manual de practicas de electronica de potencia

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MMMMMMMMAAAAAAAANNNNNNNNUUUUUUUUAAAAAAAALLLLLLLL DDDDDDDDEEEEEEEE

PPPPPPPPRRRRRRRRÁÁÁÁÁÁÁÁCCCCCCCCTTTTTTTTIIIIIIIICCCCCCCCAAAAAAAASSSSSSSS

ELECTRONICA DE POTENCIA

INGENIERÍA MECATRÓNICA

Universidad Politécnica de Zacatecas

´´Manual de

Asesor

Elaboro:

Fresnillo, Zac. A

Universidad Politécnica de Zacatecas

Ingeniería Mecatrónica

nual de prácticas de ELECTRONICA DE POTENCIA

Asesor: M.C. Felipe Espinoza Ramirez.

Elaboro: Felipe Espinoza Ramírez

Fresnillo, Zac. A Lunes 1 de Marzo del 2010.

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prácticas de ELECTRONICA DE POTENCIA´´

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Manual de

prácticas de

electrónica de

potencia.

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INDICE.

A. Introducción 5

B. Notas sobre seguridad y funcionamiento 6

C. Practicas 7

1. - Dispositivos de disparo y control 7

2. - Curvas características de los transistores de potencia 9

3. - Tiristores 11

4. - Circuito de control de potencia con SCR (cargador de baterías, luces de emergencia, alarmas) 13

5. - Aplicaciones del TRIAC 16

6. - Simulación de circuitos rectificadores 19

7. - Circuitos rectificadores monofásicos y trifásicos 24

8. - Circuitos de conversión de CC a CC 28

9. - Controlador de tensión trifásica para cargas R-L 31

D. Bibliografía 32

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INTRODUCCIÓN.

Este manual formara parte de la enseñanza de la materia de Electronica de Potencia. El manual contiene

ejercicios de nivel básico y nivel avanzado para practicas de Electronica de Potencia. Las practicas estan

diseñadas para que el alumno aplique lo aprendido en el aula con componentes reales.

Las prácticas están diseñadas para trabajar con el siguiente equipo:

- Simulacion por computadora con software simulacion

-Mesas de trabajo del laboratorio de electronica

- Circuitos y componentes electonicos de potencia.

-Microcontroladores

-PLC

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ANTES DE REALIZAR CUALQUIER PRACTICA TOMAR EN CUENTA LAS SIGUIENTES

RECOMENDACIONES.

NOTAS SOBRE SEGURIDAD Y FUNCIONAMIENTO EN LA REALIZACIÓN DE LAS PRÁCTICAS DE NEUMÁTICA.

En atención a su propia seguridad, debería de tomarse en cuenta lo siguiente:

-El voltaje a utilizar en sus practicas será de 120 v de corriente alterna por lo que se debe tener mucho cuidado

al hacer las conexiones.

- No conectar en la etapa de control el voltaje de la etapa de carga.

- El voltaje que se va a utilizar en la etapa de control puede dañarnos físicamente o causar un corto circuito en

el circuito eléctrico del laboratorio, por lo que no se debe conectar esta etapa hasta haber realizado todas las

conexiones.

- Desconectar el circuito antes de hacer cualquier modificación al mismo, ya sea en la etapa de potencia como

en la de control.

- Revisar en la datasheet del fabricante que el compoenete de potencia que tenemos soporte el voltaje y

corriente que queremos controlar.

- Utilizar el equipo correcto al hacer las mediciones.

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DESARROLLO DE PRÁCTICA

Fecha:

Nombre de la asignatura:

Electrónica de Potencia

Nombre: Dispositivos de disparo y control

Número :

1

Duración (horas) :

5

Resultado de aprendizaje:

El alumno aplicará elementos de excitación y control de potencia mediante dispositivos de estado sólido y electromecánicos

Justificación

Sector o subsector para el desarrollo de la práctica:

Actividades a desarrollar: Aplicar el circuito de excitación adecuado. Implementar un circuito mediante relevadores. Implementar una etapa de excitación aislada mediante optoacopladores y/o relevador. Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica:

EP: Circuito de interfase con optoacoplador y/o relevador ED: considera las especificaciones técnicas de los dispositivos EP: circuito interruptor de potencia con relevador

DESARROLLO DESARROLLO DESARROLLO DESARROLLO DE PRACTICADE PRACTICADE PRACTICADE PRACTICA

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Descripción: Observaremos el uso y conexión del opto acoplador y el relevador para ser usados como aisladores entre la etapa de control y potencia.

Secuencia: 1. Polarizar el optoacoplador 2. Inyectarle un pulso a la entrada del optoacoplador por medio de un switch. 3. Conectarle un visualizador a la salida(LED) 4. Hacer la coneccion del relevador, y continuar con los pasos 2 y 3. Material necesario: Relevador Optoacoplador Switch LED Mesas de laboratorio. Esquema: Debido a que al entrar a esta asignatura los alumnos ya llevaron la materia de electrónica analógica. Ya no se les da un diagrama de conexión, puesto que la idea con esta práctica es que ellos vean que lo que aprendieron en la otra asignatura también se aplica en esta práctica. Ellos deberán descargar la datasheet de los dispositivos y distinguir entre la parte de potencia y la parte de baja potencia o control. Solo se les indica que el opto acoplador es un arreglo de un LED y un Transistor y que el relevador es un arreglo de switchs activados por una bobina. Conclusiones: El alumno es capaz de hacer las conecciones y polarizaciones necesarias para el uso de estos componentes como aisladores entre la etapa de potencia y la de control.

9

Fecha:



Nombre: Curvas características de los transistores de potencia

Número :

2

Duración (horas) :

3


El alumno analizará los transistores de potencia

Justificación


Actividades a desarrollar: Familiarizarse con los diferentes tipos de transistores de potencia y sus encapsulados. Interpretar de forma correcta la hoja de datos del transistor y sus especificaciones.

Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica:

ED: considera las especificaciones técnicas de los dispositivos para obtener las curvas características ED: obtiene de manera correcta los valores nominales de tensión y corriente para cada transistor de potencia Descripción: Obtendremos las curvas características del transistor por medio de simulación y elaboración del circuito físico.

DESARROLLO DE PRACTICADESARROLLO DE PRACTICADESARROLLO DE PRACTICADESARROLLO DE PRACTICA

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Secuencia: 1. Simular el circuito que se encuentra en la parte de esquema. 2. Obtener sus curvas características colocándole un osciloscopio entre colector-emisor,

además medir el voltaje y la corriente en la base. 3. Armar el circuito en su protoboard y obtener las curvas características y medirle voltaje y

corriente en la base. 4. El foco nos indica cuando el transistor ya se encuentra en la zona de saturación.

Material necesario:

cantidad material N de parte N de identificación

1 PC con simulador 1 Transistor de potencia 1 Protoboard Mesa de trabajo Material para elaborar el circuito

Esquema:

Conclusiones: El alumno observa las diferentes regiones en las que trabaja el transistor, región activa y región de saturación, y observa como al llegar a la región de saturación el transistor se comporta como un interruptor.

11

Fecha:



Nombre: Tiristores

Número :

3

Duración (horas) :

2


EL alumno analizará los tiristores como dispositivos de potencia

Justificación


Actividades a desarrollar: Familiarizarse con los distintos tipos de tiristores. Interpreta las diferentes aplicaciones de los tiristores Evaluar las propiedades del tiristor frente a otros dispositivos de estado sólido en manejo de altas potencias. Evidencia a generar en el desarrollo de la práctica:

ED: considera las especificaciones técnicas de los dispositivos EP: Circuito funcionando en simulación EP: Circuito de potencia diseñado con tiristores


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Descripción: Revisar físicamente la diferencia entre los diferentes tiristores y revisar el datasheet del fabricante para cada uno de los tiristores y comparar cada uno de los parámetros vistos en clase con los que nos ofrece el fabricante.

Secuencia: 1. Revisar físicamente cada uno de nuestros tiristores. 2. Revisar los datos que tiene el fabricante en su datasheet

Material necesario:

cantidad material N de parte N de identificación PC Tiristores diferentes

Esquema: Conclusiones: El alumno es capaz de encontrar la información necesaria para poder hacer buen uso de los diferentes tiristores y entiende lo que quiere decir cada parámetro que nos ofrece el fabricante.

13

Fecha:



Nombre: Circuito de control de potencia con SCR (cargador de baterías, luces de emergencia, alarmas)

Número :

4

Duración (horas) :

6


El alumno analizará la operación y aplicación de los SCR como dispositivos de control de potencia

Justificación


Actividades a desarrollar: Implementar un sistema de conversión de corriente alterna a corriente continua mediante SCRs.

Implementar un circuito de control para SCRs mediante control cosenoidal.

Familiarizarse con el manejo de la corriente alterna (120VCA) con sus debidas precauciones.


EP: Formas de onda de entrada en la carga de los circuitos de control de potencia mediante SCR ED: interpreta parámetros eléctricos de los SCR ED: Descripción del funcionamiento de los circuitos SCR EP: circuito de control de potencia con SCR EP: Reporte técnico de la práctica


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Descripción: Elaborar el circuito propuesto en el esquema y observar las señales a la entrada y la salida de nuestro circuito.

Secuencia: 1. Realizar el circuito propuesto en el esquema 2. Inyectarle voltaje de 120 alterno y observar el voltaje que nos entrega a la salida por medio de un osciloscopio 3. 4. Material necesario: cantidad material N de parte N de identificación

1 SCR Resistencias Mesa de laboratorio Protoboard

Esquema:

15

Conclusiones: El alumno aprende a disparar un SCR por medio de control en la compuerta(fig. 2) y rectificar un voltaje AC con SCR(fig. 1).

Fig. 1

Fig. 2

16

Fecha:



Nombre: Aplicaciones del TRIAC

Número :

5

Duración (horas) :

4


El alumno analizará la operación y aplicación de los TRIACS como dispositivos de control de potencia de corriente alterna

Justificación


Actividades a desarrollar: Control de iluminación con TRIACs.

Aplicación del TRIAC como actuador en corriente alterna.


EP: Curvas características EP: Parámetros eléctricos obtenidos mediante la simulación y la experimentación


17

Descripción: Realizar el circuito propuesto en el esquema para el control de iluminación por medio del TRIAC. El circuito propuesto es conocido como DIMMER.

Secuencia: 1. Elaborar el circuito propuesto en esquema. 2. Conectar el circuito a la salida de CA. 3. Variar el potenciómetro y observar lo que pasa con la intensidad luminosa del foco. 4. Variar la resistencia hasta que el foco de la máxima ilumniacion, desconectar de la corriente y medir la resistencia del potenciómetro. 5. Volver a conectar a la CA y variar el potenciómetro hasta que el foco se apague, desconectar de la corriente y medir la resistencia del potenciómetro. 6. Medir el voltaje en la carga y en la compuerta. Material necesario:

cantidad material N de parte N de identificación

1 Triac 1 Diac 1 Capacitor Resistencia 1 Potenciómetro 1 Foco

Esquema:

18

Conclusiones: El alumno conoce la forma de disparar un TRIAC y observa como se puede mantener disparado el mismo con un pulso constante en la compuerta.

19

Fecha:



Nombre: Simulación de circuitos rectificadores

Número :

6

Duración (horas) :

4


El alumno interpretará el funcionamiento de los circuitos de rectificación de señales de ca a cd

Justificación


Actividades a desarrollar: Simular mediante software (tyna, multisim, etc.) los circuitos rectificadores con sus diferentes topologías.

Obtener las graficas en simulación de corrientes y voltajes del circuito implementado (formas de onda de voltaje de entrada, voltaje de salida, corrientes, señal de disparo, etc).


EP: Análisis del resultado de la simulación del circuito de rectificación monofásico ED: aplica sus conocimientos sobre tiristores


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Descripción: Realizar la simulación de los diferentes tipos de rectificadores de potencia, como son los monofásicos media onda y onda completa, con uno o dos diodos o en puente y los trifásicos.

Secuencia: 1. Simular los circuitos en la PC.

21

Material necesario:

cantidad Material N de parte N de identificación

PC Simulador

Esquema:

Rectificador monofásico con carga RL

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Rectificador trifásico en puente con carga RL.

23

Rectificador monofásico controlado con SCR

24

Fecha:



Nombre: Circuitos rectificadores monofásicos y trifásicos

Número :

7

Duración (horas) :

4


El alumno interpretará el funcionamiento de los circuitos de rectificación de señales de ca a cd

Justificación


Actividades a desarrollar: Interpreta los circuitos de rectificación mediante diodos y SCRs obteniendo las mediciones correctas, valores promedio, rms, potencia, para diferentes tipos de cargas R, y RL.

Implementa circuitos rectificadores de potencia con diodos y SCRs de medio puente, puente completo y trifásicos.


EP: Circuito de rectificación monofásico controlado por fase Descripción: Secuencia: 1. Hacer la conexión del primer circuito rectificador propuesto en esquema y ver en el osciloscopio la forma de onda de entrada y de salida y hacer lo mismo con los demás.


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Material necesario: cantidad material N de parte N de identificación

Diodos de potencia SCR Resistencias Protoboard Osciloscopio

Esquema:


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Rectificador trifásico en puente con carga RL.

27

Rectificador monofásico controlado con SCR

Conclusiones: El alumno conoce y comprende la implementación y uso de los rectificadores de ca a cd.

28

Fecha:



Nombre: Circuitos de conversión de CC a CC

Número :

8

Duración (horas) :

11


El alumno interpretará el funcionamiento de los circuitos de conversión de señales de corriente directa a corriente directa y a corriente alterna y aplica la técnica de modulación por ancho de pulso PWM

Justificación


Actividades a desarrollar: Implementar un circuito de conversión de corriente directa a corriente directa en base a la topología reductora (buck).

Implementar un circuito de conversión de corriente directa a corriente directa en base a la topología elevadora (boost).

Implementar la técnica de control PWM con circuito integrado SG3525.


EP: circuito de conversión de CC a CC EP: circuito de modulación por ancho de pulso


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Descripción: Implementar el circuito de bajada de la figura 1 del area de esquema, observar que pasa con el voltaje en la salida cuando solo se utiliza el interruptor. Cambiar el interruptor por un tiristor, dispararlo a diferentes frecuencias y observar como es el voltaje en la salida en las diferentes frecuencias. Implementar el circuito de subida de la fig 2 y observar la salida. Secuencia:

1. Implementar el circuito con un interruptor. 2. Medir el voltaje de la salida. 3. Cambiar el interruptor por un tiristor y dispararlo a una frecuencia constante. 4. Medir el voltaje de salida. 5. Cambiar la frecuencia de disparo del tiristor. 6. Medir el voltaje a la salida 7. Implementar el circuito de subida de la fig 2. 8. Medir voltaje de salida.


1 Interruptor Tiristores diferentes 4 SCR Resistencias Diodos Capacitores Mesa de trabajo

Esquema:

FIG. 1

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Conclusiones: El alumno analizara el uso de los tiristores como interruptor y además observara como reducir y elevar el voltaje de dc.

FIG. 2

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Fecha:



Nombre: controlador de tensión trifásica para cargas R-L

Número :

9

Duración (horas) :

11


El alumno controlará la velocidad de motores de inducción

Justificación


Actividades a desarrollar: Implementación de un inversor trifásico mediante MOSFETs

Implementar en el inversor la técnica de modulación PWM senoidal (SPWM).


EP: Sistema de control de velocidad de motores implantado con circuitos de electrónica de potencia

Descripción: Secuencia:


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Esquema:

Conclusiones:

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BIBLIOGRAFÍA. Electronica de Potencia

Muhamad Rashid

manual de practicas de electronica de potencia

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