Los controles de potencia de onda completa utilizando diodos controlados de silicio (SCR) traen algunas dificultades de diseño que no siempre se solucionan de la manera más económica o funcional. El proyecto presentado trae una solución muy Interesante y económica pues utiliza los propios SCRs en el puente que debe proporcionar la corriente pulsante para alimentación de la carga. Con capacidad de corriente que llega a 12 A, este circuito encuentra aplicaciones tanto domésticas como industriales.
Los SCR (diodos controlados de silicio) son dispositivos de estado sólido que tienen un comportamiento similar a los diodos semiconductores y, por lo tanto, conducen la corriente en un solo sentido.
En el proyecto de controles de potencia que utilizan SCRs y que se conectan a la red de corriente alterna encontramos problemas que nos llevan a dos alternativas de aplicación: o hacemos el control de media onda, aplicando la carga apenas la mitad de los semiciclos de la red, o añadimos al proyecto un puente que proporcione una alimentación de onda completa y que normalmente encarece el montaje, pues son necesarios 4 diodos para este propósito.
El proyecto presentado utiliza SCR y hace el control de onda completa, pero con la finalidad de obtener una cierta economía de montaje, en lugar de 4 diodos utilizamos apenas 2, ya que los otros 2 necesarios para la rectificación de los dos semiciclos de la tensión de la red son los propios SCRs.
El uso de un sistema de disparo con transistor unijuntura y transformador de pulso garantiza una excelente linealidad en el rango de control que va muy cerca de cero hasta el 100%, y además con total aislamiento de la red lo que permite la instalación remota del potenciómetro.
Las características principales de este proyecto son:
Características:
Tensiones de entrada: 110/220 VCA
Corriente máxima controlada: 12 A (dependiendo de los SCR)
COMO FUNCIONA
En la red local tenemos una corriente alterna cuya forma de onda se muestra en la figura 1 (a).
Para controlar esta corriente, si usamos un SCR solamente, tendremos la aplicación en la carga solamente de los semiciclos positivos o negativos, dependiendo de la polaridad del componente, conforme muestra la misma figura 1 (b).
Dependiendo del ángulo de disparo del SCR, es decir, si se dispara al principio del semiciclos o al final, podemos tener la aplicación de mayor o menor potencia en la carga que se conecta en serie con el circuito.
Para poder controlar un circuito de potencia con SCRs la solución básica consiste en el uso de un puente de 4 diodos, como muestra la figura 2.
Los diodos usados ??deben ser dimensionados de acuerdo con la corriente de la carga controlada lo que significa un costo relativamente alto en los casos de mayores potencias.
Una solución interesante es la mostrada en la figura 3, y que adoptamos en este proyecto.
Los propios SCR se utilizan como diodos del puente (ya que se comportan como tal, cuando se disparan), y su disparo se realiza según un ángulo apropiado según la potencia que se desea aplicar a la carga.
Cuando disparamos el SCR1, la corriente circula por este componente y por D2, cerrando el recorrido con la red de corriente alterna. Cuando disparamos SCR2, conduce este componente y d diodo D1.
Cada SCR de esta forma está en serie con un diodo convencional, quedando por cuenta del SCR la determinación de la parcela del semiciclo que debe ser conducida, conforme muestra la figura 4.
El ángulo de conducción de los SCR en cada semiciclo es determinado por un circuito de disparo en el que tenemos un transistor unijunción.
El capacitor C1 se carga a través de P1 y R2 a una velocidad que depende justamente del ajuste de P1.
Si P1 está en la posición de mínima resistencia a la carga es rápida y el punto de disparo del unijuntura es alcanzado al inicio del semiciclo, cuando entonces tenemos mayor potencia aplicada a la carga.
Si P1 está en la posición de máxima resistencia, tenemos la producción del reloj al final del semiciclo y poca o ninguna potencia se aplica a la carga.
Cuando los SCR se disparan en cada pulso producido por el unijuntura es dado por la conexión del transformador de pulsos con dos secundarios.
El unijuntura produce un pulso en cada semiciclo, gracias a la existencia de un segundo puente de diodos (de baja potencia) que alimenta su circuito de baja tensión.
Si el pulso se produce cuando el SCR está polarizado en el sentido directo y SCR2 en el inverso y el SCR1 que dispara y viceversa.
Se obtiene entonces el disparo alterna de los SCRs según el ángulo de conducción dado por P1, aplicando así energía de los dos semiciclos de la corriente alterna de la red en el circuito de carga.
Observe que el transformador de pulso y el transformador de baja tensión T2 aislan el circuito del unijuntura y control de la red local lo que puede ser un punto muy favorable para determinadas aplicaciones del control.
P1 puede quedar lejos de la carga, en un circuito de baja tensión con gran seguridad.
MONTAJE
El diagrama completo del aparato se muestra en la figura 5.
El montaje de los componentes menores se puede hacer en una placa de circuito impreso, como se muestra en la figura 6.
Observe que dejamos los SCR y los diodos fuera de la placa, en vista de la intensidad de corriente que deben conducir. Debemos utilizar para conectar estos componentes hilos gruesos.
Los SCR que deben montarse en buenos radiadores de calor, admitirán varias posibilidades que se dan a continuación:
5 ampères:
TlC106B - 110V
TlC106D – 220V
8 ampères:
TlC116B - 110V
TlC116B - 220 V
12 ampères:
TlC126B - 110 V
TlC126D - 220 V
El transformador T1 es del tipo TP 1: 1 de THORNTON (El artículo es de 1991. Véase el componente equivalente actual) y el modo de su conexión es importante para garantizar el funcionamiento del circuito, pues si uno de los devanados es invertido el SCR correspondiente no conducirá la corriente en el momento adecuado.
El fusible debe elegirse de acuerdo con la intensidad de corriente en la carga.
El transformador T2, debe tener bobinado primario de acuerdo con la tensión de red y secundaria de 9 + 9 o 12 + 12 V con 100 mA a 500 mA de corriente.
Los diodos D1 y D2 deben tener la misma tensión inversa de los SCR, es decir, 200 V en la red de 110 V y 400 V en la red de 220 V, y también la misma intensidad de corriente directa.
Los diodos D5 a D8 pueden ser 1N4002 o equivalentes, ya que en estos componentes tendremos corrientes bastante bajas y tensiones del mismo orden que las obtenidas en el secundario del transformador T2.
El transistor unijuntura no admite el equivalente y los resistores pueden ser de 1/8 y ¼ W con 10 o 20% de tolerancia. El capacitor C1, que determina el rango de variación del control puede ser cerámico o de poliéster y el potenciómetro es lineal.
Para la conexión del potenciómetro, si es remota, se puede utilizar un cable paralelo común, ya que no hay peligro de captación de ruidos o interferencias en este circuito.
Si el circuito se instala en una caja, debe poder proporcionar una buena ventilación a los SCR.
PRUEBA Y USO
Para la prueba se puede utilizar como carga una lámpara incandescente común de 40 a 100 watts, con tensión conforme a la red local.
Conectando la unidad, y girando el control P1 debemos variar la potencia aplicada en la lámpara de 0 a 100%. Si esto no ocurre, como una variación máxima del 50%, por ejemplo, entonces uno de los SCR no está disparando, lo que puede ser debido a la inversión del enrollamiento correspondiente del transformador de pulsos.
La ausencia de brillo en la lámpara, en cualquier posición del control puede significar la falta de pulsos en el unijuntura lo que puede ser verificado con la medida de tensión en la conducta de los SCRs o secundario del transformador de pulso, o bien por la inversión de los dos devanados del transformador, de pulso, lo que debe ser verificado.
Comprobado el funcionamiento, con control total de la potencia aplicada a la carga, es sólo proceder a la instalación definitiva.
En el caso de interferencias producidas a través de la red, se debe utilizar un filtro apropiado.
SCR1 y SCR2 - ver texto
D1 y D2 - Diodos de potencia de silicio - ver el texto
D5 a D8 - 1N4002 o equivalentes diodo de silicio
Q1 - 2N2646 - transistores unijunción
T1 - TP 1: 1: l - Transformador de Pulsos THORNTON - Ver nota
T2 - Transformador con primario según la red local y secundaria de 9 + 9 V a partir de 100 mA
P1 - 100 k - potenciómetro lineal
R1 - 470 ohms - resistor (amarillo, violeta, marrón)
R2 - 4k7 - resistor (amarillo, violeta, rojo)
Cl - 100 nF - capacitor de cerámica o poliéster
F1 - Fusible de acuerdo con la carga - ver texto
Varios: placa de circuito impreso, radiadores de calor para los SCR, botón para el potenciómetro, caja para montaje, hilos, soldadura, etc.
