Laboratorio electronica de potencia

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    30-Jun-2015

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<p>Electrnica de Potencia:</p> <p>Laboratorio</p> <p>Alexander Bueno Montilla Universidad Simn Bolvar Departamento de Tecnologa IndustrialEnero 2008</p> <p>Captulo 1</p> <p>Laboratorio de Electrnica Industrial1.1. Objetivo:La ejecucin del Laboratorio de Electrnica Industrial permitir al estudiante de Tecnologa Elctrica y Electrnica consolidar de forma prctica sus conocimientos tericos sobre los distintos puentes convertidores de potencia analizados durante el curso de Electrnica Industrial (TI - 3113). Adicionalmente conocer algunas de las aplicaciones de los autmatas programables P. L. C. , los cuales son utilizados en el control y supervisin de procesos industriales y con un mayor auge en el control de mquinas elctricas. Logrando as la Formacin Bsica para un desempeo profesional satisfactorio en est rea de alta demanda en la Industria de Manufactura Nacional.</p> <p>1.2.</p> <p>Estructuracin del curso:1: Puente Recticador de Media Onda. 2: Puente Recticador Monofsico y Trifsico. 3: Puentes Recticadores De Media Onda Controlado Y Controlador AC - AC. 4: Fuentes por Conmutacin o Chopper. 5: Inversores. 6: Control de Velocidad de Motores Elctricos de Campo Rotante. 7: Calidad de Servicio Elctrico. 8: Autmatas Programables P.L.C. 9: Prctica Especial.</p> <p>PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA PRACTICA1.3.</p> <p>Evaluacin:</p> <p>Cada una de las secciones de prctica se evaluara de la siguiente forma:</p> <p>Preinforme Laboratorio Informe</p> <p>25 % 50 %</p> <p>25 %</p> <p>1</p> <p>CAPTULO 1.</p> <p>LABORATORIO DE ELECTRNICA INDUSTRIAL</p> <p>2</p> <p>1.4.</p> <p>Notas:Mantenga el circuito conectado slo para realizar mediciones. No Conecte el circuito sin autorizacin del Profesor o Preparador. Se prohibe el uso de prendas metlicas en el laboratorio. El estudiante que no entregue el prelaboratorio no podr realizar la prctica. La prdida de una prctica injusticada signica la prdida del laboratorio en su totalidad.</p> <p>Captulo 2</p> <p>PRACTICA 1: Puentes Recticadores de Media Onda2.1. Material a utilizar:Diodo 1N4007 Bobina de</p> <p>223mH</p> <p>y</p> <p>60.y</p> <p>Resistencia de</p> <p>1k, 10 k</p> <p>2k.o de papel)</p> <p>Condensadores de</p> <p>0,1y 0,01F (Cermico</p> <p>2.2.</p> <p>Prelaboratorio:Analice el funcionamiento, importancia, esquema y aplicacin de los circuitos auxiliares de conmutacin o snubber dentro de la electrnica de potencia. Contenido armnico y factor de distorsin de tensiones y corrientes para los diferentes Snubber. Investigue y disee un circuito de disparo para el puente recticador de media onda controlado. Para el puente recticador de media onda no controlado de la gura 2.1. Calcule analticamente:</p> <p>ngulo de extincin de la corriente. Valor medio y ecaz de la corriente y tensin sobre la carga. Factor de distorsin armnica y rizado de la tensin y corriente.</p> <p>Para el puente recticador de media onda no controlado con diodo de descarga libre de la gura 2.2. Calcule analticamente:</p> <p>Valor medio y ecaz de la corriente y tensin sobre la carga. Factor de distorsin armnica y rizado de la tensin y corriente.</p> <p>Evale las perdidas elctricas sobre los diodos del circuito de la gura 2.1 y 2.2. Adicionalmente, verique sus especicaciones trmicas. Especique los instrumentos a utilizar en el laboratorio y el protocolo de medicin a utilizar durante la actividad practica.</p> <p>3</p> <p>CAPTULO 2.</p> <p>PRACTICA 1: PUENTES RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA</p> <p>4</p> <p>2.3.</p> <p>Laboratorio:</p> <p>Realice el montaje del circuito de la gura 2.1 y 2.2. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Adquiera con el osciloscopio las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga. Determine el ngulo de extincin de la corriente. Compare las formas de onda y valores medios y efectivos de tensin y corriente para el circuito de la gura 2.1, al utilizar o no el circuito snubber con dos resistencias distintas. Obtenga la forma de onda en rgimen transitorio y permanente del puente recticador no controlado de media onda con diodo de descarga libre. Adicionalmente, evale el tiempo necesario para que el circuito alcance el rgimen permanente, en funcin de la constante de tiempo de la carga. Determine el contenido armnico introducido al sistema de potencia por los recticadores de la gura 2.1 y 2.2. Alimente los circuitos de la gura 2.1 y 2.2 con el variac del mesn al 25 % , 50 % y 75 % de la tensin nominal y adquiera las formas de onda de tensin y corriente. Utilice el mejor de los snubber para esta parte</p> <p>2.4.</p> <p>Informe:Compare los resultados tericos y experimentales. Compare las formas de onda obtenidas de tensin y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. Analice, compare y discuta los resultados obtenidos. Estime al inductancia de dispersin del variac para</p> <p>25 %, 50 %</p> <p>y</p> <p>75 %</p> <p>de la tensin nominal.</p> <p>El contenido armnico de la fuente se afecta por el uso o no del circuito auxiliar de conmutacin.</p> <p>2.5.</p> <p>Montajes sugeridos para el laboratorio</p> <p>Figura 2.1: Puente recticador no controlado de media onda</p> <p>CAPTULO 2.</p> <p>PRACTICA 1: PUENTES RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA</p> <p>5</p> <p>Figura 2.2: Puente recticador de media onda con diodo de descarga libre</p> <p>Captulo 3</p> <p>PRACTICA 2: Puentes Recticadores Monofsicos y Trifsicos3.1. Material a utilizar:Diodo 1N4007 Bobina de</p> <p>223mH 1k</p> <p>y y</p> <p>60 2k.</p> <p>Resistencia de Resistencia de</p> <p>120 0,1F</p> <p>Condensador de</p> <p>3.2.</p> <p>Prelaboratorio:Analice los puentes convertidores en condicin continuada y no continuada a nivel de forma de onda, contenido armnico y factor de distorsin. Investigue sobre el efecto de la inductancia de fuente sobre los puente recticadores y su impacto a nivel de contenido armnico. Para el puente recticador monofsico de la gura 3.1. Calcule para la carga RL y la resistencia de</p> <p>120: Valor medio y ecaz de la corriente y tensin sobre la carga. Factor de distorsin armnica y rizado de la tensin y corriente. Valor mnimo de la corriente en rgimen permanente.</p> <p>Para el puente recticador trifsico de la gura 3.2. Calcule para la carga RL y la resistencia de</p> <p>120:</p> <p>Valor medio y ecaz de la corriente y tensin sobre la carga. Factor de distorsin armnica y rizado de la tensin y corriente. Valor mnimo de la corriente en rgimen permanente.</p> <p>Evale las perdidas elctricas sobre los diodos del circuito y verique sus especicaciones trmicas, para todas las condiciones de operacin anteriores. Especique los instrumentos a utilizar en el laboratorio y el protocolo de medicin a utilizar durante la actividad practica. Estime la cada de tensin para ambos recticadores si se utiliza el variac del laboratorio a 25 % , 50 % y 75 % de la tensin nominal con carga RL.</p> <p>6</p> <p>CAPTULO 3.</p> <p>PRACTICA 2: PUENTES RECTIFICADORES MONOFSICOS Y TRIFSICOS</p> <p>7</p> <p>3.3.</p> <p>Laboratorio:Realice el montaje del circuito de la gura 3.1. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Dibuje las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga y lnea monofsica. Sustituya la resistencia de</p> <p>120</p> <p>por la bobina y repita la experiencia.</p> <p>Realice el montaje del circuito de la gura 3.2. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Dibuje las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga y la lnea trifsica. Sustituya la resistencia por tres bobinas o conecte una bobina en serie con la resistencia de</p> <p>120</p> <p>y repita la experiencia.</p> <p>Obtenga la forma de onda en rgimen transitorio y permanente del puente recticador monofsico y trifsico. Adicionalmente, evale el tiempo necesario para que el circuito alcance el rgimen permanente en funcin de la constante de tiempo de la carga. Repita la experiencia de los puntos anteriores alimentando el puente recticador a travs de un variac monofsico o trifsico segn el caso para 25 % , 50 % y 75 % de la tensin nominal y evalu la mueca producida. Evalu el contenido armnico en el sistema de potencia y a la entrada del recticador monofsico y trifsico, para todas las condiciones de operacin estudiadas en la prctica.</p> <p>3.4.</p> <p>Informe:Compare los resultados tericos y experimentales. Compare las formas de onda obtenidas de tensin y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. Analice y discuta los resultados obtenidos.</p> <p>3.5.</p> <p>Montajes Sugeridos</p> <p>Figura 3.1: Puente Recticador no Controlado Monofsico</p> <p>Figura 3.2: Puente Recticador no Controlado Trifsico</p> <p>Captulo 4</p> <p>PRACTICA 3: Puentes Recticadores de Media Onda Controlado y Controlador AC - AC4.1. Material a utilizar:Tiristor C -106 Bombillo de Diac. Bobina de Triac</p> <p>60W .</p> <p>223mH .</p> <p>3Amp 1k 0,1Fde papel o cermico.</p> <p>Resistencia de</p> <p>Condensador de</p> <p>4.2.</p> <p>Prelaboratorio:Explique brevemente el funcionamiento del Diac y S.C.R. Investigue las caractersticas de los disponibles en el almacn y como probarlo en el laboratorio. Explique el funcionamiento del circuito de la gura 4.1 y realice los clculos de las resistencias y capacitancia para obtener un ngulo de disparo de A. Analice la posibilidad de conectar en el puente en vez de un tiristor, un triac o dos tiristores en antiparalelo. Realice los clculos de ngulo de apagado si se conecta el circuito de la gura 4.1, con una carga resistiva inductiva, con un ngulo de encendido de</p> <p>38</p> <p>y</p> <p>110.</p> <p>Utilice como ejemplo de clculo el anexo</p> <p>38</p> <p>y</p> <p>110.</p> <p>Evale las perdidas elctricas sobre el tiristor del circuito y verique sus especicaciones trmicas. Realice los clculos de tensin y corriente tanto media, como efectiva para el puente recticador de media onda controlado y controlador AC - AC con ambos ngulos de disparo, alimentando la carga resistiva inductiva del laboratorio. Especique los instrumentos a utilizar en el laboratorio y el protocolo de medicin a utilizar durante la actividad practica.</p> <p>8</p> <p>CAPTULO 4. PRACTICA 3: PUENTES RECTIFICADORES DE MEDIA ONDA CONTROLADO Y CONTROLADOR</p> <p>4.3.</p> <p>Laboratorio:Realice el montaje del circuito de la gura 4.1, con un bombillo como carga. Verique el ngulo de disparo de la componente. Dibuje las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga. Invierta la posicin del tiristor y verique la operacin del puente. Coloque el circuito snubber y repita la experiencia para ambos ngulos de disparo. Coloque la bobina y verique los ngulos de disparo. Dibuje las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga. Obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados. Invierta la posicin del tiristor y verique la operacin del puente. Coloque el circuito snubber y repita la experiencia para ambos ngulos de disparo. Coloque un Triac al circuito de la gura 4.1 y obtenga el valor de la corriente y voltaje medio y efectivo con los instrumentos adecuados para ambas cargas (Bombillo y Bobina). Dibuje las formas de onda de la tensin y corriente sobre la carga. Coloque el circuito snubber y repita la experiencia para ambos ngulos de disparo. Determine el contenido armnico en el sistema de potencia para cada una de las topologas del circuito, cargas y ngulos de disparos estudiados.</p> <p>4.4.</p> <p>Informe:Compare los resultados tericos y experimentales. Compare las formas de onda obtenidas de tensin y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. Explique el efecto de cada componente del circuito de disparo sobre el valor de de alfa puede suministrar al tiristor este circuito de disparo. Explique por que el circuito de disparo no funciona igual cuando se invierte la posicin del tiristor. Investigue sobre otros circuitos de disparo para tiristores y triac. Analice y discuta los resultados.</p> <p>.</p> <p>y entre que valores</p> <p>4.5.</p> <p>Montajes Sugeridos</p> <p>Figura 4.1: Puente recticador de media onda controlado</p> <p>Captulo 5</p> <p>PRACTICA 4: FUENTES POR CONMUTACIN O CHOPPER5.1. Material a utilizar:Fuente de tensin DC. LM 555 Transistor ECG 130 / ECG 186 IC 74LS123 Diodo 1N4004 o 1N4007 Bobina de Filtro: Bobina de</p> <p>223mH .</p> <p>0,06mH .</p> <p>(Fabricada por usted) Electroltico de por lo menos</p> <p>Condensador de</p> <p>2200F</p> <p>16V .</p> <p>5.2.</p> <p>Prelaboratorio:Analice el efecto del ltro LC sobre las formas de onda y mediciones elctricas. Investigue sobre el clculo de la frecuencia de corte de los ltros pasa bajos y sus diferentes topologas. Investigue la operacin del LM 555 y como se ajusta la frecuencia de operacin Explique el funcionamiento y operacin del circuito de la gura 5.2. Disee el circuito de control del chopper de la gura 5.2, a partir de un LM555 ajustado a un ciclo de trabajo del del chopper entre un</p> <p>1 kHz con 50 % y un monoestable TTL 74LS123 que permita variar la razn de conduccin 30 % y un 90 %</p> <p>Evale las prdidas elctricas sobre el Transistor del circuito (Bloqueo, Conduccin y Conmutacin) y verique sus especicaciones de potencia. Calcule el valor de las componentes adicionales del circuito y la frecuencia de corte del ltro. Disee y construya la bobina de</p> <p>0,06mH</p> <p>10</p> <p>CAPTULO 5.</p> <p>PRACTICA 4: FUENTES POR CONMUTACIN O CHOPPER</p> <p>11</p> <p>Recuerde que la inductancia se calcula como:</p> <p>L = N 2 =</p> <p>N2</p> <p>=</p> <p>N 2 0 r AT l</p> <p>(5.1)</p> <p>Para un solenoide de ncleo de aire como el de la gura 5.1 , se puede calcular la inductancia como:</p> <p>L=donde:</p> <p>0,395 N 2 r2 H l</p> <p>(5.2)</p> <p>l</p> <p>y</p> <p>r</p> <p>estn dadas en</p> <p>cm.</p> <p>Figura 5.1: Solenoide con ncleo de aire</p> <p>5.3.</p> <p>Laboratorio:Verique la operatividad de su diseo en el circuito de control del chopper Realice el montaje del circuito de la gura 5.2. Verique el rizado de la tensin sobre la carga con el ltro pasa bajo y sin este. Dibuje la forma de tensin y corriente en la carga para un rango de razones de conduccin.</p> <p>5.4.</p> <p>Informe:Compare los resultados tericos y experimentales. Compare las formas de onda obtenidas de tensin y corriente sobre la carga, con respecto a las presentadas en clase. Compare los resultados de utilizar en el chopper un ltro pasa bajos o no. Comente las ventajas y desventajas del circuito de disparo propuesto.</p> <p>CAPTULO 5.</p> <p>PRACTICA 4: FUENTES POR CONMUTACIN O CHOPPER</p> <p>12</p> <p>5.5.</p> <p>Montajes Sugeridos</p> <p>Figura 5.2: Fuente por conmutacin o chopper a transistores</p> <p>Captulo 6</p> <p>PRACTICA 5: INVERSORES6.1. Material a utilizar:Transistor: ECG 123 Transistor: ECG 159 Diodo 1N4004 / 1N4007 Compuerta TTL LS7404 Resistencias de LM 555</p> <p>1 k</p> <p>y</p> <p>2 k</p> <p>6.2.</p> <p>Prelaboratorio:Estudie la teora del inversor monofsico de dos y cuatro interruptores. Estudie la utilizacin del transistor como interruptor y su especicacin por prdidas. Explique el impacto de la variacin del ndice de modulacin de amplitud y frecuencia en el control de inversores desde el punto de vista de: valor efectivo de la fundamental de tensin y espectro armnico de la tensin. Explique el funcionamiento del inversor tipo puente H de la gura 6.1 (en detalle). Nota</p> <p>R1,8 = 2 K,</p> <p>R2,3,4,5,6,7 = 1 k, T1,3,4,5,6,8 = ECG123ciones de potencia.</p> <p>y</p> <p>T2,7 = ECG159</p> <p>Evale las perdidas elctricas sobre los Transistores principales del circuito y verique sus especica-</p> <p>Plantee las modicaciones del circuito para sustituir l...</p>