UASLP
Facultad de Ingeniería
Área Mecánica y Eléctrica
Práctica #4
“Control de Fase en Corriente Alterna”
Ing. Mecatrónica
Electrónica Industrial A
Fecha de Realización: 21 de septiembre de 2015
Fecha de Entrega: 28 de septiembre de 2015
Luis Gerardo Rocha González
Instructor: Sergio Luis Hernández González
OBJETIVO
Aplicar los conocimientos adquiridos en la teoría con respecto al funcionamiento
del control de fase en CA mediante la utilización de los dispositivos
semiconductores de potencia.
INTRODUCCIÓN
En todas las prácticas pasadas se han visto y se han analizado los circuitos de
corriente rectificada para observar su comportamiento con la ayuda del
osciloscopio. Si recordamos los nombres de estos circuitos, podremos observar
una palabra clave de vital importancia: no controlados. Esto quiere decir que la
señal que se envíe desde la fuente hasta la carga no podrá ser controlada al
rectificarla, en otras palabras, toda la fase de los semiciclos positivos y/o negativos
llegará a la carga.
Existen otros semiconductores, con el principio de los diodos comunes, que sirven
para realizar lo mismo, con una diferencia importante: necesitan un circuito de
control que permita el paso de corriente. Estos semiconductores reciben el nombre
de tiristores. Entre los tiristores utilizados en la industria se encuentran los
siguientes:
 Rectificador Controlado de Silicio
 Tiristor GTO
 Diac
 Triac
Rectificador Controlado de Silicio
El SCR es un tipo de tiristor conformado por cuatro capas de material
semiconductor, con una estructura PNPN o NPNP. Posee tres conexiones: ánodo,
cátodo y gate (compuerta). La compuerta es la encargada de controlar el paso de
la corriente a través del ánodo al cátodo. El funcionamiento es prácticamente el de
un diodo semiconductor. La diferencia al diodo es que mientras no exista una
corriente de compuerta en el SCR, éste no permitirá el paso de corriente entre en
ánodo y el cátodo. En el instante en el que se aplique dicha corriente sobre el
tiristor, comenzará a conducir. Si se trabaja con corriente alterna, el tiristor se
desactiva en cada semiciclo negativo, y si se trabaja con corriente directa, se
necesita un circuito de bloque forzado.
Figura 4.1.- Símbolo y nombre de los pines de un SCR
La función de un SCR en los circuitos rectificadores de corriente es controlar la
fase de la señal de entrada que le llegará a la carga. Para esto, es necesario
contar con un pequeño circuito de disparo que active el SCR repetitivamente para
poder controlar la señal.
Figura 4.2.- Comparación de la señal de salida con la de entrada al utilizar un SCR en un
rectificador de media onda
DESARROLLO
Al no poder contar en el laboratorio al momento de realizar la práctica con el
equipo necesario, esta práctica se hará solamente con simulaciones y los
correspondientes cálculos para poder observar el comportamiento de las señales
tanto de entrada como el control del SCR.
MATERIAL Y EQUIPO

Software: Psim
PROCEDIMIENTO
Vin=24VRMS
RL=13Ω
α es variable en cada medición, para estos cálculos se hará con α=5°.
Rectificador de onda completa
𝑉𝑚 = VRMS √2 = 24√2 = 33.94𝑉 ≅ 34𝑉
1
sin(2𝛼)
1
sin(2.087)
𝑉𝑂𝑅𝑀𝑆 = 𝑉𝑚 √ [𝜋 − 𝛼 +
] = 34√ [𝜋 − .087 +
] = 33.53𝑉
𝜋
2
𝜋
2
𝐼𝑇𝑝𝑟𝑜𝑚 =
√2𝑉𝑚 [cos 𝛼 + 1] √2(34)[cos. 087 + 1]
=
= 1.173𝐴
2𝜋𝑅
2𝜋(13)
𝑉𝑜
33.53
𝐼𝑇𝑅𝑀𝑆 = 𝑅𝑀𝑆 =
= 2.57𝐴
𝑅
13
Figura 4.3.- Circuito simulado en PSim. Se utilizó un aproximado a lo que es un circuito de
control de pulsos para los disparos de las compuertas del SCR.
α
5
15
25
35
45
55
65
Vo
Itrms
33.9976061
33.9360903
33.7102905
33.2281477
32.4188697
31.2356423
29.6562775
2.61520047
2.61046848
2.59309927
2.55601136
2.49375921
2.40274172
2.28125212
Itprom
1.17509666
1.15727833
1.12218308
1.07087725
1.00491975
0.92631466
0.83745036
75
85
95
105
115
125
135
145
155
165
175
27.6825738
25.3388919
22.6702571
19.7401902
16.6284456
13.4288736
10.2477747
7.20348548
4.42903074
2.08369293
0.40345831
2.12942875
1.94914553
1.74386593
1.51847617
1.2791112
1.03299028
0.78829036
0.55411427
0.34069467
0.16028407
0.03103525
0.74102694
0.63997419
0.53736253
0.43630978
0.33988636
0.25102206
0.17241697
0.10645947
0.05515364
0.02005839
0.00224006
COMPRENSIÓN
1. ¿Qué aplicaciones tienen el control de fase de CA?
- Se utilizan mucho en circuitos de control de iluminación, es más fácil
controlar la cantidad de voltaje y corriente a través de las resistencias
por este medio
2. ¿Por qué los SCR son utilizados en este tipo de controladores?
- Son muy baratos y relativamente fáciles de utilizar, la única
complicación sería en realizar el circuito de control, el cual es
necesario en cualquier tiristor. El SCR es como un diodo que se
puede controlar.
3. ¿Qué otros dispositivos de potencia pueden ser utilizados en este
tipo de controladores?
- Otro tipo de tiristores, como los GTO, los Triac o los Diac.
CONCLUSIONES
Como se dijo al principio, en todas las prácticas hemos estado trabajando con
circuitos rectificadores no controlados, siempre utilizando toda la onda de entrada
para poder trabajar con las señales de voltaje. En este día entendimos el
funcionamiento de un tiristor y su gran utilidad. El poder controlar la fase con la
que se trabajará en la carga puede ayudar en muchas cosas, como en
interruptores que necesiten alta frecuencia de cambio o en aparatos e
instrumentos que necesitemos controlar rápidamente.
Los tiristores son herramientas que no conocíamos, y mucho menos sabíamos
trabajar con ellos. Conforme el laboratorio avance se trabajará más con este tipo
de semiconductores para poder implementarlos en la industria en caso de poder
hacerse.
ANEXOS
Simulaciones
α=5°
Figura 4.4.- Simulación. Rojo=Entrada; Azul=Salida; Verde y Naranja=Disparo; Morado=SCR
Con un α de 5° podemos apreciar que al inicio de la curva en la carga se vuelve
muy parecido a una recta como en un pulso. Las señales verdes y naranjas son
los pulsos de los circuitos de control, uno para el semicilo negativo y uno para el
positivo. En cuanto a la última gráfica, se muestra el voltaje que recibe el SCR.
Solamente se ve uno, puesto que agregar el voltaje del segundo SCR implica
perder un poco la apreciación correcta de las imágenes.
α=45°
Figura 4.5.- Simulación cambiando el ángulo a 45°
Con un α de 45° es muy notorio el impulso en la señal de la salida y del voltaje en
el SCR, entre mayor ángulo, menor voltaje en CD.
α=95°
Figura 4.6.- Simulación cambiando el ángulo a 95°
Con un α de 95° se podría esperar de la señal una parte muy reducida de la
misma. Ya no se parece mucho a lo que uno esperaría de una señal de corriente
directa rectificada.
α=175°
Figura 4.7.- Simulación cambiando el ángulo a 175°
El desfasamiento por el ángulo α también puede llegar a crear que la señal, al
acercarse a un ángulo de 180° se vea exactamente igual que en la señal sin
desfasamiento. Esto sucede porque se mueve la señal sólo pocos grados de la
original.