En la industria, muchas máquinas y equipos son alimentados por fuentes trifásicas de energía eléctrica. El control de potencia de dichas máquinas mediante dispositivos de estado sólido tales como SCR y TRIACS requiere configuraciones especiales. En este artículo describimos un circuito básico de control de potencia trifásico, cuyo principio de funcionamiento permite que sea adaptado fácilmente para aplicaciones de potencias más elevadas.
Los circuitos trifásicos son más difíciles de trabajar cuando queremos controlarlos porque tenemos señales con fases diferentes, que se aplican a una carga.
Este hecho se refleja en los diseños de controles de potencia usando SCRs u otros dispositivos semiconductores, donde necesitamos disparar estos componentes con diferencias de fases de 120 grados para obtener un control correcto de su funcionamiento.
Como proyectar un control de potencia para una carga alimentada por una red trifásica es justamente nuestra propuesta con este proyecto simple, cuya potencia puede ser alterada por el cambio de los SCR usados.
FUNCIONAMIENTO
La configuración básica para el control trifásico de potencia se muestra en la figura 1.
Como podemos observar, necesitamos usar un SCR para cada fase con su circuito de disparo independiente, que debe actuar en el ángulo correcto para aplicar a la carga la potencia deseada de acuerdo con el ángulo de conducción de aquella fase específica.
Esto significa que, para tener un control de potencia de 0 a 100% de la potencia máxima, cada SCR debe ser disparado en ángulos que varían entre 0 y 180 grados dentro del ciclo de alimentación correspondiente a esa fase.
Si los tres SCR se disparan al mismo tiempo en varios ángulos de conducción, la potencia puede controlarse, pero el rango de actuación variará entre el 25 y el 100%.
En la figura 2 presentamos un diagrama que muestra los instantes de conducción con 3 SCRs disparados, en el primer caso en ángulos diferentes y en el segundo caso en el mismo instante.
Si la carga controlada no requiere un control de 0 a 100%, pero puede operar con una reducción de potencia del máximo hasta un 25% de su potencia máxima, un control de potencia trifásico se simplifica considerablemente ya que los tres SCR se pueden disparar al mismo tiempo .
Esta es justamente nuestra propuesta inicial con el circuito que presentamos.
COMO FUNCIONA
El circuito suministrado en la figura 3 puede considerarse una de las posibilidades más simples de tener un control parcial de potencia para una carga alimentada por red trifásica.
Como podemos ver, los tres SCR se disparan al mismo tiempo en ángulos que se determinan por el disparo de dos transistores unijuntura.
En este circuito el diodo D1 proporciona la tensión de alimentación para el circuito de control. La tensión quedará alrededor de 20 V, valor este determinado por el diodo zener D2.
R2 controla el ángulo de disparo de Q1 ajustando el tiempo de carga de C1. La tensión de pulso que aparece en R1 cuando Q1 descarga a través de C1 es acoplada simultáneamente a las compuertas de los tres SCRs a través de R10, R11 y R12.
El circuito formado por Q2 y Q3 tiene por finalidad evitar que Q1 dispare en cualquier ángulo de disparo mayor que 120 grados.
El buen rendimiento de este circuito depende del hecho de que Q3 mantenga el ángulo de disparo lo más cerca posible de 120 grados. Esto se logra conectando la base 2 del transistor unijuntura Q3 a través de R5 a un punto separado de la tensión regulada por D2, a través de la resistencia R8. Esto hace que el ciclo de temporización de Q3 se fije con precisión en un poco menos de 120 grados.
El resistor R8 también tiene otro propósito. Conectando la base 2 de Q1 a este componente, tenemos una regulación de la tensión que compensa las variaciones de la tensión de la red.
Con alimentación en una red de 110 V este circuito mantiene las tensiones en la carga en el rango de 40 a 150 V, lo que corresponde a un rango de aproximadamente 3,75: 1.
MONTAJE
Los SCR deben elegirse de acuerdo con la potencia que debe controlarse.
Sugerimos que los SCR se instalen en disipadores de calor con la conexión a través de hilos de espesor apropiados con la carga a controlar.
La placa de circuito impreso sólo para el circuito de control se muestra en la figura 4.
Los transistores unijuntura son del tipo 2N2646 que todavía son bastante comunes en este tipo de aplicación.
El resistor de 33 ohms debe ser de hilo con 2 W de disipación y los capacitores deben ser de poliéster con una tensión de trabajo de al menos 100 V.
Los potenciómetros R7 y R8 deben ser de alambre.
Recordamos que este circuito tiene conexión directa con la red de energía y que por lo que las precauciones con las partes expuestas deben ser redobladas en el sentido de evitar golpes.
Los ajustes son:
R8 - para la compensación de las fluctuaciones de la tensión de la red de energía.
R2 - Control de tensión
R1 - Ajustar a un ángulo de disparo muy cerca de 120 grados.
Semiconductores:
SCR1, SCR2, SCR3 - TIC106B para cadenas, hasta 3 amperios por fase.
D1 - 3 diodos 1N4004
D2 - Zener de 20 W x 1 W
D3 - 1N4004 o 1N4007 - diodos (para cargas inductivas)
D4, D5, D6 - 1N5404 - diodos de silicio - para cargas de hasta 3 A
Q1, Q3 - 2N2646 - transistores unijuntura
Q2 - BC547 o equivalente - transistores NPN de uso general
Resistores:
R1 - 10 k ohms - potenciómetro
R2 - 20 k ohms - potenciómetro
R3 - 470 ohms, 1/2 W
R4 - 100 ohms, 1/2 W
R5, R6 - 390 ohms, 1/2 W
R7 - 33 ohms, 2 W
R8 - 500 ohms, 2 W - potenciómetro de hilo
R9 - 100 ohms, 1/2 W
R10, R11, R12 - 25 ohms, 1/2 W
Capacitores:
C1 - 470 nF - poliéster
C2 - 1 ?F - poliéster
Varios:
Placa de circuito impreso, radiadores de calor para los SCR, botones para los potenciómetros, hilos, soldadura, etc.