Carrera: electrnica e instrumentacin Control electrnico de potencia Control de fase y arrancador suave Nombres: Caicedo Jhonathan Castillo Daniel Zambrano xavier Abril - agosto2015 Contenido TEMA:.................................................................................................................................................3 OBJETIVOS:.........................................................................................................................................3 General...........................................................................................................................................3 Especficos ......................................................................................................................................3 RESUMEN ...........................................................................................................................................3 ABSTRACT ..........................................................................................................................................3 MARCO TERICO ...............................................................................................................................4 IMPLEMENTACION .............................................................................................................................6 MATERIALES ...................................................................................................................................6 EQUIPOS .........................................................................................................................................6 PROCEDIMIENTO ............................................................................................................................6 FORMAS DE ONDA .........................................................................................................................9 CARGA RESISTIVA .......................................................................................................................9 CARGA INDUCTIVA ...................................................................................................................10 ANLISIS DE RESULTADOS ................................................................................................................12 CONCLUSIONES ................................................................................................................................13 RECOMENDACIONES ........................................................................................................................13 BIBLIOGRAFA. ..................................................................................................................................14 UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMANDAS CONTROL ELECTRONICO DE POTENCIA INFORME TEMA: DISEOEIMPLEMENTACIONDEUNCONTROLDEFASEDIRECTAY ARRANCADOR SUAVE PARA CONTROLAR LA POTENCIA ENTREGADA A DIFERENTES CARGAS. OBJETIVOS: General Disear e implementar un control de fase directay arrancador suave para controlar la potencia entregadaa diferentes cargas. Especficos Investigar el funcionamiento de los conversores AC/AC haciendo nfasis en el de control de fase directo. Investigaracercadelostiristoresparaseleccionareladecuadoparanuestro control. Analizarelcomportamientodelcircuitocondiferentestiposdecargacomo resistiva, inductiva resistiva e inductiva pura al variar su ngulo de disparo. Realizar las pruebas y anlisis de los resultados de la implementacin conlas cargasresistivaeinductivaconelcontroldelngulode disparo. RESUMEN Los conversores estticos de energa nos permiten variar la potenciaentregada a una carga de forma simple usando una pequea cantidad de potencia. Porlo queeneste trabajosepretenderealizarelestudioeimplementacindeun control del ngulo dedisparoparalocualserealizauncontroldefasedirecto.Elcomportamientodel circuito vara dependiendo las caractersticas dela carga, por lo que requerimos de un arranque suave, que no es otra cosa queun circuito que reduce el exceso de corriente durante el arranque inicial. ABSTRACT Thestaticpowerconvertersallowustovarythepowerdeliveredtoaloadof simplyusingasmallamountofpower.Themainadvantageofusing these converters is that we can control variables such as speed, temperature etc. Soin thispaperistoconductthestudyandimplementationofafiringanglecontrol and soft starting of an engine for which a direct phase control is performed. MARCO TERICO CONVERSORES AC/AC Estos conversores permiten controlar la cantidad de potencia que se entrega auna doelvalorRMS delvoltajeAC,perosinllegara modificar el flujodeenerga. Para latransferenciadepotencia,normalmentelostiristoressoncontroladosdedos formas. 1.Control de abrir y cerrar.- Los tiristores permiten el paso de unos cuantos ciclos del voltaje AC, desde la fuente hacia la carga e interrumpe otroscuantos ciclos. 2. Control de ngulo fase.- Los tiristores permiten el paso de una ciertacantidad de voltaje AC, desde la fuente hacia la carga en cada semiciclo. Las aplicaciones ms comunes de ste tipo de conversores son: Calentamiento industrial (control de temperatura) Control de intensidad luminosa en lmparas incandescentes Accionamiento de motores de CA Arranque suave de motores de induccin Compensacin de energa reactiva Control de transformadores. Tanto los conversores monofsicos como los trifsicos pueden ser controladosde manera unidireccional (media onda) o bidireccional (onda completa). Dependiendo de la potencia a entregar, estos conversores pueden dividirse en: Control de fase directo Control de fase inverso Control de fase simtrico Control de fase diferencial Control por ciclo integral Troceador AC Elcontroldefasepuedeimplementarsecondispositivoscomo:dosSCRsen antiparalelo, un TRIAC, dos GTOs, transistores. CONTROL DE FASE DIRECTO ParaimplementarelcontroldefasedirectosepuedehacerusodeunTRIACen aplicaciones de baja potencia, en cuanto que para potencias ms elevadas se utilizan dosSCRsenantiparalelo.Paralasdosaplicacioneselflujodepotencia hacia la carga es controlado variando el ngulo de disparo ( ), entre 0 y 180. CARACTERISTICAS DEL CONTROL DE FASE Permite control continuo de potencia Sencillo de implementar Apagado por conmutacin natural Produce ruido de alta frecuencia (radio frecuencia) Ondas con un alto contenido armnico Figura 1 (a) Circuito y (b) Forma de onda del control de fase directo Imagen tomada de: (Jami & Rivera, 2009) EnlaFigura1anteriorseobservaqueeltiristorT1empiezaaconducirluegodeun retardo dedisparo del ngulo()enelsemiciclopositivoy harlo mismoa travs deT2 en el semiciclo negativo. ARRANCADOR SUAVE LosArrancadoresSuavessondispositivosestticosdearranquesdesarrolladospara acelerar, para desacelerar y para proteger los motores de induccin trifsicos a travsdel control de la tensin aplicada en el motor. (Editores Online, s.f.) Unarranquesuaveesuntrminoquedescribelaelectrnicaencualquiercircuitoque reduce el exceso de corriente durante el encendido inicial. El arrancador se usa para iniciar o detener un motor, decrementando o incrementandola formadeondadevoltaje,porlotanto,reduciendolatensindecadafasedeunmotory aumentandogradualmenteelvoltajehastaqueelmotorselevantaaplenovoltaje/ velocidad a una frecuencia fija. Es similar a una resistencia primaria o primaria reactancia de arranque, ya que est en serie con la alimentacin del motor. Elperfildelaumentodelatensindependedelaaplicacin.Latensinsereduceyse controla por rectificadores controlados de silicio-back-to-back "(SCR), que son un tipode tiristordealtavelocidad.Unarrancadortomaellugardeuncontactorytambinpuede tomar el lugar de un rel de sobrecarga en una aplicacin de motor estndar de partida. IMPLEMENTACION MATERIALES 2 PIC16f877a 1 LCD 2 Osciladores de 4[MHz] Resistencias Varias 1 Potencimetro 1 Protoboard 1 Switch 1 Pulsador 2 Optotriac MOC3011 (1) 2 SCR TIC106D (2) 1 Capacitor 2200[F] Cables MotorUn transformador Un foco incandescente EQUIPOS Osciloscopio Voltmetro Fuente de poder PROCEDIMIENTO 1. Realizar la simulacin del diseo en el software Proteus 2.Proveertodoslosmaterialesdescritosanteriormenteparapoderarmarel siguiente diseo. 3.Generar el cdigo para nuestros controladores que en este caso son dos pics 16f877a 4. Importar los .hex a los microcontroladores 5. Armar la parte de control y potencia de nuestro diseo 6. Probar el control de fase directa con una carga resistiva (foco incandescente), y una carga inductiva (motor). DATOS:

= 110

= 1.5 =

= 110 1.5 = 73.33 Corriente eficaz de un tiristor (

)

2= 12 2 (2 sin ())2

2= 2 22 2[ ( sin ())2

]

2= 22 2[ sin22] Donde: = = .

2= 11022 73.332[ 0 sin 2(0)2]

2=1.125

=1.06 Corriente promedio de un tiristor (

)

= 12 2 sin()

= 2 2 (cos + 1) Donde: = = .

= 2 1102 73.33(cos 0 +1)

=0.675 Voltaje pico inverso:

=2 =2 (110)

=155.56 PARAMETRODATO CALCULADOTIC106D

[]1.06 5

[]0.6753.2

[]155.56400 Figura 2. Diagrama esquemtico del circuito FORMAS DE ONDA CARGA RESISTIVA 90 Formas de Onda de Voltaje y Corrienteen una carga resistiva, donde la forma de onda de color amarillo es la onda de voltaje y la forma de onda de colore celeste es la forma de onda de corriente. 45 Formas de Onda de Voltaje y Corrienteen una carga resistiva, donde la forma de onda de color amarillo es la onda de voltaje y la forma de onda de colore celeste es la forma de onda de corriente. CARGA RESISTIVA-INDUCTIVA 45 Formas de Onda de Voltaje y Corrienteen una carga inductiva- resistiva, donde la forma de onda de color amarillo es la onda de voltaje y la forma de onda de colore celeste es la forma de onda de corriente 90 Formas de Onda de Voltaje y Corrienteen una carga inductiva- resistiva, donde la forma de onda de color amarillo es la onda de voltaje y la forma de onda de colore celeste es la forma de onda de corriente Se realiz comparaciones entre los resultados obtenidos en la simulacin y en la prctica real IMGENES DEL CIRCUITO ARMADO ANLISIS DE RESULTADOS El disparo de los SCRs se har mediante el control del potencimetro enmodo decontroldefasedirecto,quenospermitemanipularelngulodedisparocon esto se podr observar la forma de onda en la carga en el osciloscopio. Elcontroldelarranquesuaveutilizalamismaentradadelpotencimetropara manipular el tiempo de arranque, para ocupar esta funcin solo debemos cambiar el modo mediante el switch tal y como se muestra en la siguiente ilustracin. Figura 3. Cambio de modo en el circuito Mediante el control de fase variar en ngulo de disparo, 180 representa unmotor apagado y 0 grados representa un arranque total. CONCLUSIONES El conversor AC/AC en su configuracin para control de fase directa genera armnicos puesto que la seal resultante no es una seal sinusoidal pura. Con el ngulo de disparo podemos aumentar la potencia en una carga elctrica la misma que puede ser resistiva, inductiva o resistiva-inductiva. En180seobtieneelnivelmsbajodevoltajemientrasqueen0elms alto nivel de intensidad de voltaje. Unodelosproblemasdelaimplementacinfuelautilizacindeun microcontroladorloqueocasionaqueeltiempodemuestreonosea suficientementerpidoparadetectarelcruceporceroynoseobserve apreciablemente en la carga. Para cargas puramente resistivas, el control diseado puede trabajar con ngulos pequeos o grandes sin perder el control. Con cargas puramente resistivas la corriente almacenada en la bobina es mayor que el caso anterior por lo que alrededor de 90 grados se pierde el control del sistema. Se ha comprobado que por ms que se utilice una carga inductiva esta no es pura, est acompaada de carga resistiva. Se determin que el tiristor adecuado para realizar esta prctica son los scrs los mismos que ayudan al control en los dos semiciclos y no se disparansolos como es en el caso de los triacs. Para trabajar con conversores AC/AC lo ptimo es trabajar con transformadores de pulso, para as por sus caractersticas poder tener un control de 180 grados. RECOMENDACIONES Realizar una previa simulacin de la implementacin del circuito para conocer los resultados a los cuales queremos llegar. Para los circuitos de potencia no usar Triacs ya que estos se pueden disparar con corrientes falsas, es recomendable usar SCRs para controlar el disparo de los dos sentidos independientemente. Investigar los temas relacionados con el trabajo en fuentes confiables para evitar errores en la adquisicin del conocimiento de los temas afines al proyecto. Recordar que se debe aislar la tierra de potencia y la tierra de bajo voltaje para evitar que los dispositivos asociados al circuito se quemen. Serecomiendautilizarunvisualizadorparadeestemodosaberculesson los valores de los parmetros que se estn controlando, es decir el ngulo de disparo, corriente y otros BIBLIOGRAFA. Hart, Daniel W. (2001). Electrnica de Potencia. (2a Edicin) Madrid: PEARSON EDUCACIN, S.A. Rashid, Muhammad. H. (1993). Electrnica de Potencia, Circuito, Dispositivos y Aplicaciones. (3a Edicin). Mxico: PEARSON EDUCACIN, S.A. Pgs. 172-178 Editores Online. (s.f.). Obtenido de http://www.editores- srl.com.ar/revistas/ie/228/arrancadores_suaves Jami, S., & Rivera, J. (2009). Obtenido de http://repositorio.espe.edu.ec/bitstream/21000/4367/1/M-ESPEL-0014.pdf LINK DEL VIDEO DEMOSTRATIVO DEL PROYECTO: https://www.youtube.com/watch?v=EZuTM7jrspE