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Con este proyecto se logra una parte de reducción de costo y la mejora del aprovechamiento de los triacs, además beneficiará a todos los sectores que hacen uso y requieren hacer la implementación de circuitos pequeños de dispositivos electrónicos a menor costo, tanto en el campo, en el hogar, en pequeñas y medianas empresas y a nivel industrial. La implementación de este variador de velocidad, permitirá reducir la alta demanda de corriente que un motor monofásico genera al arranque.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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25 de junio de 2022 INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA DE POTENCIA ELT- INTRODUCCION. En nuestra ciudad que poco a poco incursiona en la investigación para formar una tecnología estable y competitiva, sobre todo que de marcha a un desarrollo regional y nacional. Claro está; el nivel de investigación y los conocimientos son dos puntos muy necesarios en la actualidad, y es donde las instituciones educativas como las universidades juegan un papel muy importante. Actualmente existen en el mercado diversos modelos de variadores de velocidad, estos se utilizan para que puedan operar según el requerimiento de la aplicación, sin embargo, no siempre se puede contar con ese tipo de tecnología. En este proyecto presentamos un método para modificar la velocidad de un motor de corriente alterna, el cual consiste en usar un circuito RC para cortar la señal de alimentación senoidal a intervalos periódicos por medio de un triac y de esta forma obtener diferentes potencias de suministro al motor. En el mercado existe una gran cantidad de variadores de velocidad los cuales en su mayoría funcionan modificando la frecuencia de oscilación y con esto varían la energía suministrada al motor. Esto los hace muy confiables, pero representan costos adicionales para su diseño, programación e implementación. El TRIAC es un componente electrónico semiconductor de tres terminales para controlar la corriente. Su nombre proviene del término Triode for Alternating Current = Triodo Para Corriente Alterna. Un triac se utiliza para controlar una carga de CA, esté es semejante a como un transistor se puede utilizar para controlar una carga de CC. En definitiva, es un interruptor electrónico, pero para corriente alterna. Los triac se utilizan en muchas ocasiones como alternativas al relé. Su funcionamiento básico es cerrar un contacto entre dos terminales (ánodo 1 y 2) para dejar pasar la corriente (corriente de salida) cuando se le aplica una pequeña corriente a otro terminal llamado "puerta" o Gate (corriente de activación). También se usará, un circuito RC que es un circuito eléctrico compuesto de resistencias y condensadores. La forma más simple de circuito RC es el circuito RC de primer orden, compuesto por una resistencia y un condensador. Los circuitos RC pueden usarse para filtrar una señal alterna, al bloquear ciertas frecuencias y dejar pasar otras. Los filtros RC más comunes son el filtro paso alto, filtro paso bajo, filtro paso banda, y el filtro de rechazo de banda. Entre las características de los circuitos RC está la de ser sistemas lineales e invariantes en el tiempo. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
25 de junio de 2022 INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA DE POTENCIA ELT- Tiristores de triodo bidireccional Un TRIAC puede conducir en ambas direcciones, y se usa normalmente para control por fase (por ejemplo, en controladores de ca). Se puede considerar como dos SCR conectados en antiparalelo con una conexión de compuerta común, como se ve en la figura 1 a). Las características - i se ven en la figura 1 c). Como un TRIAC es un dispositivo bidireccional, no se puede decir que sus terminales sean ánodo y cátodo. Si la terminal MT 2 es positiva con respecto a la terminal MT 1, el TRIAC se puede encender aplicando una señal positiva entre la compuerta G y la terminal MT 1. Si la terminal MT 2 es negativa con respecto a la terminal MT 1, se enciende aplicando una señal negativa entre la compuerta G y la terminal MT 1. No es necesario tener las dos polaridades de señal de compuerta, y un TRIAC se puede encender con una señal de compuerta que puede ser positiva o negativa. En la práctica, las sensibilidades varían de uno a otro cuadrante, y los TRIAC se suelen operar en el cuadrante I + (voltaje de compuerta y corriente de compuerta positivos), o en el cuadrante III- (voltaje y corriente de compuerta negativos). Figura 1.
25 de junio de 2022 INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA DE POTENCIA ELT- Tabla 1. Tabla 2. DISPARO RC El valor de la corriente de compuerta de los tiristores suele variar demasiado, esto se debe a que la estructura de los cristales de material semiconductor nunca puede ser idéntica de un dispositivo a otro. La diferencia entre las características eléctricas de la compuerta de los tiristores es aún mayor cuando los dispositivos manejan grandes corrientes y voltajes. Lo anterior implicaría que cada que se reemplace un tiristor en un circuito, se tendría que diseñar una red resistiva o una red Snubber. La forma más simple de solucionar el problema planteado es colocar una red de adelanto RC para lograr un disparo por voltaje y no por corriente. Para demostrar lo mencionado nos referiremos al siguiente circuito.
25 de junio de 2022 INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA DE POTENCIA ELT- Una de sus propiedades interesantes es la dirección de la rotación, esta se puede invertir, cambiado el sentido de las fases, con ello podemos tener control del motor. Su mejor operación ocurre a velocidades como 3.000 RPM revoluciones por minuto dado que la velocidad de este motor está en proporción directa con la corriente que circula a través de este, además su arranque lo hace con alto valor del par-motor, por ello se le utiliza en máquinas herramientas. Un motor eléctrico universal se compone de:
25 de junio de 2022 INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA DE POTENCIA ELT- de compuerta, así como las capacitancias internas de la compuertas o los efectos de la temperatura sobre estos dos valores, principalmente. Por lo anterior, se han diseñado redes que responden adecuadamente a la frecuencia de la línea y a valores de fase más o menos consistentes para las variaciones de los parámetros del tiristor. Con lo anterior, se usará la red de adelanto que se analiza y que corresponde al circuito de disparo, en donde se proponen valores para R desde 47k hasta poco más de 1M, y C ha sido definido con un valor de 0.1μF. Existe, un solo valor que se desconoce para el montaje del circuito: la resistencia de carga. Sin embargo, para la simulación del proyecto se usará un valor de 160 ohms para la resistencia equivalente de la lámpara incandescente de 100W. Bajo las condiciones descritas, puede calcularse el ángulo de disparo mínimo y máximo, mediante las ecuaciones siguientes: Por lo que, para los valores propuestos en la figura, la fase de adelanto (y el ángulo de disparo) está dado por: θmin =−arctan( 2 π ∙ 50 ∙ ( 47 k + 160 ) ∙ 0.1 μ )=−55.982 ° θ m ax =−arctan ( 2 π ∙ 50 ∙ ( 47 k + 1 44 + 100 k ) ∙ 0.1 μ )=−77.794 ° En la práctica estos valores se mejoraron mediante el ajuste de la resistencia de límite RV1, alcanzando ángulos de disparo de hasta 90º.
25 de junio de 2022 INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA DE POTENCIA ELT- El circuito usado para la simulación se muestra en la figura 6. Debe recordarse que han sido modificados los parámetros del TRIAC de tal manera que estén dentro del rango del TRIAC usado (BTA16-600B); así mismo, se incluye la red Snubber. Para la simulación de la red, se usó el circuito de la figura. Figura 6: Circuito para la simulación de la red RC
25 de junio de 2022 INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA DE POTENCIA ELT- Figura 7: Forma de onda para red, de valor mínimo del ángulo Figura 8: Forma de onda para red, de valor máximo del ángulo
25 de junio de 2022 INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA DE POTENCIA ELT- ANALISIS DE RESULTADOS. Muchos de estos circuitos reguladores de potencia tienen un punto de encendido y apagado que no coinciden. Esta característica haría que este circuito no funcione como se espera y es un comportamiento común en los TRIACS. Al fenómeno de encendido – apagado en diferentes puntos se le llama “histéresis” y para corregir este problema se incluye en el circuito las resistencias R1, R2 y el condensador C1. El conjunto resistencia R3 y condensador C3 se utiliza para filtrar picos transitorios de alto voltaje que pudieran aparecer. Otro conjunto de elementos está compuesto por el potenciómetro P1 y el condensador C2, y estos son los componentes mínimos necesarios para que el triac sea disparado.
25 de junio de 2022 INGENIERIA ELECTRICA ELECTRONICA DE POTENCIA ELT- A1 es el terminal superior del TRIAC A2 es el terminal inferior del TRIAC GATE (compuerta) es el terminal que se conecta a la unión de los componentes R2, C2, P1. El triac controla el paso de la corriente alterna a la carga conmutando entre los estados de conducción (pasa corriente) y corte (no pasa corriente) durante los semiciclos negativos y positivos de la señal de alimentación (110/220 VAC), que es la señal de corriente alterna que viene por el tomacorriente de nuestras casas. Hay que aclarar que el condensador en un circuito de corriente alterna (como este) tiene su voltaje atrasado con respecto a la señal original. Cambiando el valor del potenciómetro, se modifica la razón de carga del condensador, el atraso que tiene y por ende el desfase con la señal alterna original. Esto permite que se pueda tener control sobre la cantidad de corriente que pasa a la carga y así la potencia que, en esta, se va a consumir. El potenciómetro y el capacitor 2 son utilizados para que el TRIAC sea disparado, ya que éste controla el paso de la corriente alterna a la carga conmutando entre los estados de conducción (activación de carga) y de corte (desactivación de la carga) durante los semiciclos negativos y positivos de la señal de alimentación (110/220 VAC) y la señal de corriente alterna. El capacitor en un circuito de corriente alterna tiene su voltaje atrasado con respecto a la señal de entrada. Cambiando el valor del potenciómetro se modifica la razón de carga del capacitor, el atraso que tiene y por ende el desfase con la señal alterna de entrada. Esto permite que se pueda tener el control sobre la cantidad de corriente que pase a la carga y así la potencia que, en esta, se va a consumir. CONCLUSIONES.
