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PARAMETROS DEL CIRCUITO DE CRUCE POR CERO PARA CIRCUITOS
DE POTENCIA
En este documento se dará a conocer las bases suficientes que se deben tener
en cuenta para el manejo del cruce por cero en los diferentes circuitos de
potencia que sean necesarios. Este circuito puede ser usado en el
accionamiento de semiconductores de potencia como los tiristores o para
sincronizar señales de corriente alterna.
Autor: Edwin Jesús Micolta Fernández.
Tesista de Ingeniería Electrónica.
Revisado y corregido por: Ing. Francisco Franco
Magister en Electrónica y Telecomunicaciones
Docente investigador
1. Etapa de cruce por cero
Encargada del monitoreo de la señal de entrada mediante la detección del
cruce de la señal alterna por la línea de referencia cero, permitiendo así
sincronizar la señal de alimentación y de la etapa del control respectivamente
en la figura 1 se puede observar la onda de la señal de entrada y en la figura 2
la grafica resultante del cruce por cero con los flancos ascendentes y
descendentes. Esto se hace por comparación de señales con referencia a tierra
y de esto se genera una señal de dos estados, estado alto para señales
mayores a tierra y estado bajo para señales menores al cero. Esto es de lógica
directa o en lógica inversa la comparación tiene un sentido diferente, es decir
invertido.
Figura 1 voltaje de entrada.
Fuente: Elaboración propia
Figura 2 Señal de cruce por cero.
Fuente: Elaboración propia
1.2 Parámetros para el cruce por cero.
Existen diversas formas de realizar la etapa del cruce por cero se debe tener
entre los más comunes se encuentra el realizado con amplificador operacional,
su configuración se puede observar en la figura 3.
Este circuito se basa al aplicarle voltaje en la entrada no inversora y se
compara con el voltaje de referencia en la entrada inversora (en este caso, está
conectada a tierra ó 0 volts), cuando el voltaje en la entrada es más positivo
que 0V, el voltaje de salida será igual al voltaje de saturación del amplificador
operacional, esto es un poco menor que el voltaje de polarización VCC. Cuando
el voltaje en la entrada es más negativo que el voltaje de referencia, entonces
el voltaje de salida será igual al voltaje de saturación negativo –Vsat, de la
misma forma, cuando el voltaje de entrada es mayor que el voltaje de
referencia, el voltaje de salida +Vsat, la desventaja que presenta es que son
muy sensible al ruido.
Figura 3 Circuito de cruce por cero con amplificador operacional.
La otra forma de hallar la detección del cruce por cero es por medio de
optoacopladores utilizado en el desarrollo de este documento, en la figura 4 se
puede observar la etapa del cruce por cero.
Figura 4 Circuito de cruce por cero con optoacopladores.
Fuente: Elaboración propia.
Para la etapa del cruce por cero se utilizo el optoacoplador 4N26 perteneciente
a los fototransistores el cual consta de los siguientes terminales:
1. Ánodo.
2. Cátodo.
3. No conecta.
4. Emisor.
5. Colector.
6. Base.
El circuito consta de una entrada de 120V A.C tomando los transformadores
esta señal reduciéndola a 6V A.C el cual van conectado al punto 1 del
optoacoplador 4N26 y el TAP central al punto 2; las resistencia R1 y R2 son
aquellas que permiten el manejo de la corriente para que el optoacoplador
pueda conducir para su cálculo se tiene en cuenta la siguiente fórmula:
R1, R2=
୚୧୬ି୚୤
୍୤
Donde Vin es la entrada del transformador que en este caso es de 6V A.C, Vf
es el voltaje mínimo de conducción del optoacoplador que es de 1.5V e If la
corriente mínima de conducción cuyo valor es de 10mA los cuales se
encuentran la hoja de datos técnicas del 4N26 de ahí se obtiene el siguiente
resultado:
R1, R2=
଺୚ିଵ.ହ୚
଴.଴ଵ୅
= 450Ω
Las resistencias R3 y R4 son resistencia que se colocan de protección por si
existen corrientes parasitas en este caso se utiliza de 1MΩ.
Para el cálculo de la resistencia R5y R6 se tuvo en cuenta la información
entregada por el datasheet del 4N26 en el que esta resistencia cumple la
función de compensar la corriente necesaria que se debe entregar para la
compuerta NAND Schmitt Trigger CD4093 que tiene como función acoplar las 2
señales que se generan del optoacoplador para ser entregada al
microcontrolador; para el cálculo de estas resistencias se tiene la siguiente
ecuación:
௏‫ݔܽ݉ܦܦ‬−ܸ݅݊
R5, R6=
୍୫ୟ୶
Donde teniendo como referencia el datasheet del CD4093 el VDDmax es el
voltaje de polarización máxima que es de 15V D.C, Imax la corriente de
polarización D.C máxima que es de 10mA y por consiguiente el valor del voltaje
D.C de entrada Vin que es de 5V D.C, con estos valores obtenemos el siguiente
resultado:
ଵହ୚ିହ୚
R5, R6=
଴.଴ଵ୅
=1kΩ
Con los cálculos realizados nuestro circuito final de la etapa del cruce por cero
con sus respectivos valores quedara tal como se muestra en la figura 5.
Figura 5 Circuito final etapa cruce por cero
Fuente: Elaboración propia.