Control de potencia mediante SCR

RCS

El rectificador controlado por silicio o SCR es un dispositivo de 3 pines que tiene tres terminales básicos: ánodo, cátodo y rejilla. El terminal de puerta es el terminal de control para aplicar el voltaje de ánodo-cátodo. El silicio se usa generalmente debido a su baja corriente de fuga. La polaridad de los voltajes aplicados al cátodo y al ánodo decide si el dispositivo tiene polarización directa o inversa y el voltaje de puerta decide la conducción del SCR. En otras palabras, cuando la polarización directa se aplica al SCR, después de aplicar un voltaje de compuerta positivo apropiado, el dispositivo comienza a conducir y se apaga solo cuando la corriente a través del dispositivo es menor que la corriente de mantenimiento. Por lo tanto, el SCR se puede utilizar como interruptor.


Disparo SCR:

La aplicación del voltaje GATE se conoce como disparo.

Tipos de tiro SCR:

En general, hay dos tipos de tiro:

  • Fuego cruzado a tensión cero: El modo de control de cruce por cero (también conocido como ciclo rápido, ciclo integral o disparo en ráfaga) funciona activando los SCR solo cuando el valor instantáneo del voltaje sinusoidal es cero.
  • Método de control de ángulo de fase: El ángulo de fase varía, es decir, la aplicación de los pulsos de la puerta se retrasa durante un cierto tiempo y se controla la conducción.

Circuitos de tiro:

Características del circuito de tiro:

  • Los circuitos de encendido deben producir pulsos de activación para el tiristor en los momentos apropiados.
  • Debe haber aislamiento eléctrico entre los circuitos de disparo y el tiristor. Se lleva a cabo mediante un amplificador de pulsos o un optoaislador.

Tipos de circuito de disparo:

Circuito de tiro RC

Circuito de tiro UJT

Ángulo de disparo:

El número de grados desde el inicio del ciclo cuando se activa el SCR es ángulo de disparo. Cualquier SCR comenzaría a conducir en un punto particular del voltaje de la fuente de CA. El punto particular se define como el ángulo de disparo. Cuanto antes se active el SCR en el ciclo, mayor será el voltaje aplicado a la carga.

Ángulo de disparo
Rectificador controlado por SCR de Elwood Gillilan

Control de ángulo de tiro:

El control del ángulo de disparo se puede utilizar en aplicaciones como el control de la velocidad de los motores de los ventiladores, el control de la intensidad de una bombilla, el control de la aplicación de energía al SCR. El control del ángulo de disparo se obtiene variando el tiempo de aplicación de los pulsos de la puerta al SCR. El voltaje en la terminal de puerta del SCR se puede aplicar en un momento dado decidido por la entrada remota.

Básicamente, controlar el ángulo de disparo significa administrar el punto en la forma de onda de la señal de CA cuando se activará el SCR o, en otras palabras, el tiempo correspondiente a la forma de onda de la señal de CA cuando la puerta del SCR recibirá un voltaje de suministro de CC. Normalmente, para disparar un SCR, usamos un optoaislador. Para un circuito de aplicación de energía simple, donde no se requiere control de energía, normalmente se pueden usar detectores de cruce por cero u optoaisladores que tengan detectores de cruce por cero, por lo que el SCR se activa solo en los niveles de cruce por cero de la forma de onda de CA. Para otras aplicaciones que implican una aplicación de control de potencia, la compuerta se activa mediante pulsos y el ángulo de disparo se cambia en consecuencia para controlar la conmutación del SCR y, en consecuencia, la potencia del SCR.

La variación del ángulo de disparo o variación de la conducción del SCR al retrasar la aplicación de la corriente de compuerta se puede realizar de dos formas:

  • Control de puerta de cambio de fase: Provoca un retraso en la conducción de 0 a 180⁰. El ángulo de fase del voltaje de la puerta cambia con respecto al voltaje del ánodo-cátodo. En otras palabras, el voltaje de la puerta se aplica fuera de fase con el voltaje del ánodo.

Por lo general, se utilizan condensadores o inductores para este propósito. En la combinación LR, la corriente va a la zaga del voltaje, mientras que, en una combinación RC, actualmente se adelanta al voltaje. La resistencia R se varía para variar el ángulo de fase por el cual el voltaje de la puerta se retrasa con respecto al voltaje del ánodo.

Los diferentes circuitos utilizados como desfasador son los siguientes:

Cambio de fase controlado digitalmente
Cambio de fase controlado digitalmente
Oscilador de cambio de fase
Oscilador de cambio de fase
  • Disparador de pulso: El voltaje de puerta también se puede aplicar pulsando el terminal de puerta. El ciclo de trabajo de los pulsos se puede cambiar para proporcionar una variación en la conducción.

Los pulsos se pueden generar usando UJT o usando temporizadores 555.

Circuito generador de impulsos utilizando el temporizador 555
El circuito generador de pulsos usando el temporizador 555

Ejemplo práctico de control de ángulo de tiro y su aplicación

Diagrama de bloques que muestra el control del ángulo de disparo para SCR consecutivos para lograr el control de potencia
Diagrama de bloques que muestra el control del ángulo de disparo para SCR consecutivos para lograr el control de potencia

El diagrama de bloques anterior muestra el sistema para controlar la potencia del motor de inducción mediante el control del ángulo de disparo para los SCR consecutivos.

Antes de entrar en los detalles de cómo se logra el control del ángulo de disparo en este sistema, echemos un vistazo rápido a la conexión adosada del SCR.

Aquí hay un video que describe una conexión SCR consecutiva.

Se utiliza una conexión SCR consecutiva para suministrar alimentación de CA a la carga dentro de los dos medios ciclos de la señal de CA. Dos optoaisladores están conectados a cada SCR. En el primer medio ciclo de la señal de CA, uno de los SCR conduce después de activarse con un optoaislador y permite que la corriente fluya a través de la carga. En la segunda mitad del ciclo, otro SCR conectado en dirección opuesta a la del otro SCR, se dispara usando otro optoaislador y permite que la corriente fluya hacia la carga. Así, la carga se alimenta con corriente alterna en los dos semiciclos.

En este sistema, el SCR se activa mediante un optoaislador que contiene una combinación de un LED y un TRIAC. Cuando se aplican pulsos al LED, emite luz que cae sobre el TRIAC y conduce, impulsando los pulsos de salida del optoaislador al SCR. El principio es controlar la tasa de aplicación de los pulsos variando la frecuencia entre pulsos adyacentes. Se utiliza un microcontrolador para proporcionar pulsos al optoacoplador en función de la entrada del botón pulsador conectado a él. El número de veces que se presiona el botón determina el retraso en la aplicación de los pulsos. Por ejemplo, si se presiona una vez el botón pulsador, el microcontrolador retrasa la aplicación del pulso en 1 ms. Por lo tanto, el ángulo en el que se dispara el SCR se controla en consecuencia y se controla la aplicación de energía CA a la carga.

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