Trabajos de investigación

Trabajo de investigación Jhonatan:

Fundamento

Un generador de corriente continua se caracteriza porque entre sus bornes se establece una diferencia de potencial constante con el tiempo. Un borne está a mayor potencial que el otro y para señalar esta característica, al borne de mayor potencial se le da signo positivo y al de menor po-tencial negativo. Si se representa el voltaje frente al tiempo(eje X) se obtiene una línea recta como indica la fig.1.
Un generador de corriente alterna senoidal produce un voltaje que varía sinusoidalmente con el tiempo y en consecuencia cambia de signo cada medio periodo. Si se representa el voltaje frente al tiempo se obtiene una curva como la de la fig. 2.

En la corriente alterna se definen los siguientes términos:
Voltaje pico a pico, Vpp, es la diferencia entre el máximo positivo y el mínimo negativo. En la fig. 2 Vpp = 2-(-2) = 4 voltios
Voltaje eficaz, Vefz está relacionado con el voltaje pico a pico mediante la ecuación
Como veremos en el experimento, el voltaje pico a pico se puede medir utilizando un osciloscopio. Sin embargo, el voltaje eficaz se mide mediante un voltímetro de corriente alterna.
Un ciclo completo supone que el voltaje comience en un valor como el cero, alcance el máximo positivo, valga de nuevo cero, alcance el valor máximo negativo y finalmente vuelva a valer cero. En la fig. 2 existen tres ciclos completos y una pequeña iniciación al cuarto.
Periodo, T. Es el tiempo que transcurre para que se verifique un ciclo completo. En la fig. 2 el periodo es 6,2 milisegundos.
Frecuencia, f , Es el número de ciclos que se verifican en la unidad de tiempo. La frecuencia es el inverso del periodo, medido éste en segundos. La unidad es el hercio, Hz. La frecuencia de la corriente alterna de la fig. 2 es:

Frecuencia angular w, está relacionada con la frecuencia f, mediante la ecuación.
La ecuación matemática que representa cómo varía el voltaje de una corriente alterna senoidal es de la forma.

En la ecuación anterior los ángulos se expresan en radianes.
El voltaje máximo, Vmax es la mitad del voltaje pico a pico y el término j se llama ángulo inicial de fase, su valor depende del valor que tiene V cuando se elige el instante de tiempo cero. Si cuando el instante de tiempo es t = 0 y sucede que es V = 0, al sustituir en la ecuación resulta.
Si cuando t = 0, , al sustituir en la ecuación

Onda sinusoidal


Figura 2: Parámetros característicos de una onda senoidal.
Una señal sinusoidal, a(t), tensión, v(t), o corriente, i(t), se puede expresar matemáticamente según sus parámetros característicos (figura 2), como una función del tiempo por medio de la siguiente ecuación:
donde
A0 es la amplitud en voltios o amperios (también llamado valor máximo o de pico),
ω la pulsación en radianes/segundo,
t el tiempo en segundos, y
β el ángulo de fase inicial en radianes.
Dado que la velocidad angular es más interesante para matemáticos que para ingenieros, la fórmula anterior se suele expresar como:
donde f es la frecuencia en hercios (Hz) y equivale a la inversa del período . Los valores más empleados en la distribución son 50 Hz y 60 Hz.
Valores significativos
A continuación se indican otros valores significativos de una señal sinusoidal:
Valor instantáneo (a(t)): Es el que toma la ordenada en un instante, t, determinado.
Valor pico a pico (App): Diferencia entre su pico o máximo positivo y su pico negativo. Dado que el valor máximo de sen(x) es +1 y el valor mínimo es -1, una señal sinusoidal que oscila entre +A0 y -A0. El valor de pico a pico, escrito como AP-P, es por lo tanto (+A0)-(-A0) = 2×A0.
Valor medio (Amed): Valor del área que forma con el eje de abcisas partido por su período. El valor medio se puede interpretar como la componente de continua de la onda sinusoidal. El área se considera positiva si está por encima del eje de abcisas y negativa si está por debajo. Como en una señal sinusoidal el semiciclo positivo es idéntico al negativo, su valor medio es nulo. Por eso el valor medio de una onda sinusoidal se refiere a un semiciclo. Mediante el cálculo integral se puede demostrar que su expresión es la siguiente;
Pico o cresta: Valor máximo, de signo positivo (+), que toma la onda sinusoidal del espectro. Electromagnético, cada medio ciclo, a partir del punto “0”. Ese valor aumenta o disminuye a medida que. la amplitud “A” de la propia onda crece o decrece positivamente por encima del valor "0".

Valor eficaz (A): su importancia se debe a que este valor es el que produce el mismo efecto calorífico que su equivalente en corriente continua. Matemáticamente, el valor eficaz de una magnitud variable con el tiempo, se define como la raíz cuadrada de la media de los cuadrados de los valores instantáneos alcanzados durante un período:
En la literatura inglesa este valor se conoce como R.M.S. (root mean square, valor cuadrático medio), y de hecho en matemáticas a veces es llamado valor cuadrático medio de una función. En el campo industrial, el valor eficaz es de gran importancia ya que casi todas las operaciones con magnitudes energéticas se hacen con dicho valor. De ahí que por rapidez y claridad se represente con la letra mayúscula de la magnitud que se trate (I, V, P, etc.). Matemáticamente se demuestra que para una corriente alterna senoidal el valor eficaz viene dado por la expresión:
El valor A, tensión o intensidad, es útil para calcular la potencia consumida por una carga. Así, si una tensión de corriente continua (CC), VCC, desarrolla una cierta potencia P en una carga resistiva dada, una tensión de CA de Vrms desarrollará la misma potencia P en la misma carga si Vrms = VCC.
Para ilustrar prácticamente los conceptos anteriores se considera, por ejemplo, la corriente alterna en la red eléctrica doméstica en Europa: cuando se dice que su valor es de 230 V CA, se está diciendo que su valor eficaz (al menos nominalmente) es de 230 V, lo que significa que tiene los mismos efectos caloríficos que una tensión de 230 V de CC. Su tensión de pico (amplitud), se obtiene despejando de la ecuación antes reseñada:
Así, para la red de 230 V CA, la tensión de pico es de aproximadamente 325 V y de 650 V (el doble) la tensión de pico a pico.
Su frecuencia es de 50 Hz, lo que equivale a decir que cada ciclo de la onda sinusoidal tarda 20 ms en repetirse. La tensión de pico positivo se alcanza a los 5 ms de pasar la onda por cero (0 V) en su incremento, y 10 ms después se alcanza la tensión de pico negativo. Si se desea conocer, por ejemplo, el valor a los 3 ms de pasar por cero en su incremento, se empleará la función sinsoidal:


SCR

1. DEFINICIÓN.

El SCR (Silicon Controlled Rectifier o Rectificador Controlado de Silicio, Figura 1), es un dispositivo semiconductor biestable formado por tres uniones pn con la disposición pnpn (Figura 2). Está formado por tres terminales, llamados Ánodo, Cátodo y Puerta. La conducción entre ánodo y cátodo es controlada por el terminal de puerta. Es un elemento unidireccional (sentido de la corriente es único), conmutador casi ideal, rectificador y amplificador a la vez.

2. ESTRUCTURA.

3. CURVA CARACTERÍSTICA Y FUNCIONAMIENTO.


En el Applet se muestra la curva característica típica de un tiristor SCR, representándose la corriente de ánodo (Ia) en función de la tensión aplicada entre ánodo y cátodo (Vak). Cuando la tensión Vak es nula, también lo es la intensidad de corriente Ia. Al aumentar dicha tensión en sentido directo, con corriente de puerta nula, si se supera la tensión Vb0, la transición de estado OFF a ON deja de ser controlada. Si se desea que el paso al estado "ON" se realice para tensiones Vak inferiores a Vb0, será necesario dotar al dispositivo de la corriente de puerta (Ig) adecuada para que dicha transición se realice cuando la intensidad de ánodo supere la intensidad de enganche (IL ). Por el contrario, si el dispositivo esta en conducción, la transición al estado "OFF" se produce cuando la corriente de ánodo caiga por debajo de la intensidad de corriente de mantenimiento (Ih).
Tanto para el estado de bloqueo directo, como para el estado de polarización inversa, existen unas pequeñas corrientes de fugas. Cuando se polariza inversamente se observa una débil corriente inversa (de fuga) hasta que alcanza el punto de tensión inversa máxima que provoca la destrucción del mismo.

El SCR es, por tanto, un dispositivo conductor solo en el primer cuadrante, en el cual el disparo se provoca por:
- tensión suficientemente elevada aplicada entre ánodo y cátodo,
- intensidad en la puerta. Se puede controlar así la tensión necesaria entre ánodo y cátodo para la transición OFF Þ ON, usando la corriente de puerta adecuada.

4. MÉTODOS DE DISPARO. Para que se produzca el cebado de un tiristor, la unión ánodo - cátodo debe estar polarizada en directo y la señal de mando debe permanecer un tiempo suficientemente larga como para permitir que el tiristor alcance un valor de corriente de ánodo mayor que IL, corriente necesaria para permitir que el SCR comience a conducir. Para que, una vez disparado, se mantenga en la zona de conducción deberá circular una corriente mínima de valor IH, marcando el paso del estado de conducción al estado de bloqueo directo.
Los distintos métodos de disparo de los tiristores son:
- Por puerta.- Por módulo de tensión. - Por gradiente de tensión (dV/dt) - Disparo por radiación. - Disparo por temperatura.
El modo usado normalmente es el disparo por puerta. Los disparos por módulo y gradiente de tensión son modos no deseados.


4.1 DISPARO POR PUERTA.
Es el proceso utilizado normalmente para disparar un tiristor. Consiste en la aplicación en la puerta de un impulso positivo de intensidad, entre los terminales de puerta y cátodo a la vez que mantenemos una tensión positiva entre ánodo y cátodo.
Figura 8. Circuito de control por puerta de un SCR.
- El valor requerido de VT necesario para disparar el SCR es: VT = VG + IG × R- R viene dada por la pendiente de la recta tangente a la curva de máxima disipación de potencia para obtener la máxima seguridad en el disparo (Figura 9). R = VFG / IFG
Figura 9. Recta tangente a la curva de máxima disipación de potencia.

4.2 DISPARO POR MÓDULO DE TENSIÓN.
Es el debido al mecanismo de multiplicación por avalancha. Esta forma de disparo no se emplea para disparar al tiristor de manera intencionada; sin embargo ocurre de forma fortuita provocada por sobre tensiones anormales en los equipos electrónicos.
4.3 DISPARO POR GRADIENTE DE TENSIÓN. Una subida brusca del potencial de ánodo en el sentido directo de conducción provoca el disparo. Este caso más que un método, se considera un inconveniente.
Figura 10. Zona de disparo por gradiente de tensión.

4.4 DISPARO POR RADIACIÓN.
Está asociado a la creación de pares electrón-hueco por la absorción de la luz del elemento semiconductor. El SCR activado por luz se llama LASCR.
4.5 DISPARO POR TEMPERATURA.
El disparo por temperatura está asociado al aumento de pares electrón - hueco generados en las uniones del semiconductor. Así, la suma (a1+ a2) tiende rápidamente a la unidad al aumentar la temperatura. La tensión de ruptura permanece constante hasta un cierto valor de la temperatura y disminuye al aumentar ésta.


5. CONDICIONES NECESARIAS PARA EL CONTROL DE UN SCR. Para el control en el disparo:- Ánodo positivo respecto al cátodo.- La puerta debe recibir un pulso positivo con respecto al cátodo.- En el momento del disparo Iak > IL. Para el control en el corte:- Anulamos la tensión Vak.- Incrementamos RL hasta que Iak< title="Diodo LED" href="http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo_LED">diodo LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac. De este modo se combinan en un solo dispositivo semiconductor, un fotoemisor y un fotorreceptor cuya conexión entre ambos es óptica. Estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP. Se suelen utilizar para aislar electricamente a dispositivos muy sensibles.
FUNCIONAMIENTO

El optoacoplador combina un LED y un fototransistor.
La figura de la derecha muestra un optoacoplador 4N35 formado por un LED y un fototransistor. La tensión de la fuente de la izquierda y la resistencia en serie establecen una corriente en el LED emisor cuando se cierra el interruptor S1. Si dicha corriente proporciona un nivel de luz adecuado, al incidir sobre el fototransistor lo saturará, generando una corriente en R2. De este modo la tensión de salida será igual a cero con S1 cerrado y a V2 con S1 abierto.
Si la tensión de entrada varía, la cantidad de luz también lo hará, lo que significa que la tensión de salida cambia de acuerdo con la tensión de entrada. De este modo el dispositivo puede acoplar una señal de entrada con el circuito de salida, aunque hay que tener en cuenta que las curvas tensión/luz del LED no son lineales, por lo que la señal puede distorsionarse. Se venden optoacopladores especiales para este propósito, diseñados de forma que tengan un rango en el que la señal de salida sea casi idéntica a la de entrada.
La ventaja fundamental de un optoacoplador es el aislamiento eléctrico entre los circuitos de entrada y salida. Mediante el optoacoplador, el único contacto entre ambos circuitos es un haz de luz. Esto se traduce en una resistencia de aislamiento entre los dos circuitos del orden de miles de MΩ. Estos aislamientos son útiles en aplicaciones de alta tensión en las que los potenciales de los dos circuitos pueden diferir en varios miles de voltios.
TIPOS0
En general, los diferentes tipos de optoacopladores se distinguen por su diferente etapa de salida. Entre los principales caben destacar el fototransistor, ya mencionado, el fototriac y el fototriac de paso por cero. En este último, su etapa de salida es un triac de cruce por cero, que posee un circuito interno que conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la fuente.


Etapa de salida a fototransistor.


Etapa de salida a fototriac.




TRIAC
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Símbolo.
Un TRIAC o Triodo para Corriente Alterna es un dispositivo semiconductor, de la familia de los transistores. La diferencia con un tiristor convencional es que éste es unidireccional y el TRIAC es bidireccional. De forma coloquial podría decirse que el TRIAC es un interruptor capaz de conmutar la corriente alterna.
Su estructura interna se asemeja en cierto modo a la disposición que formarían dos SCR en antiparalelo.
Posee tres electrodos: A1, A2 (en este caso pierden la denominación de ánodo y cátodo) y puerta. El disparo del TRIAC se realiza aplicando una corriente al electrodo puerta.


Construcción del TRIAC.
APLICACIONES MAS COMUNES
Su versatilidad lo hace ideal para el control de corrientes alternas.
Una de ellas es su utilización como interruptor estático ofreciendo muchas ventajas sobre los interruptores mecánicos convencionales y los relés.
Funciona como switch electrónico y también a pila.
Se utilizan TRIACs de baja potencia en muchas aplicaciones como atenuadores de luz, controles de velocidad para motores eléctricos, y en los sistemas de control computarizado de muchos elementos caseros. No obstante, cuando se utiliza con cargas inductivas como motores eléctricos, se deben tomar las precauciones necesarias para asegurarse que el TRIAC se apaga correctamente al final de cada semiciclo de la onda de Corriente alterna.
Debido a su poca estabilidad en la actualidad su uso es muy reducido.

Microsoft Excel

En la primera parte cubrirá los fundamentos de Excel, lo que le ofrecerá una base sólida sobre la cual desarrollar sus habilidades.

Luego aprenderá a moverse por el programa a medida que crea una tabla sencilla.

Después se exploran funciones integradas de Excel mientras aprende a realizar cálculos con sus datos.