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Control de Voltaje CA pseudo-linealizado


Por: Juan Carlos González Castolo y Bernardo Haro Martínez


Se presenta un circuito sencillo que permite controlar la corriente alterna que alimenta una carga por medio del ángulo de disparo, el cual se aproxima por dos funciones (cuadrática, lineal).

Se hace la presentación del circuito controlador del ángulo de fase (DKPWR) en tres etapas:

- Hardware
- Ecuación del ángulo de fase
- Ejemplo de aplicación

Hardware
El circuito se divide en: i) La detección de cruce por cero, ii) El control del ángulo de disparo y iii) La etapa de potencia, según se ilustra en la Fig.1.

fig 1
Figura 1. Esquemático del circuito DKPWR


i) La etapa de detección de cruce por cero permite detectar el inicio del semiciclo de la onda senoidal (Fig.2(a), J1-1) y con esto es posible proporcionar el ángulo de disparo para modular el voltaje de salida.

ii) El ángulo de disparo se controla enviando un pulso activo bajo al MOC3021 (Fig.2(b), J1-2). Este MOC a su vez activa al TRIAC cerrando el circuito de la carga de alimentación.

iii) El disparo del TRIAC a un determinado ángulo permite controlar el voltaje de salida (Fig.2(b), J5). El BTA24 fue escogido porque se puede utilizar para el control on-off o bien por operación de control de fase en calentadores de agua, control de iluminación de focos incandescentes, en calefacción o en control de velocidad de motores.

fig 2
Figura 2. Formas de Onda

La Fig.3 muestra el prototipo de experimentación que se utilizó en este proyecto.

fig 3
Figura 3. Prototipo controlador del ángulo de fase



Ecuación del ángulo de fase

Con el fin de modular el voltaje de salida (Fig.1, J5) se debe calcular el ángulo de disparo, para lo cual se emplea la ecuación del voltaje eficaz:


tabla0

Es de observarse que en esta ecuación resulta complicado la obtención de image, por lo cual se propone una aproximación cuadrática:

tabla1

En donde se tiene la siguiente solución:

tabla2

La tabla siguiente muestra algunos valores que nos indican la aproximación de alfa utilizando (3):


tabla3
Fig 5  
Figura 4. Aproximación cuadrática y error     

 

Se puede observar que la ecuación cuadrática nos proporciona un voltaje de salida image con una aproximación de ±3% con de (0°,170°), lo cual resulta conveniente para controles de uso industrial, Fig.4.

En caso de que el usuario no desee emplear la ecuación (2), se puede aproximar imagemediante la ecuación de la recta, la cual es una ecuación más sencilla (ecuación 4).

La solución es la que se muestra en la ecuación 5.

Con esta ecuación (5) se obtiene un error entre (-13%,+7%) en el voltaje de salida eficaz, donde image varia de (0°,170°).

4

5


Ejemplo de aplicación
Los conceptos obtenidos se emplearon para el control de temperatura de un depósito de agua, Fig.5.


6


Donde:

ecuación

            Para una temperatura deseada, por ejemplo 50°C, se recomienda que cuando e(t) sea mayor de 25°C, el voltaje eficaz en la carga debe de ser máximo (image= 0º ). En el caso de que el error sea menor de -25°C el Vrms = 0V ( image= 180º).

 

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