Los sensores los podemos definir como dispositivos electrónicos que convierten

una variable física a un correspondiente valor eléctrico, este valor eléctrico

puede estar en términos de la corriente, voltaje ó resistencia. Los sensores a su

vez pertenecen a los elementos de entrada de datos de un sistema de control

automático, por lo que la clasificación de los elementos de entrada queda como

sigue:

 

 

Clasificación de los elementos de entrada

-------------------------------------------------------

Activadores Manuales

Sensores

 

Los activadores manuales son elementos que se emplean para iniciar las

actividades de un proceso de producción, o para detenerlo. Los activadores

manuales son botones que pueden poseer contactos normalmente abiertos

(N/A) o normalmente cerrados (N/C) o inclusive uno de cada uno. Estos botones

pueden ser pulsadores tipo (push buton) o con interruptor que una vez que

fueron activados requieren de una llave especial para poder desactivarlos.

 

 

Los activadores manuales son elementos de entrada que generan una señal de

tipo discreto, esto es se encuentra pulsado (“1 lógico”) o se encuentra en

reposo (“0 lógico”).

 

 

Figura 4. 3 Ejemplos de activadores manuales.

 

Los activadores manuales son elementos indispensables que no pueden

omitirse de los procesos industriales automatizados, porque siempre hace falta

la intervención humana en por ejemplo al accionar por medio de un botón los

mecanismos al inicio de la jornada laboral, o detener el proceso cuando algún

suceso inesperado ocurra, o simplemente para detener los procesos porque se

termino la jornada laboral.

 

Los siguientes elementos de entrada que describiremos son los denominados

sensores, estos dispositivos se clasifican en dos categorías que son:

 

Clasificación de los sensores

Discretos

Analógicos

 

Los sensores discretos simplemente nos indican si se encuentran detectando

algún objeto ó no, esto es, generan un “1” lógico si detectan o un “0” lógico si

no detectan, esta información es originada principalmente por presencia de

voltaje o por ausencia de este, aunque en algunos casos la información nos la

reportan por medio de un flujo de corriente eléctrica.Los sensores discretos

pueden operar tanto con señales de voltajes de corriente directa (VCD) como

con señales de voltajes de corriente alterna (VCA).

 

Los sensores analógicos pueden presentar como resultado un número infinito

de valores, mismos que pueden representar las diferentes magnitudes que

estén presentes de una variable física, por lo tanto en los sensores analógicos

su trabajo se representa mediante rangos, por ejemplo, de 0V a 1.5V y dentro

de este rango de posibles valores que puede adquirir la señal del sensor, esta

comprendido el rango de medición que le es permitido al sensor de medir una

variable física.  En los sensores analógicos la señal que entrega puede

representarse mediante variaciones de una señal de voltaje o mediante

variaciones de un valor resistivo.

 

SENSORES DISCRETOS

 

Sensores de presencia o final de carrera.- Estos sensores se basan  en el uso de

interruptores que pueden abrir o cerrar contactos, dependiendo de la aplicación

que se les asigne, por ejemplo, cuando se utilizan como detectores de

presencia, se encargan de indicar en que momento es colocado un objeto sobre

este, y por medio de la presión que ejerce se presiona su interruptor, lo que

permite que se haga llegar una cierta magnitud de voltaje al sistema de control

(que en este caso se sugiere que sea un PLC), y obviamente cuando el objeto

no se encuentra el voltaje que se reporta será de una magnitud igual a cero.

 

Cuando estos sensores tienen la tarea de detectar un final de carrera o límite

de área, es porque se encuentran trabajando en conjunto con un actuador que

produce un desplazamiento mecánico, y por lo tanto cuando esa parte

mecánica haya llegado a su límite se debe detener su recorrido, para no dañar

alguna parte del proceso automático. Cuando el actuador se encuentra en su

límite de desplazamiento permitido, acciona los contactos de un interruptor que

bien los puede abrir o cerrar, en las figuras 4.4 y 4.5 se muestran ejemplos de

los sensores de presencia y final de carrera respectivamente.

 

Figura 4. 4  Sensor de Presencia

 

 

Figura 4. 5  Sensores de final de carrera.

 

Sensor Inductivo.- Este tipo de sensor por su naturaleza de operación se dedica

a detectar la presencia de metales.  El sensor inductivo internamente posee un

circuito electrónico que genera un campo magnético, el cual esta calibrado para

medir una cierta cantidad de corriente eléctrica sin la presencia de metal

alguno en el campo magnético, pero cuando se le acerca un metal, el campo

magnético se altera provocando que la corriente que lo genera cambie de valor,

lo que a su vez el sensor responde al sistema de control indicándole la

presencia del metal.     Una aplicación de este sensor es por ejemplo en las

bandas transportadoras en donde van viajando una serie de materiales

metálicos, como pueden ser latas y en los puntos donde se deben colocar estas

latas, se instalan los sensores, y sin necesidad de un contacto físico el sensor

reporta cuando una lata se encuentra en su cercanía.

 

 

Figura 4. 6 Sensor Inductivo.

 

 

Sensor Magnético.- El sensor magnético se encarga de indicar cuando un

campo magnético se encuentra presente cerca de el.  El sensor magnético

posee un circuito interno que responde cuando un campo magnético incide

sobre este, este sensor puede ser desde un simple reed switch hasta un circuito

más complejo que reporte por medio de un voltaje la presencia o no del campo

magnético.    La respuesta tiene que ser guiada hacia el sistema de control para

su posterior procesamiento.    Una aplicación de este tipo de sensores puede

encontrarse en aquellos actuadores que pueden desplazarse linealmente, y a

estos colocarles imanes en sus extremos, para que cuando lleguen al sensor

magnético sea detectado el campo del imán y el actuador se detenga y ya no

prosiga con su movimiento.

 

Figura 4. 7 Sensor Magnético.

 

 

Sensor Capacitivo.- Este tipo de sensor tiene la misión de detectar aquellos

materiales cuya constante dieléctrica sea mayor que la unidad (1).   El sensor

capacitivo basa su operación en el campo eléctrico que puede ser almacenado

en un capacitor, el cual dependiendo del material dieléctrico la carga

almacenada será muy grande o pequeña, teniendo como base la constante

dieléctrica del aire que es igual que 1, cualquier otro material que puede ser

plástico, vidrio, agua, cartón, etc, tienen una constante dieléctrica mayor que 1.

 

 

Pues bien para detectar un material que no sea el aire, el sensor capacitivo

tiene que ser ajustado para que sepa que material debe detectar.  Un ejemplo

para emplear este tipo de sensor es en una línea de producción en donde deben

llenarse envases transparentes ya sean de vidrio o plástico, con algún líquido

que inclusive puede ser transparente también.

 

Figura 4. 8 Sensor Capacitivo

 

 

Sensor Óptico.- El sensor óptico genera una barrera a base de la emisión de

un haz de luz infrarrojo, motivo por el cual este sensor se dedica a la detección

de interferencias físicas o incluso a identificar colores y obtener distancias.  

Este sensor se basa en el uso de un diodo emisor de luz infrarroja, que por

naturaleza del ojo humano no la podemos percibir, el diodo emisor envía el haz

de luz y por medio de la reflexión, este haz de luz se hace regresar para ser

captado por medio de un fotodiodo o fototransistor que es el que entrega una

señal como respuesta a si existe el haz de luz infrarroja o no esta presente.

 

 

Se la misma manera puede identificar colores, ya que la reflexión sobre una

superficie puede ser total o parcial ya que los materiales pueden absorber el

haz de luz infrarrojo, dependiendo del olor que tenga su superficie.      Y para

medir distancias se puede tomar el tiempo que tarda el haz de luz en regresar y

por medio de una formula muy simple se puede calcular la distancia ya que v =

d/t, en donde el tiempo lo podemos medir, y v es la velocidad a la que viaja la

luz, por lo tanto se puede calcular la distancia d.  La aplicación de este tipo de

sensores puede ser muy amplia, ya que se puede utilizar como una barrera

para que detecte el momento en que un operario introduce sus manos en un

área peligrosa y pueda sufrir un accidente, o para detectar cuando el haz de luz

se corta que un material lo atravesó cuando viajaba por sobre una banda

transportadora entre otras aplicaciones.

 

 

Figura 4. 9 Sensor Óptico

 

 

 

SENSORES ANALÓGICOS

 

 

Sensor de temperatura.- Este es de los sensores más comunes que se

emplean dentro de un proceso industrial, ya que por ejemplo en la industria

alimenticia ó metalúrgica ó inyección de plásticos, etc.        Se requiere de

mantener los procesos ya sean de cocción ó fundición por ejemplo en sus

niveles de temperatura adecuada, ahora bien, dependiendo del proceso que se

esta controlando, de los niveles de temperatura que se tienen que medir, y de

la resolución se cuenta con un sensor adecuado a las características que posee

el proceso.

 

 

En este caso para medir la temperatura se cuenta con una gama amplia de

sensores que realizan esta tarea, por lo que procederemos a describir los

sensores de temperatura más comunes:

 

RTD.- Su nombre es el de Resistencias Detectoras de Temperatura (por sus

siglas en ingles RTD), también llamadas resistencias metálicas, la característica

principal de estos sensores es que poseen coeficiente positivo de temperatura

(PTC), lo que significa que al incrementarse la temperatura que se está

sensando se produce un aumento en la resistencia de los materiales que

conforman al RTD.

 

 

La respuesta que presentan estos sensores por lo general es de características

lineales, esto es, cuando cambia el valor de la temperatura se refleja con un

cambio proporcional del valor de resistencia. El rango de medición de

temperatura se encuentra aproximadamente entre -200 °C y 400 °C.  Este

sensor requiere de un circuito de acoplamiento para hacer llegar su información

al sistema de control.

 

 

 

Figura 4. 10 RTD.

 

 

Termistores.- Su nombre es el de Resistencia Sensible a la Temperatura (por

sus siglas en ingles Termistor), este tipo de sensor poseen tanto coeficiente

positivo de temperatura (PTC) como coeficiente negativo de temperatura (NTC),

lo que significa que al incrementarse la temperatura que se está sensando se

produce un aumento en la resistencia de los materiales que conforman al

termistor (PTC), mientras que en los NTC al incrementarse la temperatura se

disminuye el valor de resistencia, y al decrementarse el valor de la temperatura

se aumenta el valor de la temperatura. La respuesta que presentan estos

sensores no es lineal, si no más bien es del tipo exponencial, esto significa que

cuando cambia el valor de la temperatura se obtiene un cambio brusco de

resistencia, por lo que este tipo de sensores es empleado para registrar

cambios finos en la variable de la temperatura. El rango de medición de

temperatura se encuentra aproximadamente entre -55 °C y 100 °C.  Este

sensor requiere de un circuito de acoplamiento para hacer llegar su información

al sistema de control.

 

 

Figura 4. 11 Termistor.

 

 

Termopar.- Este sensor debe su nombre debido al efecto que presenta la unión

de 2 metales diferentes, esta unión genera una cierta cantidad de voltaje

dependiendo de la temperatura que se encuentre presente en la unión de los 2

metales.     La respuesta que presentan estos sensores se encuentra en

términos de pequeñas magnitudes de voltaje (entre μV y mV) que tienen

correspondencia directa con el valor de la temperatura que se esta midiendo y

se puede considerar como una respuesta lineal. La característica principal de

los termopares es que estan diseñados para medir altas cantidades de

temperatura, que pueden llegar inclusive al punto de fundición de los metales.

El rango de medición de temperatura se encuentra aproximadamente entre -

200 °C y 2000 °C.  Este sensor requiere de un circuito de acoplamiento para

hacer llegar su información al sistema de control.

 

 

Figura 4. 12 Termopar.

 

De Circuito Integrado.- Estos sensores se emplean para ambientes que no

son tan demandantes en cuanto a su modo de operación, esto es, que por

ejemplo no tengan que medir la temperatura de una caldera, expuestos

directamente a la flama.Los sensores de circuito integrado internamente

poseen un circuito que se basa en la operación de un diodo, que a su vez es

sensible a los efectos de la temperatura, estos sensibles nos entregan valores

de voltaje que tienen una correspondencia directa con el valor de temperatura

que están midiendo.La característica de estos sensores es que son muy

exactos, además dependiendo de la matricula y el fabricante, estos ya se

encuentran calibrados tanto en °C como en °F ó °K.Estos sensores por lo

general no requieren de un circuito de acoplamiento para hacer llegar su

información al sistema de control.

 

Galgas extensiométricas.- Estos sensores se puede decir que se adecuan

para medir alguna variable dependiendo de la aplicación, porque su principio de

operación se basa en el cambio del valor de resistencia que se produce al

deformar la superficie de estos sensores.Claro que no pueden medir todas las

variables, pero si las que se relacionan con la fuerza y cuya formula matemática

es:

f (fuerza) = m (masa) * a (aceleración)

Por lo tanto dependiendo de cómo se coloque la galga extensiomética se puede

emplear para medir: la aceleración de un móvil, velocidad, presión ó fuerza,

peso (masa) entre las más características de las variables a medir.Las galgas

extensiométricas son resistencias variables que cambian su valor dependiendo

de la deformación que este presente sobre estos sensores.Estos dispositivos

son muy sensibles a los cambios físicos que existan sobre su superficie, y

requieren de un circuito que adecue su respuesta y esta pueda ser enviada al

circuito de control, para su posterior procesamiento.

 

Con toda la variedad de sensores tanto discretos como analógicos que han sido

revisados en esta oportunidad, se han cubierto una buena cantidad de variables

físicas que se pueden medir y cuantificar, de hecho se encuentran las más

comunes, pero aun así falta tomar en cuenta mas variables físicas como pueden

ser las químicas (pH, CO2, etc.) ó también los niveles de humedad ya sea

relativa del medio ambiente, ó de la tierra o dentro de algún proceso, y así

podemos continuar enumerando variables físicas, pero para cada una de estas

existe un sensor que adecuadamente reportara los niveles de su magnitud.

 

Por otra parte, todos los sensores que se encuentran inmersos dentro de los

procesos industriales de una empresa se encuentran normalizados, esto es, que

no importa la marca ni el fabricante de estos sensores, ya que todos deben

cumplir con las distintas normas que rigen a los sistemas automáticos, y como

ejemplo de estas normas se tienen las siguientes:

 

ANSI (Normas Americanas).

DIN (Normas Europeas).

ISO (Normas Internacionales).

IEEE (Normas eléctricas y electrónicas).

NOM (Normas Mexicanas).

 

Todas las normas establecen medidas de seguridad, niveles de voltaje,

dimensiones físicas de los sensores, etc.

Por último queremos recordar que los sensores son elementos importantes en

el proceso de automatización, razón por la cual se deben seleccionar

adecuadamente y posteriormente cuando se este diseñando el programa para

el PLC que normalmente el que manejamos es el llamado lenguaje en escalera,

representemos la actividad de los sensores mediante los símbolos que ya

hemos revisado en entregas anteriores, que a manera de recordatorio las

enlistamos a continuación.

 

*.- Accionamiento de entrada momentáneo (para los sensores).

 ----------

Sensores             En un proceso controlado, los sensores son los elementos que miden las distintas variables, indican los errores, recogen los estados y transmiten esta información al sistema de control de proceso.

          Las variables del proceso pueden ser: temperatura, presión, fuerza, longitud, ángulo de giro, nivel, caudal, etc. La función de los sensores es convertir estas variables físicas en otras más fáciles de evaluar (generalmente en señales eléctricas).

QUÉ ES UN SENSOR:

Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más que un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular.

Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilización de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR, etc... todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de alguna variable), y la utilización de componentes activos.

  Se clasifican por

Sensores Activos:  son aquellos que emiten energía sobre el objeto y reciben la señal reflejada por el mismo. Los sensores activos más comunes son los sensores de RADAR (Radio Detection And Ranging), estos sensores trabajan en el rango de las microondas, razón por la cual es posible trabajar sobre cualquier condición atmosférica. Otro tipo de sensor activo es el LIDAR (Light Detection and Ranging), este sensor permite conocer información de alturas y variaciones de altura en superficie calculando el tiempo de retorno de una señal.

Sensores pasivos: son aquellos que utilizan fuentes externas de energía para obtener información de los objetos. La mayoría de los sensores utilizados para la observación de la tierra son pasivos, estos sensores generalmente trabajan sobre el rango del visible dentro del espectro electromagnético. Dentro de estos sensores se encuentran algunos sistemas fotográficos, sensores multiespectrales e hiperespectrales.

TIPOS DE SENSORES

Detectores de ultrasonidos

Los detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de detección de objetos de

prácticamente cualquier material. Trabajan en ambientes secos y pulverulentos. Normalmente se usan para control de presencia/ausencia, distancia o rastreo.

Interruptores básicos

Se incluyen interruptores de tamaño estándar, miniatura, subminiatura, herméticamente sellados y de alta temperatura. Los mecanismos de precisión se ofrecen con una amplia variedad de actuadores y características operativas. Los interruptores de Sensores de Control son idóneos para aplicaciones que requieran tamaño reducido, poco peso, repetitividad y larga vida.

Interruptores final de carrera

Sensores de Control ofrece la línea de interruptores de precisión de acción rápida más avanzada del mundo para una amplia gama de aplicaciones. Las versiones selladas son estancas a la humedad y otros contaminantes. Los modelos antideflagrantes están diseñados para uso en lugares peligrosos.

Interruptores manuales

La amplia selección de productos incluye pulsadores, indicadores, manipulados, balancines, selectores rotativos y conmutadores de enclavamiento. Estos productos ayudan al ingeniero con ilimitadas opciones en técnicas de indicación visual, actuación y disposición de componentes. Muchas versiones satisfacen especificaciones militares.

Productos encapsuladosDiseños robustos, de altas prestaciones y resistentes al entorno o herméticamente

sellados. Esta selección incluye finales de carrera miniatura, interruptores básicos estándar y miniatura, interruptores de palanca y pulsadores luminosos.

Productos para fibra óptica

El grupo de fibra óptica está especializado en el diseño, desarrollo y fabricación de componentes optoelectrónicos activos y submontajes para el mercado de la fibra óptica. Los productos para fibra óptica son compatibles con la mayoría de los conectores y cables de fibra óptica multimodo estándar disponibles actualmente en la industria. También se pueden ofrecer productos bajo especificación del cliente; son productos estándar con pequeñas variaciones para cumplir requisitos especiales. Se desarrollan continuamente nuevos productos.

Productos infrarrojos

La optoelectrónica es la integración de los principios ópticos y la electrónica de semiconductores. Los componentes optoelectrónicos son sensores fiables y económicos. Se incluyen diodos emisores de infrarrojos (IREDs), sensores y montajes.

Sensores para automoción

Se incluyen sensores de efecto Hall, de presión y de caudal de aire. Estos sensores son de alta tecnología y constituyen soluciones flexibles a un bajo coste. Su flexibilidad y durabilidad hace que sean idóneos para una amplia gama de aplicaciones de automoción.

Sensores de caudal de aire

Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de película fina aislada térmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La estructura de puente suministra una respuesta rápida al caudal de aire u otro gas que pase sobre el chip.

Sensores de corriente

Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una válvula o desconectar una bomba. La señal lineal duplica la forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una máquina.

Sensores de humedad

Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa están configurados con circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polímeros

que interacciona con electrodos de platino. Están calibrados por láser y tienen una intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento estable y baja desviación.

Sensores de posición de estado sólido

Los sensores de posición de estado sólido, detectores de proximidad de metales y de corriente, están disponibles en varios tamaños y terminaciones. Estos sensores combinan fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con diversos circuitos electrónicos para aportar soluciones a las necesidades de aplicación.

Sensores de presión y fuerza

Los sensores de presión son pequeños, fiables y de bajo coste. Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisión y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables. Además, presentan unas características operativas constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin recalibración. Sensores de Control le ofrece cuatro tipos de sensores de medición de presión: absoluta, diferencial, relativa y de vacío y rangos de presión desde ±1,25 kPa a 17 bar.

Sensores de temperatura

Los sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD y HEL/HRTS. Estos sensores consisten en una fina película de resistencia variable con la temperatura (RTD) y están calibrados por láser para una mayor precisión e intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rápidas.

Sensores de turbidez

Los sensores de turbidez aportan una información rápida y práctica de la cantidad relativa de sólidos suspendidos en el agua u otros líquidos. La medición de la conductividad da una medición relativa de la concentración iónica de un líquido dado.

Sensores magnéticos

Los sensores magnéticos se basan en la tecnología magnetoresisitiva SSEC. Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brújulas, control

remoto de vehículos, detección de vehículos, realidad virtual, sensores de posición, sistemas de seguridad e instrumentación médica.

 

Sensores de presión

Los sensores de presión están basados en tecnología piezoresistiva, combinada con microcontroladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones afines a estos productos incluyen instrumentos para aviación, laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobación de motores, tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado

Recapitulando, se puede mencionar que los sensores representan a los ojos del

sistema de control automático, mientras que la otra parte importante y es la

que manipula al proceso dependiendo de los datos alimentados al sistema de

control, se le conoce con el nombre de “actuadores”.

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Partes: 1, 2

El flujo de corriente promedio para una carga puede ser controlado colocando un SCR en serie con la carga. Este arreglo es presentado en la figura 2. La alimentaci6n de voltaje es comúnmente una fuente de 60-Hz de ca, pero puede ser de cd en circuitos especiales.Si la alimentación de voltaje es de ca, el SCR pasa una cierta parte del tiempo del ciclo de ca en el estado ON, y el resto del tiempo en el estado OFF. Para una fuente de 60-Hz de ca, el tiempo del ciclo es de 16.67 ms. Son estos 16.67 ms los que se dividen entre el tiempo que esta en ON y el tiempo que esta en OFF. La cantidad de tiempo que esta en cada estado es controlado por el disparador.Si una porción pequeña del tiempo esta en el estado ON, la corriente promedio que pasa a la carga es pequeña. Esto es porque la corriente puede fluir de la fuente, a través del SCR, y a la carga, só1o por una porción relativamente pequeña del tiempo. Si la señal de la compuerta es cambiada para hacer que el SCR este en ON por un periodo mas largo del tiempo, entonces la corriente de carga promedio será mayor. Esto es porque la corriente ahora puede fluir de la fuente, a través del SCR, y a la carga, por un tiempo relativamente mayor. De esta manera, la corriente para la carga puede variarse ajustando la porci6n del tiempo del ciclo que el SCR permanece encendido.

Características de control del SCR

Corresponden a la región puerta-cátodo y determinan las propiedades del circuito de mando que responde mejor a las condiciones de disparo. Los fabricantes definen las siguientes  características:-Tensión directa máx. ....................................................................: VGFM- Tensión inversa máx. ...................................................................: VGRM- Corriente máxima..........................................................................: IGM- Potencia máxima...........................................................................: PGM- Potencia media..............................................................................: PGAV- Tensión puerta-cátodo para el encendido.......................................VGT- Tensión residual máxima que no enciende ningún elemento......... VGNT- Corriente de puerta para el encendido...........................................: IGT- Corriente residual máxima que no enciende ningún elemento.......: IGNTDeterminan la naturaleza del circuito de mando que mejor responde a las condiciones de disparo.Para la región puerta- cátodo los fabricantes definen entre otras las siguientes caracteristicasVgfm, Vgrm, Igm, Pgm, Pgav, Vgt, Vgnt, Igt, Ignt.Entre los anteriores destacan:

Vgt e Igt que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor. Vgnt e Ignt que dan los valores máximos de corriente y de tensión, para los cuales en condiciones

normales de temperatura, los tiristores no corren el riesgo de dispararse de modo indeseado.Entre los anteriores destacan:-    VGT e IGT, que determinan las condiciones de encendido del dispositivo semiconductor.-    VGNT e IGNT, que dan los valores máximos de corriente y de tensión, para los cuales en condiciones normales de temperatura, los tiristores no corren el riesgo de dispararse de modo indeseado.También podemos tomar como apuntes muy importantes los 4 casos siguientes:1. Voltaje de ruptura directo V(BR) F* es el voltaje por arriba del cual el SCR entra a la región de conducción. El asterisco (*) es una letra que se agregará dependiendo de la condición de la terminal de compuesta de la manera siguiente:  O = circuito abierto de G a K   S = circuito cerrado de G a K   R = resistencia de G a K   V = Polarización fija (voltaje) de G a K2. Corriente de sostenimiento (IH) es el valor de corriente por abajo del cual el SCR cambia del estado de conducción a la región de bloqueo directo bajo las condiciones establecidas.3. Regiones de bloqueo directo e inverso son las regiones que corresponden a la condición de circuito abierto para el rectificador controlado que bloquean el flujo de carga (corriente) del ánodo al cátodo.

4. Voltaje de ruptura inverso es equivalente al voltaje Zener o a la región de avalancha del diodo semiconductor de dos capas fundamental.  

Características de la compuerta de los SCR

Un SCR es disparado por un pulso corto de corriente aplicado a la compuerta. Esta corriente de compuerta (IG) fluye por la unión entre la compuerta y el cátodo, y sale del SCR por la Terminal del cátodo. La cantidad de corriente de compuerta necesaria para disparar un SCR en particular se simboliza por IGT. Para dispararse, la mayoría de los SCR requieren una corriente de compuerta entre 0.1 y 50 mA (IGT = 0.1 - 50 mA). Dado que hay una unión pn estándar entre la compuerta y el cátodo, el voltaje entre estas terminales (VGK) debe ser ligeramente mayor a 0.6 V.Una vez que un SCR ha sido disparado, no es necesario continuar el flujo de corriente de compuerta. Mientras la corriente continué fluyendo a través de las terminales principales, de ánodo a cátodo, el SCR perrnanecerá en ON. Cuando la corriente de ánodo a cátodo (IAK) caiga por debajo de un valor mínimo, llamado corriente de retención, simbolizada IHO el SCR se apagara. Esto normalmente ocurre cuando la fuente de voltaje de ca pasa por cero a su región negativa. Para la mayoría de los SCR de tamaño mediano, la IHO es alrededor de 10 mA.CARACTERÍSTICA DEL SCRLa siguiente figura muestra la dependencia entre el voltaje de conmutación y la corriente de compuerta.Cuando el SCR está polarizado en inversa se comporta como un diodo común (ver la corriente de fuga característica que se muestra en el gráfico).En la región de polarización en directo el SCR se comporta también como un diodo común, siempre que el SCR ya haya sido activado (On). Ver los puntos D y E.Para valores altos de corriente de compuerta (IG) (ver punto C), el voltaje de ánodo a cátodo es menor (VC).Si la IG disminuye, el voltaje ánodo-cátodo aumenta. (ver el punto B y A, y el voltaje ánodo-cátodo VB y VA).Concluyendo, al disminuir la corriente de compuerta IG, el voltaje ánodo-cátodo tenderá a aumentar antes de que el SCR conduzca (se ponga en On, esté activo)

Características Interruptor casi ideal Amplificador eficaz Fácil controlabilidad Características en función de situaciones pasadas (memorias). Soportan altas tensiones Capacidad para controlar Grandes Potencias Relativa rapidez

CARACTERÍSTICAS ESTÁTICASCorresponden a la región ánodo- cátodo y son los valores máximos que colocan al elemento en un limite de sus posibilidadesVrwm. Vdrm, Vt, Itav, Itrms, Ir,Tj, IhCARACTERÍSTICAS DINÁMICASTensiones transitoriasSon valores de tensión que van superpuesto a la señal sinusoidal de la fuente de alimentación. Son de escasa duración, pero de amplitud considerable.CARACTERÍSTICAS DE CONMUTACIÓNLos tiristores necesitan un tiempo para pasar de bloqueo a conducción y viceversa. Para frecuencias inferiores a 400hz podemos ignorar estos efectos. En la mayoría de las aplicaciones se requiere una conmutación mas rápida por lo que este tiempo de tenerse en cuenta.

CARACTERÍSTICAS POR TEMPERATURADependiendo de las condiciones de trabajo de un tiristor, este disipa una cantidad de energía que produce un aumento de la temperatura en las uniones del semiconductor. Este aumento de la temperatura produce un aumentó de la corriente de fuga, creando un fenómeno de acumulación de calor que debe ser evitado. Para ello se colocan Disipadores de calor.LOS PARÁMETROS DE RENDIMIENTO DEL SCR SON:- VRDM: Máximo voltaje inverso de cebado (VG = 0)- VFOM: Máximo voltaje directo sin cebado (VG = 0)- IF: Máxima corriente directa permitida.- PG: Máxima disipación de potencia entre compuerta y cátodo.- VGT-IGT: Máximo voltaje o corriente requerida en la compuerta (G) para el cebado- IH: Mínima corriente de ánodo requerida para mantener cebado el SCR- dv/dt: Máxima variación de voltaje sin producir cebado.- di/dt: Máxima variación de corriente aceptada antes de destruir el SCR.

Aplicaciones del SCR

Las aplicaciones de los tiristores se extiende desde la rectificación de corrientes alternas, en lugar de los diodos convencionales hasta la realización de determinadas conmutaciones de baja potencia en circuitos electrónicos, pasando por los onduladores o inversores que transforman la corriente continua en alterna.La principal ventaja que presentan frente a los diodos cuando se les utiliza como rectificadores es que su entrada en conducción estará controlada por la señal de puerta. De esta forma se podrá variar la tensión continua de salida si se hace variar el momento del disparo ya que se obtendrán diferentes ángulos de conducción del ciclo de la tensión o corriente alterna de entrada. Además el tiristor se bloqueará automáticamente al cambiar la alternancia de positiva a negativa ya que en este momento empezará a recibir tensión inversa. Por lo anteriormente señalado el SCR tiene una gran variedad de aplicaciones, entre ellas están las siguientes:· Controles de relevador.· Circuitos de retardo de tiempo.· Fuentes de alimentación reguladas.· Interruptores estáticos.· Controles de motores.· Recortadores.· Inversores.· Ciclo conversores.· Cargadores de baterías.· Circuitos de protección.· Controles de calefacción.· Controles de fase.Ventajas

Requiere poca corriente de gate para disparar una gran corriente directa Puede bloquear ambas polaridades de una señal de A.C. Bloquea altas tensiones y tiene caídas en directa pequeñas

Desventajas El dispositivo no se apaga con Ig=0 No pueden operar a altas frecuencias Pueden dispararse por ruidos de tensión Tienen un rango limitado de operación con respecto a la temperatura

Efectos con cargas inductivas

Cuando la carga del SCR es una carga inductiva, (se comporta como un inductor), es importante tomar en cuenta el tiempo que tarda la corriente en aumentar en una bobina.El pulso que se aplica a la compuerta debe ser lo suficientemente duradero para que la corriente de la carga iguale a la corriente de enganche y así el tiristor se mantenga en conducción.En este tipo de cargas, la corriente puede, en principio, cambiar tan súbitamente como lo haga la tensión. Pero si el circuito es inductivo, como es el caso de losMotores eléctricos, entonces la corriente no puede sufrir cambios bruscos, pudiendo llegar aTener un retraso considerable respecto a la tensión.Si la inductancia es alta pueden aparecer dos problemas:1). Puede ocurrir que el tiristor no llegue ni siquiera a encenderse, si resultara que al crecer muy lentamente la corriente en el momento de la activación de la compuerta, al cesar el pulso de activación, la

corriente aún no hubiera ni siquiera alcanzado el mínimo IH necesario para mantener encendido al tiristor. La solución a este problema consiste en hacer que los pulsos de encendido sean más largos.2). Si el retraso de la corriente es muy grande, puede que cuando ésta llegue a ser inferior a la corriente de mantenimiento IH, la tensión sea ya tan grande que el tiristor siga encendido, con lo cual, no se apaga nunca. Para evitar este problema se monta en paralelo con la carga un diodo para derivar por él el exceso de corriente que hace que el tiristor no se cierre a su tiempo.Grafica de la corriente y voltajeCon carga inductiva

Conclusión

Un SCR posee tres conexiones: ánodo, cátodo y puerta. La puerta es la encargada de controlar el paso de corriente entre el ánodo y el cátodo. Funciona básicamente como un diodo rectificador controlado, permitiendo circular la corriente en un solo sentido. Mientras no se aplique ninguna tensión en la puerta del SCR no se inicia la conducción y en el instante en que se aplique dicha tensión, el tiristor comienza a conducir. El pulso de disparo ha de ser de una duración considerable, o bien, repetitivo. Según se atrase o adelante éste, se controla la corriente que pasa a la carga. Una vez arrancado, podemos anular la tensión de puerta y el tiristor continuará conduciendo hasta que la corriente de carga disminuya por debajo de la corriente de mantenimiento. Trabajando en corriente alterna el SCR se desexcita en cada alternancia o semiciclo. Trabajando en corriente continua, se necesita un circuito de bloqueo forzado.Cuando se produce una variación brusca de tensión entre ánodo y cátodo de un tiristor, éste puede dispararse y entrar en conducción aún sin corriente de puerta. Por ello se da como característica la tasa máxima de subida de tensión que permite mantener bloqueado el SCR. Este efecto se produce debido al condensador parásito existente entre la puerta y el ánodo.Los SCR se utilizan en aplicaciones de electrónica de potencia, en el campo del control, debido a que puede ser usado como interruptor de tipo electrónico.

Bibliografía

http://proton.ucting.udg.mx/temas/circuitos/omar/Omar.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador_controlado_de_siliciohttp://www.viasatelital.com/proyectos_electronicos/scr.htmhttp://www.unicrom.com/Tut_scr.asp 

Leer más: http://www.monografias.com/trabajos78/rectificador-controlado-silicio-scr/rectificador-controlado-silicio-scr2.shtml#ixzz3mE4YluJY

LECCIÓN 2 SCR PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

SCR

Es un dispositivo de tres terminales que se comporta como un disco rectificador,

conduce en directo y no conduce en inverso, pero adicionalmente para entrar en conducción debe inyectarse en el compuerta una corriente mayor que una corriente de compuerta mínima (IGmin) que es diferente para cada referencia de SCR, la aplicación de la corriente de compuerta cuando el SCR está en directo para que entre en conducción se llama el disparo del SCR.

Una vez que el SCR ha entrado en conducción, se mantiene así todo el tiempo que el circuito externo mantenga una corriente a través del SCR mayor que una corriente mínima de sostenimiento.

Cuando la corriente del SCR se hace menor que la corriente de sostenimiento éste deja de conducir, a este proceso se llama conmutación apagado.

Conmutación natural: cuando el circuito de carga por los voltajes aplicados hace que la corriente sea menor que la de sostenimiento.

Conmutación forzada: Cuando se coloca un circuito adicional que induzca la conmutación, hay tres formas típicas:

a. Colocar un interruptor normalmente abierto en paralelo, al cerrarlo la corriente se va por el interruptor y la corriente del SCR se vuelve cero apagándose.

b. Colocar un interruptor normalmente cerrado en serie, al abrirlo la corriente se hace cero y apaga el SCR.

c. Un circuito que inyecte una corriente de cátodo hacia ánodo de forma que la suma de las corrientes inyectada y de carga se haga menor que la corriente de sostenimiento.

Cuando el voltaje de ánodo a cátodo varía en el tiempo (dv/dt) muy rápido el SCR puede entrar en conducción sin corriente de compuerta, ésta es una situación indeseada y se debe de evitar pues produce estados de conducción no deseados.

Las características principales de un SCR son:

ITmax : Máxima corriente que puede conducir (pico, RMS o promedio)

VDmax : Máximo voltaje entre ánodo o cátodo (inverso o directo en no conducción).

IGTmin :Corriente de compuerta mínima para producir el dispatro.

VGTmax :Voltaje compuerta cátodo máximo

Ihold min : Corriente de sostenimiento mínima.

VFON :Voltaje ánodo cátodo cuando está en conducción

dv/dt max : Máxima variación de voltaje admisible sin disparo

APLICACIONES DE SCR

Existen muchas aplicaciones de SCR de las cuales se indican aquí unas pocas.

DISPARO DE UNA ALARMA

El reed switch se cierra en presencia de un campo magnético, ejemplo un imán, a través de R pasa la corriente de compuerta, el SCR entra en conducción y el relé se cierra activando la sirena, aunque el campo magnético se retire y el reed switch se abra el SCR ya que está en conducción y se mantendrá así hasta que se abra el circuito usado el pulsador normalmente cerrado (NC).

En la parte de SCR se escoge de forma que soporte la corriente que requiere la bobina del relé, la resistencia se escoge de forma que por ella pase una corriente mayor que IGTmin.

R máx V / IGTmin