SCR control fase potencia


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scr control de faseSCR control fase potencia, en este caso  se comentará el uso del  tiristor scr en el control de la fase de una fuente de corriente alterna, esto consiste en recortar la señal alterna, que es una onda senoidal, en algún punto de su forma de onda.

Cuando la forma de onda de la tensión alterna, cae sobre una carga en forma completa, esto es sin ningún tipo de recorte, sobre la carga aparece una corriente, con lo cual se genera potencia sobre la carga; si de alguna manera se recorta la forma de onda de la tensión alterna, esto es lo mismo que decir se controla la fase, como se ve en la imagen por ejemplo, sobre la carga ya no aparecerá la misma cantidad de corriente que aparecía cuando sobre la carga caía la tensión alterna completa, por lo que tampoco se generará sobre la carga la misma potencia, entonces mediante el control de fase se controlará la cantidad de potencia que genera una carga conectada a una fuente de corriente alterna; de aquí que muchas veces se utilicen en forma indiferente los términos control de fase o control de potencia, en este caso aquí se le llamará control fase potencia y como esta tarea lo realizará el tiristor SCR, se le llamará SCR control fase potencia.

😎 Cabe mencionar que la intención en esta publicación solo es complementar los estudios que se siguen sobre este tema en alguna escuela especializada, se recomienda además la lectura de libros especializados en el tema ya que el control de fase de la corriente alterna es un tema muy amplio y corresponde a la especialidad de electrónica de potencia, por lo que es muy importante tener conocimientos de electricidad y electrónica, ademas de que las pruebas a realizar sean hechas en un laboratorio adecuado y con supervición.

La siguiente es la imagen del circuito utilizado para comentar como el SCR control fase potencia trabaja, es similar al circuito utilizado para ejemplo realizado en el tema anterior sobre el tiristor SCR en alterna, a este circuito se le ha añadido una resistencia SCR control fase potenciavariable RV tal como se puede apreciar, será mediante esta resistencia variable que se logrará  el control de fase con el tiristor SCR.

R es para limitar la corriente a través de la compuerta del SCR, el diodo es para proteger la compuerta del SCR de la parte negativa de la corriente alterna que le llegará mediante este circuito, RL es la carga sobre la cual circulará la corriente alterna cuando el SCR se active, generando una tensión VRL sobre la carga, será la forma de onda de esta tensión la que se controlará mediante el SCR control fase potencia.

La corriente IL tiene que ser menor que la corriente máxima que puede soportar el SCR entre su ánodo y su cátodo cuando este entre en conducción o se active, este valor se puede encontrar en la hoja de datos de tiristor SCR que se utilice como IRMS , por ejemplo para el SCR 2N5061 será de 800mA,

En el circuito del SCR control fase potencia, para realizar el cálculo de la resistencia R que limitará la corriente que llegue a la compuerta y que a su vez garantice que el tiristor SCR se activará, y para calcular el valor de la resistencia variable Rv que ayudará a utilizar el SCR control fase potencia, se considerará la rama formada por R y Rv como si no estuviera conectada a la compuerta mediante el diodo, ya que la corriente de activación IGT es muy pequeña comparada con la corriente máxima que puede llegar a ser, por ejemplo para el 2N5061 este se activa con 3uA como se vio en el apartado anterior y la corriente máxima IGT que garantiza que el 2N5061 se activará según su hoja de datos es de 200uA, por lo que se puede considerar que R y Rv forman un divisor de tensión.

Para los cálculos la corriente que circulará por R y Rv se hará que sea igual a la corriente de activación máxima IGT que garantice que el SCR se activará, por ejemplo para el 2N5061 será de 200uA.

Ademas entre la compuerta G y el cátodo K tendrá que caer la tensión de activación VGT, la cual se obtendrá de la hoja de datos del tiristor SCR utilizado, por ejemplo para el 2N5061 será 0,8V, también sobre el diodo de protección caerá una tensión de activación que normalmente para los cálculos se asume como 0,7V, por lo que en el pin la resistencia variable que va conectado al diodo (normalmente el pin central), tendrá que caer una tensión mínima de  VRv=VGT+VD.

Por lo tanto tendrá que cumplirse la relación de un divisor de tensión:

VRv=(RV)*(VS)/(R+RV)  con la condición que VRv mínimo será igual a  VRv=VGT+VD mínimo necesario para activar el SCR, VRV se elige mayor a este valor para poder garantizar que entre la compuerta y el cátodo caerá la tensión de activación adecuada.

Como VRv se conocerá y como la corriente máxima que circulará a través de RV será igual a IGT, con estos valores se puede hallar el valor de Rv necesario aplicando la ley de Ohm

Rv=VRv/IGT

Luego de la ecuación del divisor de tensión al reemplazar Rv y conociendo la tensión de la fuente de alterna VS se despeja el valor de R, de donde:

R=(RV*VS/VRv)-Rv

Conocidos los valores de R y Rv adecuados ya se puede armar el circuito para el uso del SCR control fase potencia.

Al utilizar el SCR control fase potencia mediante el circuito que se ha presentado, todas las corriente y las tensiones que se ven en la imagen superior serán senoidales, además de estar en fase ya que en este ejemplo no hay capacitancias ni inductancias, la intención de este ejemplo es ver como se comporta el SCR control fase potencia.

scr control fase potencia formas de onda xEn el circuito cuando la onda senoidal de la fuente de alterna VS pase por 0 el tiristor SCR control fase potencia estará apagado o desactivado o abierto ya que se le puede considerar como un interruptor abierto, por lo que la tensión entre el ánodo y el cátodo VAK será la tensión VS de la fuente de alterna.

Cuando la parte de Rv que dará tensión al diodo es 0 entonces VD+VGT=0 y el SCR no se activará, al aumentar el valor de Rv poco a poco sobre Rv empezará a caer tensión alterna, esta misma tensión será la tensión que caiga sobre VD+VGT y mientras no llegue a  la VD+VGT mínima el SCR no se activará y no habrá SCR control fase potencia; es lo que ocurre por ejemplo con la señal en color celeste como se ve en la imagen.

Al seguir aumentando el valor de Rv, llegará un momento que la tensión sobre VD+VGT sea el mínimo necesario para que el SCR se encienda o active o se cierre, como es el caso de la señal color naranja, por lo que a partir de ese momento la tensión entre el ánodo y el cátodo VAK será la tensión que le corresponde cuando el  SCR se cierra, esto en la hoja de datos se puede encontrar como VTM, cuando el tiristor SCR control fase potencia se cierra, sobre la carga RL comenzará a circular una corriente IL, dando origen a una tensión  sobre la carga VRL con la forma de onda que tendrá VS a partir del momento que el SCR se cerró, como se puede ver en la forma de onda naranja en el gráfico correspondiente a VRL que en gráfico aparece como VL, a partir de este momento ya se empezará a realizar el control de fase mediante el SCR control fase potencia.

Cuando el SCR control fase potencia se ha cerrado VS seguirá aumentando de valor hasta alcanzar su valor pico y luego comenzará a disminuir su valor, la tensión VL sobre la carga RL irá tomando la forma de onda de VS, cuando VL disminuya también lo hará IL y cuando IL se haga menor que la corriente de mantenimiento IH, el tiristor SCR control fase potencia se apagará y volverá a caer entre el ánodo y el cátodo la forma de la onda seno de VS.

En la forma de onda de VL se puede ver que le falta la parte de la tensión VTM que es lo que cae sobre el tiristor SCR control fase potencia cuando este se cierra o activa.

Si se sigue aumentando el valor de Rv, sobre VD+VGT caerán diferentes valores de tensión como por ejemplo la tensión representada en color lila, en este caso ocurre que la tensión mínima VD+VGT para activar el SCR se alcanza antes que con la tensión representada en color naranja, por lo  que el SCR se activa antes y a partir de ese momento la tensión entre el ánodo y el cátodo VAK será la tensión que le corresponde cuando el  SCR control fase potencia se cierra, esto en la hoja de datos se puede encontrar como VTM, cuando el tiristor SCR control fase potencia se cierra, sobre la carga RL comenzará a circular una corriente IL, dando origen a una tensión sobre la carga VRL con la forma de onda que tendrá VS a partir del momento que el SCR se cerró, como se puede ver en la forma de onda de color lila en el gráfico correspondiente a VRL que en gráfico aparece como VL, se ve entonces que al variar el valor de Rv se va variando la forma de onda sobre la carga, con recortes en diferentes  puntos de la forma de onda, por lo que ya se está realizando el control de fase mediante el SCR control fase potencia, el proceso continuará luego tal como se comento para el caso de la señal naranja.

Esto mismo que se ha comentado hasta aquí es lo que ocurrirá al seguir aumentando el valor de Rv, ocurrirá que la VD+VGT mínima se alcanzará antes, como es el caso de la tensión alterna representada en color rojo, y como consecuencia el SCR se activará antes y luego el proceso seguirá tal como se a comentado para la señal de color lila.

SCR control fase potencia ángulosDe esta manera es como se consigue el control de fase con el SCR control fase potencia mediante el uso de una resistencia variable, lo que se hace como se ha visto es que lograr que la tensión VD+VGT mínima necesaria para activar el SCR se alcance antes conforme se va aumentado la tensión sobre Rv, al momento en que se activa el SCR control fase potencia se le conoce como ángulo de disparo y a partir de ese momento se le conoce como ángulo de conducción.

Es muy importante tener en cuenta que mediante este proceso solo se puede controlar la fase desde casi 0º hasta los 90º, si se quiere controlar hasta los 180º lo mejor es utilizar microcontroladores.

En el canal de Youtube de MrElberni se han publicado cuatro vídeos para comprender justamente el control de fase con el uso del tiristor SCR control de fase potencia, los vídeos son:

SCR control fase potencia funcionamiento

En este primer vídeo se ve como se logra el control de fase con el SCR control fase potencia, se prepara un circuito similar al presentado lineas arriba, del cual se calculan los valores de las resistencias a utilizar con la ayuda de la hoja de datos del tiristor SCR 2N5061 que es el utilizado para el ejemplo, se comenta como es que se obtienen las formas de onda vistas, los resultados son luego comprobados mediante observaciones en el osciloscopio.

SCR control fase potencia de una bombilla 12VAC

En el siguiente vídeo publicado en el canal de Youtube de MrElberni, se realiza un ejemplo del SCR control fase potencia para una bombilla de 12VAC, el circuito utilizado es el mismo que se ha utilizado en el vídeo anterior, solo que e este caso en lugar de RL se utiliza una bombilla de 12VAC, se realizan los cálculos necesarios para los valores de R y Rv, el tiristor SCR control fase potencia utilizado para este vídeo es el tiristor SCR BT151-800R, al realizar el control de fase potencia en este caso se verá como se controla la luminosidad de una bombilla de 35W a 12VCA, en las pruebas se puede ver como varía la intensidad luminosa de la bombilla, los resultados son vistos en el osciloscopio, el  vídeo es el siguiente:

SCR control fase potencia de una bombilla 230VAC

En el siguiente vídeo publicado en el canal de Youtube de MrElberni, se realiza un ejemplo del SCR control fase potencia para una bombilla de 230VAC, el circuito utilizado es el mismo que se ha utilizado en el vídeo anterior, solo que e este caso en lugar de RL se utiliza una bombilla de 230VAC, se realizan los cálculos necesarios para los valores de R y Rv, el tiristor SCR control fase potencia utilizado para este vídeo es el tiristor SCR MCR 100-8 al realizar el control de fase potencia en este caso se verá como se controla la luminosidad de una bombilla de 25W a 230VCA, en las pruebas se puede ver como varía la intensidad luminosa de la bombilla, los resultados son vistos en el osciloscopio, el  vídeo es el siguiente:

SCR control de fase potencia por desfazamiento.

En el siguiente vídeo publicado en el canal de Youtube de MrElberni, se realiza un ejemplo del SCR control fase potencia mediante un tiristor scr, un condensador y una resistencia variable, se comenta sobre la forma en que responde el circuito utilizando gráficos, en ellos se ve la forma en que al aprovechar el desfase que existe entre la corriente y la tensión en un condensador en alterna, se logra también realizar el SCR control de fase potencia, en el vídeo podrás ver el esquema utilizado así como los cálculos realizados para obtener los valores adecuados de las resistencias y del condensador utilizado, se ve como ocurre el control de fase con un tiristor scr en la realidad mediante el osciloscopio y una bombilla.

Si he logrado ayudarte en cuanto a la utilización del SCR control fase potencia, comparte este enlace para poder ayudar a muchas personas mas. Muchas Gracias.

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