1N4004

D4D1N4004

monototcontrol

wild4

T1

T2

mtcref

T1

T2

REF_T1-T3

V-

V+

V-

V+

T2

V1


0

X12N1597

X32N1597

PARAMETERS:angulo = 90

T1

REF_T4 REF_T2

RE

F_T

1-T3

Fuente: propia Figura 12. Circuito en Pspice del disparador del rectificador monofásico semicontrolado

mtcref

T2

T1

I

I


R3

300

V3TD = {((angulo*8.333ms)/180)+8.333ms}TF = 20nsPW = 2msPER = 16.667msV1 = 0TR = 20nsV2 = 3

R2300

Fuente: propia Figura 13. Forma de onda del rectificador monofásico semicontrolado con ángulo a 90º

Fuente: propia

30

1.3. RECTIFICADOR MONOFÁSICO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA

La diferencia la anterior topología es que esta trabaja en 2 cuadrantes de operación en el primero y el cuarto (ver figura 15) dando la posibilidad de que los tiristores conduzcan en los ciclos negativos solo si la carga es altamente inductiva ya que esta proporciona una corriente que es descargada cuando los tiristores se apagan. Figura 14. Circuito del rectificador monofásico controlado de onda completa

Fuente: LUPON, Emili. Convertidores CA/CC - Rectificadores [en línea] España.: universidad

politécnica de Cataluña [consultado 01 de Marzo de 2009]. Disponible en Internet: http://tec.upc.es/el/TEMA-3%20EP%20(v1).pdf

Figura 15. Cuadrante de operación

Fuente: RASHID, Muhammad. Electrónica De Potencia: Circuitos, Dispositivos y aplicaciones. Pearson Educación, 1995. 854 p En este circuito los tiristores T1 y T4 están en polarización directa, estos deben activarse simultáneamente para que la carga se conecte con la alimentación de la entrada por medio de T1 y T4. Como la carga es netamente inductiva los tiristores T1 y T4 siguen conduciendo más allá de Wt = π así sea que el voltaje en la carga sea negativo. En el ciclo negativo entran en conducción los tiristores T3 y T2 ya que estos quedan en polarización directa permitiendo así transferir la corriente de la carga entre ciclos de T1, T4 y T3, T2 debido a la conmutación natural de línea, dejando que el circuito entre en su estado de rectificación o inversión según la polaridad del voltaje de entrada.

31

Figura 16. Forma de onda para rectificador monofásico controlado de onda completa 45º carga inductiva


ECUACIONES CARACTERISTICAS: Tensión media de la carga:

[ ] )(cosmax2)cos(2max2

)().(.max22 α

πππαπ

α

απ

α

Vwt

VwtdwtsenVVdc =−== +

+

∫

Para α=0°, la tensión media en la carga será (ecuación (2 0))

πmax2V

Vdc =


( ) [ ]2

max)().cos(1

2

max)(.)(.max

22 2 Vwtdwt

VwtdwtsenVVrms =−== ∫

+

ππ

απ

α

32

SIMULACIÒN REALIZADA: Figura 17. Circuito en Pspice del rectificador monofásico controlado de onda completa

L1300mH

1

2

R44

monototcontrol

wild4

T1

T3

mtcrefRef T4Ref T2

T2

T4

V+

V-

V+

V-

T1

T3

REF_T1-T3

T2

T3

V1


0

X12N1597

X32N1597

X42N1597

X22N1597

REF_T4REF_T2

T2

T4


T1

T4

REF_T4 REF_T2

RE

F_T

1-T3

Fuente: propia Figura 18. Circuito en Pspice del disparador del rectificador monofásico controlado de onda completa

mtcref

T3

T1V2TD = {(angulo*8.333ms)/180}TF = 20nsPW = 2msPER = 16.667msV1 = 0TR = 20nsV2 = 3

R1

300


R5

300

T2

T4

I

II

I


R3

300


R2300

Ref T2Ref T4

Fuente: propia Figura 19. Forma de onda del rectificador monofásico controlado de onda completa con ángulo a 90º

Time

0s 2ms 4ms 6ms 8ms 10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20msV(REF_T1-T3,R4:1) V(REF_T4,REF_T2)

-200V

0V

200V

-I(monototcontrol.V3) -I(monototcontrol.V1)-10mA

0A

10mA

SEL>>

-I(monototcontrol.V2) -I(monototcontrol.V4)-10mA

0A

10mA

Fuente: propia

33

1.4. RECTIFICADOR TRIFÁSICO CONTROLADO DE MEDIA ONDA Estos convertidores trifásicos proporcionan voltajes de salida y frecuencias de componentes ondulatorios de estos más altos en comparación a los monofásicos, por esta razón su filtrado de la señal es más sencillo. Figura 20. Circuito del rectificador trifásico de media onda


Fuente: RASHID, Muhammad. Electrónica De Potencia: Circuitos, Dispositivos y aplicaciones. Pearson Educación, 1995. 854 p Cuando T1 se activa en Wt = π/6 + α la fase Van entra en conducción con la carga en tanto T2 no sea activado en Wt = 5π/6 + α. Cuando este se activa la carga queda en conducción por medio de la fase Vbn y así el tiristor T1 queda en polarización inversa así que el voltaje de línea es Vab=(Van-Vbn) es negativo entonces T1 se desactiva. Así cuando T3 se activa en Wt = 3π/2 + α entra en conducción Vcn con la carga y T2 se desactiva.

34

Figura 22. Forma de onda para rectificador trifásico de media onda carga inductiva

Fuente: RASHID, Muhammad. Electrónica De Potencia: Circuitos, Dispositivos y aplicaciones. Pearson Educación, 1995. 854 p Si el voltaje de fase es Van = Wmax sen Wt , el voltaje promedio de salida para una corriente de carga continua es: ECUACIONES CARACTERISTICAS: Tensión media en carga inductiva:

( ) αππ

απ

απ

cos.2

max33)(.)(.max

2

3 65

6

VwtdwtsenVVdc == ∫

+

+

Donde el valor máximo del voltaje promedio en la carga cuando α=0° es:

π2max33 V

Vdc =

Tensión eficaz en carga inductiva:

( )

+== ∫

+

+

)2cos(.8

361

max3)(.)(.max23 6

5

6

2 αππ

απ

απVwtdwtsenVVdc

Tensión media en carga resistiva:

( )

++== ∫+

απππ

α

απ6

cos12

max3)(.)(.max

2

3

6

VwtdwtsenVVdc

Tensión eficaz en carga resistiva:

35

( )

+== ∫

+

+

)2cos(.8

3

6

1max3)(.)(.max

2

3 65

6

2 αππ

απ

απVwtdwtsenVVdc

SIMULACIÒN REALIZADA Figura 23. Circuito en Pspice del rectificador trifásico de media onda

V1


V2


V3


R4150

V-

V+

V-

V+

I

I

I

V-

V+

V-

V+

X12N1597

X2

2N1597

X4

2N1597


R3300

R2300

R1300

T1

T3

disparotrimediaonda

wild3

T1

T2

T3

trisem1

T1

T2

T3

trisem1

trisem1

0

T2

L1280mH

1

2

Fuente: propia Figura 24. Circuito en Pspice del disparador del rectificador trifásico de media onda

trisem1T3T2T1




Fuente: propia Figura 25. Forma de onda del rectificador trifásico de media onda con ángulo a 60º carga inductiva

Time

0s 2ms 4ms 6ms 8ms 10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20msV(TRISEM1,0) V(X1:A,0) V(X2:A,0) V(X4:A,0)

-40V

0V

40V-I(R1) -I(R2) -I(R3)

-5mA

0A

5mA

10mA

SEL>>

Fuente: propia

36

1.5. RECTIFICADOR TRIFÁSICO SEMICONTROLADO Estos rectificadores se aplican a potencias con niveles de 120 kW en operaciones de un cuadrante. Figura 26. Circuito del rectificador trifásico semicontrolado

Fuente: RASHID, Muhammad. Electrónica De Potencia: Circuitos, Dispositivos y aplicaciones. Pearson Educación, 1995. 854 p La frecuencia del voltaje de salida es 3Fs y su ángulo de disparo puede variar entre 0 y π. en el periodo (π/6 ≤ Wt ≤ 7 π/6) T1 y D1 están polarizados directamente, entonces entran en conducción con la carga con un voltaje de línea Vca solo si el tiristor es disparado en el instante Wt = (π/6+α). En Wt = ((7π/6)+α) el voltaje de línea Vca es negativo y el diodo de rueda libre Dm conduce para que se desactiven T1 y D1. Si no hay diodo de rueda libre el tiristor T1 sigue conduciendo hasta cuando se active T2 en el instante Wt = (5π/6 + α) entonces si α≤ π/3 tenemos que cada tiristor conduce 2π/3 y el diodo de rueda libre no conduce.

37

Figura 27. Forma de onda para rectificador trifásico semicontrolado carga resistiva


ECUACIONES CARACTERISTICAS:

Tensión media en la carga para α≥ π/3:

)cos1.(2

max33)(.

6sin.max.3.

2

3 67

6

απ

ππ

π

απ

+=

−= ∫+

VwtdwtVVdc

Tensión eficaz en la carga para α≥ π/3:

+−=

−= ∫+

ααππ

ππ

π

απ

2sin2

1

4

3max3)(.

6sin.max3.

2

3 67

6

22 VwtdwtVVrms

Tensión eficaz en la carga para α≥ π/3:

+= αππ 2cos.33

2

3

4max3VVrms

38

SIMULACIÒN REALIZADA: Figura 28. Circuito en Pspice del rectificador trifásico semicontrolado carga resistiva

V-

V+

V-

V+

III

V-

V+ V-

V+

T2T3

disparo

wild2

T1T2T3

1

V1


V2


V3


0

1

T1T2

1

T3

X32N1597

X42N1597

R3300

D1D1N4004

D2D1N4004

X52N1597

D3D1N4004

R1300

R2300

T1

R4100


D5MUR410

Fuente: propia Figura 29. Circuito en Pspice del disparador del rectificador trifásico semicontrolado

1

T3

T2

T1 V5TD = {((angulo*8.333ms)/180)+1.38883ms}TF = 2nsPW = 2.7msPER = 16.667msV1 = 0TR = 2nsV2 = 3

V6TD = {((angulo*8.333ms)/180)+6.9444ms}TF = 2nsPW = 2.7msPER = 16.667msV1 = 0TR = 2nsV2 = 3

V4TD = {((angulo*8.333ms)/180)+12.4995ms}TF = 2nsPW = 2.7msPER = 16.667msV1 = 0TR = 2nsV2 = 3

Fuente: propia Figura 30. Forma de onda del rectificador trifásico semicontrolado con ángulo a 90º carga resistiva

Time

0s 2ms 4ms 6ms 8ms 10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20msV(1,D3:1) V(X4:A,V1:+) V(V1:+,D3:2) V(D3:2,X4:A)

-50V

0V

50V

I(R3) I(R1) I(R2)-5mA

0A

5mA

10mA

SEL>>

Fuente: propia

39

1.6. RECTIFICADOR TRIFÁSICO CONTROLADO DE ONDA COM PLETA

Estos rectificadores se aplican a potencias con niveles de 220 Kw en operaciones de dos cuadrantes en la figura 31 se muestra el circuito representativo a esta topología. Figura 31. Circuito del rectificador trifásico controlado


Este circuito también es conocido como puente trifásico, cuyos tiristores se disparan cada π/3 y su frecuencia de componente ondulatoria es 6Fs, disminuyendo así la necesidad de filtrado, a comparación de los rectificadores nombrados anteriormente. En el intervalo (π/6 + α ≤ Wt ≤ π/2 +α) conducen T1 y T6 y en la carga aparece el voltaje de línea Vab =(Van-Vcn). En el instante Wt= π/2 + α se dispara T2 y T6 deja de conducir ya que la corriente de ánodo/cátodo está por debajo de la de sostenimiento y así durante el intervalo (π/2 +α ≤ Wt ≤ 5π/6 + α) T1 y T2 conducen el voltaje de línea hacia la carga como lo muestra la figura 32 . Otra manera de saber cuándo se disparan los tiristores es observando el momento en que se cruzan las fases, sea en el semiciclo positivo o en el negativo. Por ejemplo en el cruce que hay exactamente entre las fases en π/6 (ver figura 32) del semiciclo positivo, se nota que se cruzan las fases A y C y en el semiciclo negativo se encuentra B en un máximo negativo, entonces se activan los tiristores que unen las fases de CB así se dispara T5 y T6, a los siguientes 60° en el semiciclo negativo se cruzan C y B y en el semiciclo positivo esta A entonces se deben activar los tiristores que unen las fases AB así se disparan T1 y T6, se puede ver que el tiristor T6 queda activo durante 120° entonces ese es el máximo ángulo de disparo qu e se le puede dar a α para que el voltaje en la carga no sea 0; esto es necesario saberlo para saber en qué momento se encuentran las fases y disparar lo tiristores correspondientes en el sistema de control y lograr la sincronización del sistema.

40

Figura 32. Forma de onda para retificador trifásico totalmente controlado

Fuente: RASHID, Muhammad. Electrónica De Potencia: Circuitos, Dispositivos y aplicaciones. Pearson Educación, 1995. 854 p ECUACIONES CARACTERISTICAS: Tensión media en la carga:

απ

ππ

απ

απ

cos.max33

)(.6

sin.max.3.3 2

6

VwtdwtVVdc =

−= ∫+

+


+=

−= ∫+

+

)2cos(.4

33

2

1max3)(.

6sin.max3.

3 2

6

22 απ

ππ

απ

απ

VwtdwtVVrms

41

SIMULACIÒN REALIZADA: Figura 33. Circuito en Pspice del rectificador trifásico totalmente controlado PARAMETERS:Alpha = 60

R = 2

L = 20mH

disparo

WILD

T1T2T3T4T5T6

789

10

REF

T2T3T4T5T6

T1

78910

X7

C233M

X8 X9

C233M

X10

C233M

X11

C233M

X12

7

8109

T1 T3 T5

T4 T6 T2

0

Va


Vb


Vc


a

c

bR1{R}

V-

V+

V-

V+

I

III

V-

V+

V-

V+

II

Fuente: propia Figura 34. Circuito en Pspice del disparador del rectificador trifásico totalmente controlado

0

-+

+-

E1

E

GAIN = 12

-+

+-

E2

E

GAIN = 12

-+

+-

E3

E

GAIN = 12

-+

+-

E4

E

GAIN = 12

-+

+-

E5

E

GAIN = 12

-+

+-

E6

E

GAIN = 12

0

0

0

0

0

V4 TD = {(Alpha*8.33m/180) + 4.16ms}R2 150

R3 150

R4 150

R5 150

V9 TD = {(Alpha*8.33m/180) + 1.4ms}

R7 150

R8 150

0

( V(%IN1)+V(%IN2) )

13

2

( V(%IN1)+V(%IN2) )

13

2

( V(%IN1)+V(%IN2) )

13

2

( V(%IN1)+V(%IN2) )

13

2

( V(%IN1)+V(%IN2) )

13

2

( V(%IN1)+V(%IN2) )

13

2

V5 TD = {(Alpha*8.33m/180) + 6.9ms}

V6 TD = {(Alpha*8.33m/180) + 9.7ms}

V7 TD = {(Alpha*8.33m/180) + 12.48ms}

V8 TD = {(Alpha*8.33m/180) + 15.2ms}

T1

T2

7

T4

T3

8

T6

T5

9

REF 10

Fuente: propia

42

Figura 35. Forma de onda del rectificador trifásico totalmente controlado con ángulo a 60º carga resistiva

Time

0s 2ms 4ms 6ms 8ms 10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20msV(7,X10:A) V(10,9) V(9,8) V(8,10)

-400V

0V

400VI(X7:G) I(X8:G) I(X9:G)

-50mA

0A

50mAI(X10:G) I(X11:G) I(X12:G)

-50mA

0A

50mA

SEL>>

Fuente: propia Figura 36. Forma de onda del rectificador trifásico totalmente controlado con ángulo a 90º carga inductiva

Time

0s 2ms 4ms 6ms 8ms 10ms 12ms 14ms 16ms 18ms 20msV(9,8) V(8,10) V(10,9) V(7,R1:1) I(X7:G) I(X8:G) I(X9:G) I(X10:G) I(X11:G) I(X12:G)

-300

-200

-100

-0

100

200

300

Fuente: propia

43

2. SELECCIÓN DE DISPOSITIVOS Y DISEÑO En este capítulo se realizará la selección del dispositivo de control y la realización del diseño, simulación e implementación del sistema para el buen funcionamiento del módulo.

2.1. ESPECIFICACIONES Y RESTRICCIONES Entre las especificaciones y restricciones puestas al trabajo por el director del proyecto tenemos:

� El módulo debe permitir configurar las siguientes topologías: -Rectificador monofásico controlado de media onda. -Rectificador monofásico semicontrolado. -Rectificador monofásico controlado de onda completa. -Rectificador trifásico controlado de media onda. -Rectificador trifásico semicontrolado. -Rectificador trifásico controlado de onda completa.

� El módulo debe tener como protecciones; un breaker de entrada,

fusibles en cada una de las fases, y circuitos de aislamiento óptico entre la Dspace y el circuito de control, ya que se pretende en un trabajo futuro implementar protecciones más acordes y adecuadas a la finalidad del sistema.

� El módulo debe operar a una tensión máxima de 220 Vrms para topologías trifásicas, 128 Vrms para topologías monofásica donde el voltaje DC de la salida en la carga son 514.4Vdc y cuya potencia es de 23148W para topología trifásica.

� El sistema debe quedar implementado en lazo abierto, pero debe tener salidas instantáneas de voltaje y corriente por lo que sensores de voltaje y corriente deben implementarse.

� Debe ser capaz de manejar cargas tanto como resistivas e inductivas (R y RL).

� Se debe trabajar con el módulo IRKT 91-12 que es el módulo SCR’s adquirido previamente en la universidad.

� Se usara como sensor de corriente el sensor AMP50 y de voltaje el amplificador operacional aislado AD210J.

44

� El módulo se debe adaptar a los paneles, soportes y conexiones establecidas en el laboratorio de electrónica de potencia.

� Trabajar con microcontroladores PIC18F452, PIC18F458 o ATMEL 89C51 que son los manejados por el estudiante y de inmediatamente consecución en el laboratorio, (stock del grupo de investigación).

� El sistema debe permitir operar desde un sistema autónomo ó mediante la DS1104 de Dspace.

� No se debe incluir rampa de arranque al sistema de disparo, ya que se pretende que sea elaborada según las necesidades específicas de cada carga.

� El aislamiento de la etapa de potencia y el circuito de disparo se realizara en una etapa de drive por medio de transformadores de pulso.

Se anota, que no se realizó selección del dispositi vo SCR ya que anteriormente se había trabajado con un módulo simi lar a este y el dispositivo ya había sido seleccionado y adquirido anteriormente, cumpliendo así con todas las necesidades requeridas para el diseño, por eso el dispositivo de conmutación a usar es el IRKT 91-12 (ver figura 2.45) que es un medio puente de tiristores encapsulado de 1200V a 95A el cual su corriente mínima de puerta para activarlo es de 80mA, su corriente de enganche es de 400mA y su corriente de sostenimient o de 200mA, cumpliendo así los requerimientos para el buen func ionamiento del módulo. Cabe anotar también que en esta parte del proyecto se tomaron diseños anteriormente realizados y en este capítulo principalmente lo que se hace es rediseñarlos y/o modificarlos para un funcionamiento más eficiente de los esquemas inicialmente desarrollados, por ende un buen funcionamiento del módulo de rectificación controlada.

2.2. DISEÑO HARDWARE Básicamente lo que muestra este capítulo es analizar los diseños desarrollados en los proyectos ya realizados anteriormente para optimizarlos si lo necesitan y realizar los diseños propios para garantizar el cumplimiento de los objetivos anteriormente planteados. Cabe anotar que algunas simulaciones realizadas y mostradas a continuación fueron diseñadas en los proyectos anteriormente nombrados, en el caso de los circuitos de detección de cruces y drives, con la diferencia de que estas simulaciones están organizadas por bloques jerárquicos, como también es apuntable que la programación cargada al

45

microcontrolador seleccionado y las boards usadas en este proyecto son de fuente propia. A continuación se mostrará una tabla comparativa donde se encuentra cada dispositivo nombrado y la descripción de los requerimientos a cumplir para el sistema de control del módulo. Cuadro 1. Selección de dispositivos

REQUERIMIENTOS DISPOSITIVO

PIC18LF458 PIC18F452 ATMEL 89C51

Costo (marzo de 2010) 27000$ 23000$ 10000$

Lenguaje de Programación C/ensamblador C/ensamblador ensamblador Vel de procesamiento por instrucción con un cristal de 20MHz 200uS 200uS 600uS

Capacidad de Memoria de programa FLASH: 32K FLASH: 32K 4K

Capacidad de Memoria de datos RAM: 1,5K, EPROM:

258 RAM: 1,5K, EPROM:

258 RAM: 128

# Interr. Externas 3 3 2

# de Temporizadores 4 4 3

Com. Serial si si si

Simulación (nivel de complejidad) facil (c compiler) facil (c compiler) Medio (Keil

uVision) A continuación se muestran la matriz de tamizaje donde se encuentran los requerimientos con un valor de 0.1 a 1 en su nivel de importancia (N.I) para el desarrollo eficiente del proyecto y de 1 a 10 si el cumplimiento del requerimiento ha sido satisfactorio (R.S). Cuadro 2. Matriz de tamizaje para selección de dispositivo de control REQUERIMIENTOS A CUMPLIR DISPOSITIVO PIC18LF458 PIC18F452 ATMEL 89C51

(N.I) (R.S) Resultado (R.S) Resultado (R.S) Resultado Costo 0,1 2 0,2 5 0,5 10 1 Lenguaje de Programación 1 10 10 10 10 1 1

Vel de procesamiento por instrucción con un cristal de 20MHz

1 8 8 8 8 6 6

Capacidad de Memoria de programa 0,6 8 4,8 8 4,8 4 2,4

Capacidad de Memoria de datos 0,6 9 5,4 9 5,4 5 3

# Interr. Externas 1 10 10 10 10 3 3

# de Temporizadores 1 10 10 10 10 10 10

Com. Serial 1 10 10 10 10 10 10 Simulación (nivel de complejidad) 0,3 6 1,8 6 1,8 3 0,9

TOTAL 60,2 60,5 37.3

46

Como podemos ver en la matriz de tamizaje la opción a usar es el microcontrolador PIC18F452 con un total de 60.5. A continuación se mostrara el esquema general en bloques del hardware a realizar para el funcionamiento del moduló (ver figura 37) . Figura 37. Diagrama de bloques general de hardware

Fuente: propia En la parte de simulación e implementación hay que tener en cuenta factores como en qué momento se dispara el SCR o en qué momento se encuentra la fase de la alimentación, para esto se usan: • Detector de cruces entre fases.

• Detector de cruces por cero.

47

2.2.1 Detector de cruces entre fases. Este circuito funciona como un sensor y se utiliza cuando se va a trabajar con la red trifásica. Básicamente lo que se hace es hacer una comparación entre las fases de la red para poder así indicar al sistema cuando se deben disparar los SCR´s. Esta comparación la hacemos por medio de amplificadores operacionales comparadores LM339 que toman una muestra de 12 voltios AC de la red trifásica, con un diodo zener conectado con su cátodo a la salida y una resistencia fijada a 5V conectada en paralelo con este, permitiendo así que el diodo solo conduzca a la carga cuando haya valores de tensión positivas a la salida de amplificador comparador, esto se hace con el fin de acondicionar y eliminar la componente negativa de la señal (ver figura 38 ) y así generar un tren de pulso correspondiente a los voltajes de fase respectivos a una frecuencia de 60 Hz y amplitud de 5 voltios DC (ver figura 39 ), sin embargo hay que tener en cuenta que el diodo Zener por sus características físicas (resistencia interna de estos) produce una caída de tensión de ruptura de fabricación por eso en la salida, la señal comparada no es estrictamente cero si no que tiene una pequeña competente negativa de tensión. Cabe anotar que en comparación al diseño realizado titulado “IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA MODULAR DE ENTRENAMIENTO EN RECTIFICADORES PARCIAL Y TOTALMENTE CONTROLADOS” por el ingeniero Lalo Omar Garces, cuya diferencia al implementar para este circuito, es que el diseño anteriormente realizado no implementaba un diodo Zener para evitar los cruces negativos a la salida de la comparación, sino que se usaba un diodo 1n4148 en el diseño (ver Anexo C figura A) en este caso (simulación) no permitía que los pulsos de detección que se envían al microcontrolador llegaran estrictamente al cero (ver Anexo C figura B) sino que partían de 1 voltio hasta 3 voltios por esta razón se decidió cambiarlo por un Zener tanto en el detector de cruces entre fases como en el detector de cruce por ceros.

48

Figura 38. Circuito detector de cruce entre fases

-15

-15

ab

ca

bc

GND

+15

-15

5VCC

+15

0

0

U1A

LM339

+5

-4

V+

3V

-12

OUT2

U4B

LM339

+7

-6

V+

3V

-12

OUT1

U4C

LM339

+9

-8

V+

3V

-12

OUT14

Va


Vc


Vb


0

V412Vdc

+15

0

V85Vdc

5VCC

-15

5VCC0

+15

5VCC

BC

CA

AB

BC

CA

AB

A0 a0

0

D16D1N4733

D17D1N4733

D18D1N4733

R4

470

R5

470

R6

470

V+

V-V+

V- V+

V-

V

V

V

5VCC

5VCCR1470

R2470

R3470

V512Vdc

Fuente: propia Figura 39. Tren de pulso generado a la fase correspondiente

Time

0s 4ms 8ms 12ms 16ms 20ms 24ms 28ms 32msV(detectorfase.Va:+,detectorfase:GND) V(detectorfase.U4C:-,detectorfase.Vc:-) V(detectorfase.U4C:+,detectorfase.Vb:-)

-20V

0V

20V

SEL>>

V(detectorfase:BC)-5.0V

0V

5.0VV(detectorfase.R6:2)

-5.0V

0V

5.0VV(detectorfase.R4:2)

-5.0V

0V

5.0V

Fuente: propia Después de comparar las fases y de generar el tren de pulsos hay que detectar los flancos de subida y bajada de estos, para así generar un nuevo tren de pulsos con un tiempo de aproximado de 500us de ancho por cada pulso (ver figura 40 ), que se envían al sistema de control en forma serial para que estos sean detectados como interrupciones externas en este por medio de compuertas lógicas OR 74HC32. Esto se logra con negadores 74ls14 para darle un retardo a la señal comparada, condensadores de 4.7uF para amplificar en combinación con los transistores 3904 y así detectar los flancos de subida y bajada de la señal comparada (ver figura 41 ).

49

Figu

ra 4

0. C

ircui

to p

ara

dete

ctar

flan

cos

de c

ruce

ent

re fa

ses

F

uent

e: p

ropi

a

U29A

74HC32

1

23

U29B

74HC32

4

56

bc

detectorf ase

detectorf asetri

ab

ca

bc

GND

5VCC

a0

U13A

74LS14

1 20

R2810k

0

R2910k

0

R3010k

5VCC

5VCC

C4

4.7u

C3

4.7u

R14220

U13B

74LS14

3 4

Q3

Q2N3904

U13C

74LS14

5 6

Q4

Q2N3904

U14B

74LS14

3 4

0

R1520k

R2710k

R16220

OR

R17220

R18220

R1920k

A_B

C_A

B_C

0

0

5VCC

U14C

74LS14

5 6

U15C

74LS14

5 6

R13220

U15D

74LS14

9 8

U15E

74LS14

11 10U16E

74LS14

11 10

U17E

74LS14

11 10

U18E

74LS14

11 10

C1

4.7u

C2

4.7u

R21220

C5

4.7u

C6

4.7u

U24E

74LS14

11 10

Q5

Q2N3904

Q6

Q2N3904

R2220k U25E

74LS14

11 10

R23220

A0

R24220

R25220

R2620k

0

0

U26E

74LS14

11 10

V

V

V

V

V

V5VCC

V

A_B

U27E

74LS14

11 10

Q1

Q2N3904

Q2

Q2N3904

C_A

R720k

R8220

ab

R9220

R10220

R1120k

B_C

0

0

ca

bc

5VCC

0

5VCC

U28A

74HC32

1

23

ab

U28B

74HC32

4

56

U28D

74HC32

12

1311

ca

50

Figura 41. Tren de pulso generado por flancos

Time

0s 4ms 8ms 12ms 16ms 20ms 24ms 28ms 32msV(OR)

0V

2.5V

5.0V

SEL>>

V(R29:2)-5.0V

0V

5.0VV(A_B)

-5.0V

0V

5.0VV(C_A)

-5.0V

0V

5.0VV(AB) V(CA) V(BC)

-5.0V

0V

5.0V

Fuente: propia

2.2.2 Detector de cruces por cero. El detector de cruce por cero se utiliza solo para las topologías monofásicas y su funcionamiento en general para crear el tren de pulsos de 500us es el mismo que el detector de cruce entre fases con la única diferencia de que la comparación inicial no se hace entre las tres fases de la red sino con una fase y neutro. Cabe indicar que para trabajar esta topología utilizaremos la fase A para conexiones futuras en el modulo (ver figura 42) . Figura 42. Circuito detector de cruce por cero

GND

bc

ca

ab

5VCC

Va


0

V412Vdc

+15

0

V85Vdc

-15

5VCC

5VCC

-15

U4D

LM339

+11

-10

V+

3V

-12

OUT13

0

5VCC0

+15

a0

R8

470

BC

CA

AB

A0 a0

0D19D1N4733R7

5k

V+

V

V-

V512Vdc

Fuente: propia

51

Figura 43. Tren de pulso generado a su única fase

Time

0s 4ms 8ms 12ms 16ms 20ms 24ms 28ms 32msV(detectorfase.A0)

-5.0V

0V

5.0VV(detectorfase.U4B:-,detectorfase.Va:-)

-20V

0V

20V

SEL>>

Fuente: propia Figura 44. Circuito para detectar flancos de cruce por cero

R20220

C7

4.7u

C8

4.7u

Q7

Q2N3904

Q8

Q2N3904

R3120k

R32220

R33220

R34220

R3520k

0

0

5VCC

5VCC

0

R3610k

A0

U19E

74LS14

11 10

U20E

74LS14

11 10

U21E

74LS14

11 10

U22E

74LS14

11 10

U23E

74LS14

11 10

detector de cruce por cero

V

U28C

74HC32

910 8

Fuente: notas de clase, curso de fundamentos de electrónica de potencia, profesor: JORGE TENORIO. Universidad Autónoma de Occidente Figura 45. Tren de pulso generado por flancos

Time

0s 4ms 8ms 12ms 16ms 20ms 24ms 28ms 32msV(detectorfase.A0) V(detectorfase.U4B:-,detectorfase:GND)

-20V

0V

20V

SEL>>

V(U28C:Y)0V

2.5V

5.0V

Fuente: propia

52

Figura 46. Esquemático general de los detectores de cruce

-15

-15

GND

bc

ca

ab

-15

+15

5VCC

+15

0

0

U1A

LM339

+5

-4

V+

3V

-12

OUT2

U4B

LM339

+7

-6

V+

3V

-12

OUT1

U4C

LM339

+9

-8

V+

3V

-12

OUT14

Va


Vc


Vb


0

V412Vdc

+15

0

V85Vdc

-15

5VCC

5VCC0

+15

5VCC

-15

U4D

LM339

+11

-10

V+

3V

-12

OUT13

BC

0

5VCC

0

CA

+15

a0

R8

470

AB

BC

CA

AB

A0 a0

0

D16D1N4733

D17D1N4733

D18D1N4733

R4

470

R5

470

R6

470

D19D1N4733R7

5k

5VCC

5VCCR1470

R2470

R3470

V512Vdc

Fuente: propia Figura 47. Esquemático general de los detectores de flancos

U24A

74LS14

1 2

U25A

74LS14

1 2

U26A

74LS14

1 2

U27A

74LS14

1 2

U28A

74LS14

1 2

U29A

74LS14

1 2U30A

74LS14

1 2

U31A

74LS14

1 2

U32A

74LS14

1 2

U33A

74LS14

1 2

U34A

74LS14

1 2

U35A

74LS14

1 2

U36A

74LS14

1 2U37A

74LS14

1 2

U38A

74LS14

1 2

U39A

74LS14

1 2U40A

74LS14

1 2

U41A

74LS14

1 2

U42A

74LS14

1 2

U43A

74LS14

1 2

U44A

74HC32

1

23

U45A

74HC32

1

23

U46A

74HC32

1

23

U47A

74HC32

1

23

U48A

74HC32

1

23

U49A

74HC32

1

23

bc

detectorf ase

detectorf asetri

ab

ca

bc

GND

5VCC

a0

0

R2810k

0

R2910k

0

R3010k

5VCC

5VCCR20220

C7

4.7u

C8

4.7u

Q7

Q2N3904

Q8

Q2N3904

R3120k

R32220

C4

4.7u

R33220

R34220

R3520k

0

0

5VCC

C3

4.7u

5VCC

0

R3610k

A0

R14220

Q3

Q2N3904

Q4

Q2N3904

0

R1520k

R2710k

R16220

OR

R17220

R18220

R1920k

A_B

C_A

B_C

0

0

5VCC

5VCC

R13220

C1

4.7u

C2

4.7u

R21220

C5

4.7u

C6

4.7u

Q5

Q2N3904

Q6

Q2N3904

R2220k

R23220

A0

R24220

R25220

R2620k

0

0

5VCC A_B

Q1

Q2N3904

Q2

Q2N3904

C_A

R720k

R8220

ab

R9220

R10220

R1120k

B_C

0

0

ca

bc

detector de cruce por cero

5VCC

0

5VCC

ab

ca

Fuente: propia

53

Para la implementación del circuito detector de cruces se realizaron las plaquetas con el software Eagle donde por un lado se encuentran las pistas del circuito (ver Figura 48 ) y por el otro los componentes a usar (ver Figura 49 ). Las líneas mostradas en la Figura 49 son un cableado que indica que va una pista en la parte de componentes (parte superior de la plaqueta) ya que no hubo la posibilidad de que esta pistas estuvieran donde se encuentran las azules (parte inferior de la plaqueta) sin que hubiera un contacto entre ellas. Figura 48. Board general realizada en Eagle para detector de cruces

Fuente: propia Figura 49. Componentes en Eagle para detector de cruces

Fuente: propia

54

Otro elemento importante es aquel que me acondiciona la señal de disparo a los tiristores para que la corriente de Gate sea la necesaria según las especificaciones del dispositivo SCR. Para esto se usa:

2.2.3 Drive de disparo para los SCR’s. Este circuito toma la señal producida por el microcontrolador y una señal portadora generada con un LM555 cuya frecuencia es mucho más alta (3KHz) la cual es generada para evitar la saturación del transformador de pulsos en los drives de los SCR’s que trabaja a altas frecuencias (ver figura 51) , estas dos señales se adhieren en una compuerta AND la cual se encarga de activar el transistor Q2N3904 en configuración Darlington con el TIP31 que acoplan impedancias y protegen la compuerta lógica, de tal manera de que cuando en la base del 3904 está en ON el transistor entra a trabajar en la zona de saturación y se cierra haciendo así que se active el TIP31 que también se cierra para que haya flujo de corriente a través del embobinado del transformador de pulsos que aísla la tierra del drive y la tierra del circuito de potencia para así proporcionar una corriente de GATE con los niveles suficientes (200mA) para activar el SCR (ver figura 50). Cabe anotar que a esta diseño realizado en los antecedentes no presento problemas en la simulación por ende se implemento el mismo diseño a excepción de la board realizada que es fuente propia. Figura 50. Circuito drive

0

R91.5Meg

0

D3

D1N4148

R3

4.7k

C1

0.1u

1

2

R81Meg

0

X2

2N1595

U11A

7408

1

23

V2

TD = 0

TF = 5nsPW = 4.16msPER = 16.67ms

V1 = 5

TR = 5ns

V2 = 0

0

V1

FREQ = 60VAMPL = 40VVOFF = 0

R110

2

L21mH

L1

1mH

V

V-

V+

V-

V+

V

V-

V+

V

Señal portadora de 3Khz

Señal proveniente del uC

Señal de disparo del SCR

K K1

COUPLING = 1

K_Linear

Señal de entrada al Drive

V4

TD = 0TF = 5nsPW = 0.0001PER = 0.0002

V1 = 5

TR = 5nsV2 = 0

0

D6

D1N4148

R21.2k

0

Q3

TIP31

R515

R6

22

R710K C3

0.1uD4

D1N4148

V3

12Vdc

01

Q14

Q2N3904

R106.8k

R11

330

Fuente: MORCILLO, LALO ÓMAR. Implementación de un Sistema Modular de Entrenamiento en Rectificadores Parcial y Totalmente Controlados

55

Figura 51. Señales producidas por el circuito drive en simulación

Time

5.00ms 10.00ms 15.00ms 20.00ms 25.00ms0.09ms 29.16msV(1,2)

-10V

0V

10VV(U11A:A)

0V

2.5V

5.0VV(V4:+)

0V

2.5V

5.0VV(U11A:Y)

0V

2.0V

4.0VV(R3:1,R8:2) V(2,R8:2)

-40V

0V

20V

MÓDULO DE RECTIFICACIÓN CONTROLADA E INTERFAZ CON LA ... · RECTIFICADOR MONOFÁSICO CONTROLADO...

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