Curso de Electronica de Potencia

December 13, 2016 | Author: EdsonOsmarAcosta | Category: N/A

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ELECTRONICA DE POTENCIA...

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ELECTRONICA DE POTENCIA

M.C. JUAN MANUEL GONZALEZ ROSAS 1

ELECTRONICA DE POTENCIA

ES LA APLICACIÓN DE LA ELECTRÓNICA DE ESTADO SÓLIDO PARA EL CONTROL Y LA CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

2

HISTORIA DE LA ELECTRONICA DE POTENCIA * Inicia en 1900 con el rectificador de arco de mercurio * Rectificador de tanque metálico * Rectificador de tubo de alto vacío rejilla controlada * Ignitrón * Fanotrón * Tiratrón * 1948 invención transistor de silicio (Lab. Bell telephone). * 1956 transistor de disparo pnpn por (Lab. Bell telephone). * 1958 tiristor comercial por (general electric company).

3

APLICACIONES DE LA ELECTRONICA DE POTENCIA * AMPLIFICADORES DE AUDIO * CARGADORES DE BATERIAS * CALDERAS * COMPUTADORAS * CONTROL LINEAL MOTOR DE INDUCCION * ELECTRONIMANES * ELEVADORES * EXCITADORES DEL GENERADOR * GRUAS Y TORNOS * IGNICION ELECTRONICA * PRECIPITADORES ELECTROSTATICOS * LOCOMOTORAS * VEHICULOS ELECTRICOS * CONTROLES DE MOTOR * FUENTES DE ALIMENTACION * INTERRUPTORES ESTATICOS * RELEVADORES ESTATICOS, ETC 4

APLICACIONES DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

5

RECTIFICADORES

6

RECTIFICADOR MONOFASICO DE MEDIA ONDA

VD

Vs = Vm sen ωt Vm

Is 0 Alimentación de ca

Vs = Vm sen ωt

Resistencia de carga

R

VL

π

2π

π

2π

t

-Vm VL

-

-

0

Diagrama de circuito

7

t

RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA Vs = Vm sen ωt Vm Diodo 1

t

0 Resistencia de carga

Alimentación de ca

RL

- Vm Vm /2

V0

Diodo 1 Diagrama de circuito

t

0 ( b ) Formas de onda de voltaje

Vs = Vm sen ωt

-

Vm Alimentación de ca

-

Vs = Vm sen ωt

IL

0

-

-

Diagrama de circuito

t

t

8

t

RL

-

- Vm Vm

0

V0

( b ) Formas de onda de voltaje

RECTIFICADOR MULTIFASE EN ESTRELLA

V vm

D1 1

2

D3

5

4

D4 D5 Dq

v3

v4

v5

vq

ωt π/2

3 N

v2

0

D2 q

v1

π

2π

-vm

. .

R vm D1 on

D2 on

D3

D4

D5

Dq

0

ωt π/q

2π/q

4π/q

6π/q

8π/q

10π/q

9

2π

14π/q

16π/q

PUENTES DE DIODOS MONOFASICOS

10

PRACTICA 3

RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA Vs = Vm sen ωt

MATERIAL y EQUIPO

Vm

4 diodos 1N4001 Resistencia 10 KΩ

t

0

Transformador 127 VCA/1 A Osciloscopio

- Vm

Voltimetro digital

Vm

V0

t

0 ( b ) Formas de onda de voltaje

Transformador 127 vca / 1 A

D1 Alimentación de ca

-

Vs = Vm sen ωt

D2 IL

-

D3

-

D4

RL = 10 kΩ -

-

Diagrama de circuito

11

PRACTICA 3 (PROCEDIMIENTO)

RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA 1.- Arme el circuito y energízelo. 2.- Mida con el osciloscopio el voltaje en el secundario del transformador y compárelo con respecto al voltaje de entrada del transformador. 3.- Medir con el otro canal en voltaje después del puente rectificador, compárelo con el voltaje del secundario del transformador. 4.- Anote sus observaciones y conclusiones. NOTA: TENGA CUIDADO CON EL VOLTAJE DE LINEA 127 VCA NO TOQUE LA LINEA SI ESTÁ MOJADO. 12

PRACTICA 4 (PROCEDIMIENTO)

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA A 127 VCA

D1

-

Alimentación 127 vca

D2 IL

-

D3

D4

RL = 10 kΩ -

C1 -

-

13

-

PRACTICA 4 (PROCEDIMIENTO)

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA A 127 VCA 1.- Arme el circuito y energizelo. 2.- Mida con el osciloscopio los voltajes de línea y el de salida del rectificador y compárelos. 3.- Anote sus observaciones y conclusiones. NOTA: TENGA CUIDADO CON EL VOLTAJE DE LINEA 127 VCA NO TOQUE LA LINEA SI ESTÁ MOJADO.

14

RECTIFICADOR TRIFASICO EN PUENTE

iL

ic

Vm

c

D1

Vcn

b

D3

D5

t

0

ia

n Vbn

Vs = Vm sen ωt

Van ib

R

a

VL

0

-Vm

Vm

D4

D6

D2 t

0

15

PUENTES RECTIFICADORES TRIFASICOS

16

TIRISTORES

17

TIRISTORES

* Dispositivo semiconductor de cuatro capas de estructura pnpn con 3 uniones pn. * Tiene 3 terminales: Ánodo Cátodo Compuerta. * Los tiristores se fabrican por: Difusión

18

MODOS DE ACTIVACION DEL TIRISTOR

* * * * *

Térmica Luz Alto voltaje dv / dt Corriente de compuerta

19

TIPOS DE TIRISTORES * Tiristores de control de fase (SCR) * Tiristores de conmutación rápida (SCR) * Tiristores de desactivación por compta.(GTO) * Tiristores de triodo bidireccional (TRIAC) * Tiristores de conducción inversa (RCT) * Tiristores de inducción estática (SITH) * Rectificador controlado de silicio por luz (LASRC) * Tiristores controlados por fet (FET-CTH) * Tiristores controlados por mos (MCT) * Transistor de unijuntura (UJT) 20

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO (SCR)

21

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO (SCR)

* Es un interruptor de estado sólido unidireccional que puede funcionar tanto con corriente continua como con corriente alterna. Como su nombre lo indica, el SCR es un rectificador de silicio, el cual tiene un tercer terminal llamado “GATE” (puerta o compuerta) para propósito de control.

22

23

39

PRESENTACIONES DEL SCR

24

VERIFICACION DEL ESTADO DEL SCR Se prueba del siguiente modo: * Entre ánodo y cátodo deberá marcar una resistencia superior a los 100K en ambos sentidos. * Entre compuerta y cátodo debe marcar como un diodo convencional. alta resistencia en un sentido y baja resistencia en el otro. * Entre compuerta y ánodo deberá marcar una resistencia mayor de 1 MΩ en ambos sentidos.

25

DETERMINACION DE TERMINALES DEL SCR Disponga el MULTIMETRO en modo de medición de diodos: 1 Escoga dos terminales cualquiera del SCR con las puntas del MULTIMETRO y observe si existe conducción.

2 Continúe las mediciones en todas las terminales del SCR hasta encontrar una combinación, en la cual si le indicará conducción. 3 En la conexión del SCR con el MULTIMETRO en conducción, la punta roja le indicará la compuerta y la negra el cátodo, por lo tanto la otra es el ánodo.

26

APLICACIONES DE LOS SCR´S * * * * * * * * * * * *

Controles de relevador. Circuitos de retardo de tiempo. Fuentes de alimentación reguladas. Interruptores estáticos. Controles de motores. Recortadores. Inversores. Cicloconversores. Cargadores de baterías. Circuitos de protección. Controles de calefacción. Controles de fase. 27

CURVA CARACTERISTICA DE SCR IA

REGION DE CONDUCCION DIRECTA

VOLTAJE INVERSO DE RUPTURA

CORRIENTE DE MANTTO.

IG VF

V(BR)F REGION INVERSA DE BLOQUEO

28

ESTRUCTURA INTERNA DEL SCR ANODO

P N

P

N P COMPUERTA

N

CÁTODO

29

41

DISPARO DEL SCR ANODO

+ IA P N

P

N P VG COMPUERTA

IG

N

CÁTODO

30

CONDUCCION DEL SCR ANODO

+

IA

P N

P

N VG = 0

P N

COMPUERTA

CÁTODO

31

43

OPERACIÓN DEL SCR * Si no se aplica voltaje alguno a un, aparecen ciertas zonas desprovistas de cargas en cada una de las uniones pn, y que se han indicado: J1, J2 y J3. A

P1 J1 N1 J2 G

P2 J3 N2 K

32

OPERACIÓN DEL SCR * Aplicando un voltaje entre ánodo y cátodo, siendo el ánodo positivo respecto al cátodo, las uniones j1 y j3 se polarizan en sentido directo y se hacen más estrechas, mientras que la unión j2 se polariza en sentido inverso y su zona de agotamiento se hace más ancha. +

A P1 J1 N1 J2 P2

G

J3 N2

K

33

OPERACIÓN DEL SCR * Si mantenemos el voltaje entre ánodo y cátodo se aplica un impulso positivo a la compuerta, los electrones fluyen a través de la unión j3, y parte de la corriente de cátodo atraviesa la unión j2. El flujo de electrones a través de la unión j2 es causa de que la región de agotamiento se estreche. +

A p1 J1 N1 J2

+

P2

G

J3 2 NN 2

K

-

34

OPERACIÓN DEL SCR * AL AUMENTAR LA POLARIZACION DIRECTA EN LA UNION J1 UN CIERTO NUMERO DE HUECOS ATRAVIESAN DICHA UNION, LO CUAL SE HA REPRESENTADO EN LA FIGURA MEDIANTE UNA FLECHA BLANCA. +

A

P1

J1

N1 J2 +

P2

G

J3 NN 2 2

K

-

35

47

OPERACIÓN DEL SCR * Debido al efecto del transistor normal, algunos de los huecos del cristal p1 fluyen hacia el cristal p2 a través del cristal n1 (flecha blanca en la figura). +

A

P1

N1 + G

J1

J2

P2 J3 N2N2

- K

36

OPERACIÓN DEL SCR * EL EFECTO ACUMULATIVO, INICIADO POR EL IMPULSO POSITIVO APLICADO ENTRE EL ELECTRODO DE GOBIERNO Y CATODO, CONTINUA RAPIDAMENTE HASTA QUE LA UNION J2 DESAPARECE TOTALMENTE, EN CUYO INSTANTE CIRCULA A TRAVES DEL SCR UNA CORRIENTE DIRECTA DE GRAN INTENSIDAD A

+

P1

J1

N1 J2 + G

P2 J3 N2

- K

37

49

MODOS DE APAGADO DEL SCR

38

MODOS DE APAGADO DEL SCR * INTERRUPCION DE CORRIENTE ANODICA:

Se abre el circuito, el cual deja de conducir y baja la corriente de mantenimiento, apagando el SCR.

RL A SCR K

G VCD

SW IA

-

39

MODOS DE APAGADO DEL SCR * CONMUTACION FORZADA: Cuando aplicamos un pulso a la base del transistor, este conduce conectando a la batería con polaridad opuesta a la del SCR, provocando una disminución de la corriente de mantenimiento. Lo cual apaga al SCR. V+

RL

A RELAY

K G

-

+ VB

R

IA

-

Vi

-

40

PRACTICA 4

DISPARO Y MODOS DE APAGADO DEL SCR foco

MATERIAL y EQUIPO 1 SCR C106D 1 Transistor BD 137 3 Capacitores 1 μF / 50 V 1 Resistencia 1 KΩ 2 Resistencias 1 MΩ 1 Bateria 1.5 V 1 Foco 12 V 1 Fuente de 12 VCD 1 Relevador 12 VCD 2 C.I. NE555

RL

IA

+

A RELAY

12 VCD -

K

C.N.O.

G

-

+

-

SW

R

VB

T1

MULTIVIBRADOR MONOESTABLE

Vi

-

555

-

MULTIVIBRADOR MONOESTABLE 555

-

41

-

PRACTICA 4 (PROCEDIMIENTO)

MODOS DE APAGADO DEL SCR 1.- Arme el circuito y energizelo. 2.- Dispare el SCR y observe que se enciende el foco. 3.- Apagado por interrupción de corriente anódica, abra el interruptor SW y observe que el foco se apaga. 4.- Apagado por conmutación forzada, aplique un pulso a la base del transistor y observe que el foco se apaga.

42

PRACTICA 6

DISPARO SECUENCIAL MULVIBRADORES MONOESTABLE

+5 V

+5 V

4 R1 10 KΩ 2

R3

R3

R3

1 MΩ

1 MΩ

1 MΩ

6

8

4

7 R1 10 KΩ

C 4.7 µF

555

2

3

R2 10 KΩ

+5 V

1

1 µF

R4

330 Ω

6

8

4

7 C 10 µF

555

1

1 µF

R4

330 Ω

-

-

2

3

R2 10 KΩ

R1 10 KΩ

6

8

7 C 15 µF

555 3

R2 10 KΩ

1

R4

330 Ω

-

-

43

SCR´S CONECTADOS EN SERIE

* En aplicaciones de líneas de transmisión, el índice de voltaje requerido excede el voltaje que puede proporcionar un solo SCR. DESVENTAJAS: 1.- Distribución desigual del voltaje entre SCR´s. 2.- Diferencias en las características de recuperación

44

DISTRIBUCION DESIGUAL DEL VOLTAJE * Las corrientes de fuga de T1 y T2 son iguales. * El voltaje en T1 será más alto que en T2 como corriente de fuga de T1. * Características de bloqueo de 2 SCR´s.

CORRIENTE DE ESCAPE

0

VA1

VA2

45

ECUALIZACION DE LA RESISTENCIA * Método para compensar la diferencia en voltajes anódico. * R1 y R2 forzan a los tiristores a tener voltajes iguales * Antieconomico y fuera de la realidad.

R1

T1

R2

T2

46

DIFERENCIA EN LAS CARACTERISTICAS DE RECUPERACION * Diferencia en la recuperación del estado de bloqueo después de que el SCR T1 se apaga y después T2, existirá un bloqueo cuando se quiera volver a disparar los SCR´s, debido a que se tienen que remover primero las cargas almacenadas de T1 CORRIENTE ANODICA

T1 T2

R

R

T1

T2

t R1

C1

R1

47

C1

DISPARO DE SCR´S CONECTADOS EN SERIE * Diferentes SCR´s tienen diferente tiempo de encendido, solución: elevar la corriente de compuerta a un alto índice. * Las compuertas de los circuitos se encuentran a un considerable potencial respecto de tierra. * El circuito. de disparo debe tener características de rápido incremento cuando encuentre un alto índice de aumento de voltaje. * Usar transformador de pulsos con secundarios multiples.

48

CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR´S EN SERIE

R3

R4

PULSO DE DISPARO AL SCR 1

PULSO DE ENTRADA

PULSO DE DISPARO AL SCR 2

PULSO DE DISPARO AL SCR 3

TRANSFORMADOR DE PULSOS

R2

C2

C5

T2

T1

R1

R5

PULSO DE DISPARO

C1

CIRCUITO DE DISPARO-ESCLAVO

49

PROBLEMAS EN SCR´S EN PARALELO

* En los SCR´s en paralelo su corriente puede ser no apropiada debido a: * El SCR que tenga menor resistencia dinámica tendrá a tomar más corriente, lo cual elevará su temperatura en comparación de los otros, reduciendo aun más su resistencia dinámica y aumentando la corriente que pasa por el, el proceso es acumulativo y continua hasta que el SCR se perfora.

50

SCR´S CONECTADOS EN PARALELO * Conectando inductancias en cada SCR. * Conectar una resistencia variable en serie con la compuerta en cada uno de los SCR y ajustar la sensibilidad.

+ +

T1

T2 T1

R1

R2

R1

.

T1

T2 R2

.

RL

L1

-

-

51

T2 L2

ÁNGULO DE DISPARO Y CONDUCCIÓN ÁNGULO DE DISPARO: Es el número de grados de un ciclo de AC que transcurren antes que el SCR pase al estado de conducción. ÁNGULO DE CONDUCCIÓN: Es el número de grados suplementarios que dura el SCR encendido

52

ÁNGULO DE DISPARO Y CONDUCCIÓN Variando R1, la carga de C1 será menor o mayor, hará que el ángulo de disparo varíe.

RL

Vm

V0

A

R1

K

127 VCA

0 180

G

t 360

ANGULO DE

C1

DISPARO ANGULO DE CONDUCCION

FORMAS DE ONDA

53

PROBLEMA DE VERIFICACIÓN DE POTENCIA DISIPADA DATOS: RL = 40 Ω V = 115 Vrms VT = caída de voltaje del SCR Pdisp. = ? Angulo de disparo Θ = 00 Potencia en semiciclo negativo = 0 w. Vavg = 0.9 Vrms = (0.9) (115 V) = 103.5 V ITavg = (Vavg – VT) / RL = (103.5 V – 1.5 V) / 40 Ω = 2.55 A P(semi +) = VT ITavg = ( 1.5 V) (2.55 A) = 3.83 W Pavg = P(semi +) / 2 = 3.83 W / 2 = 1.91 W 54

PRACTICA 5

VARIACION DEL ANGULO DE DISPARO-CONDUCCION DEL SCR RL

MATERIAL y EQUIPO SCR C106D

D A

RL = foco de 40 watts. R1 = 1 MΩ C1 = 0.1 μF / 200 V D = 1N4001

R1 K

127 VCA G C1

Osciloscopio Voltímetro digital

55

PRACTICA 5

VARIACION DEL ANGULO DE DISPARO-CONDUCCION DEL SCR

RL = 40 W / 220 VCA D

Iτ

R1

220 VCA / 50 Hz

A

R2 R3

K G

C1

56

PRACTICA 5 (PROCEDIMIENTO)

VARIACION DEL ANGULO DE DISPARO-CONDUCCION DEL SCR 1.- Arme el circuito y energizelo. 2.- Medir el voltaje con el osciloscopio en el ánodo del diodo. 3.- Varíe el valor del potenciometro con el cursor al valor mínimo y observe la señal. 4.- Varíe el valor del potenciometro con el cursor al valor máximo y observe la señal. NOTA: TENGA CUIDADO CON EL VOLTAJE DE LINEA 127 VCA NO TOQUE LA LINEA SI ESTÁ MOJADO. 57

PRACTICA 5

DISPARO SECUENCIAL DE SCR`S +12 V

CARGA 1

CARGA 1

+ CSR1

+

3.3 µF

C106D

CSR2

-

+

3.3 µF

C106D

CSR3

-

+5 V

RH 10 KΩ

CARGA 1

CSR4 C106D

3.3 µF

C106D -

+5 V

-

+5 V

+5 V 1 MΩ

4 10 KΩ C1

R1

+

2

1 µF 10 KΩ

R2

R3

8

6

+ 1 µF

7

555

C2

C3

+

10 KΩ C4

3 1

4

-

2

+ 1 µF 10 KΩ 330 Ω

R4

R5

R7

8

6

+ 1 µF

7

555

C5

C6

+

3 1

2

+ 1 µF

R11

8

6

+ 1 µF

7

555

C8

+

3 1

4

C9

10 KΩ

R13

+

2

-

R10

10 KΩ 330 Ω

R8

-

R9

10 KΩ C7

-

R6

4

C10

-

6 +

7

+ 1 µF

555

-

1

R16

330 Ω

-

-

58

C11

3

R14

10 KΩ 330 Ω

R12

R15

8

1 µF C12

DIAC

59

DIAC * Dispositivo semiconductor que permite el disparo de la corriente en

cualquier dirección cuando se sobrepasa determinado valor del voltaje de ruptura y puede disparar un SCR. I ANODO 1

ANODO 1

-V

IBR BR

-I BR

VBR

V

ANODO 2

ANODO 2

VBR1 = VBR2 + 10 % VBR1 -

CURVA CARACTERISTICA

60

TRIAC

61

TRIAC * Dispositivo de control de 3 terminales. * Formado por 2 scr en antiparalelo. * Maneja voltajes AC.

62

ESTRUCTURA DEL TRIAC TERMINAL PRINCIPAL 2 TERMINAL PRINCIPAL 2

. COMPUERTA

COMPUERTA TERMINAL PRINCIPAL 1

.

. TERMINAL PRINCIPAL 1

63

ESPECIFICACIONES DEL TRIAC

ITMS

= Corriente máxima de trabajo.

VMT1-2 = Voltaje máximo entre MT1 Y MT2. IH

= Corriente mínima para mantener el TRIAC encendido.

VGF

= Voltaje máximo directo aplicado a la compuerta.

IGF FT

= Corriente máxima directa aplicada a la compuerta. = Frecuencia máxima de trabajo.

64

CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC IT

II CUADRANTE

I CUADRANTE

IG

IH -VMT1-2(BR)

VMT1-2(BR) -IG

III CUADRANTE

-IH

IV CUADRANTE

65

CUADRANTES DE DISPARO DEL TRIAC El triac es un dispositivo bidireccional debido a que conduce en ambas direcciones, al aplicar una corriente pequeña de señal aplicada entre la compuerta y MT1.

66

CUADRANTES DE DISPARO DEL TRIAC

67

DISPARO DEL TRIAC (1er cuadrante) El primer modo del primer cuadrante designado por I (+), es aquel en el que el voltaje del ánodo MT2 y la tensión de la compuerta son positivas con respecto al ánodo MT1 y este es el modo más común (Intensidad de compuerta entrante). La corriente de compuerta circula internamente hasta MT1, en parte por la unión P2N2 y en parte a través de la zona P2. Se produce la natural inyección de electrones de N2 a P2, que es favorecida en el área próxima a la compuerta por la caída de voltaje que produce en P2 la circulación lateral de corriente de compuerta. Esta caída de voltaje se simboliza en la figura por signos + y -. Parte de los electrones inyectados alcanzan por difusión la unión P2N1 que bloquea el potencial exterior y son acelerados por ella iniciándose la conducción.

68

DISPARO DEL TRIAC (2er cuadrante) El Segundo modo, del tercer cuadrante, y designado por III(-) es aquel en el que el voltaje del ánodo MT2 y el de la compuerta son negativos con respecto al ánodo MT1 (Intensidad de compuerta saliente). Se dispara por el procedimiento de puerta remota, conduciendo las capas P2N1P1N4. La capa N3 inyecta electrones en P2 que hacen más conductora la unión P2N1. El voltaje positivo de T1 polariza el área próxima de la unión P2N1 más positivamente que la próxima a la puerta. Esta polarización inyecta huecos de P 2 a N1 que alcanzan en parte la unión N1P1 y la hacen pasar a conducción.

69

DISPARO DEL TRIAC (3er cuadrante) El tercer modo del cuarto cuadrante, y designado por I(-) es aquel en que el voltaje del ánodo MT2 es positivo con respecto al ánodo MT1 y el voltaje de disparo de la compuerta es negativo con respecto al ánodo MT1( Intensidad de compuerta saliente). El disparo es similar al de los tiristores de puerta de unión. Inicialmente conduce la estructura auxiliar P1N1P2N3 y luego la principal P1N1P2N2. El disparo de la primera se produce como en un tiristor normal actuando T1 de puerta y P de cátodo. Toda la estructura auxiliar se pone al voltaje positiva de T2 y polariza fuertemente la unión P2N2 que inyecta electrones hacia el área de potencial positivo. La unión P 2N1 de la estructura principal, que soporta el voltaje exterior, es invadida por electrones en la vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conducción.

70

DISPARO DEL TRIAC (4er cuadrante) El cuarto modo del Segundo cuadrante y designado por III(+) es aquel en el que el voltaje del ánodo T2 es negativo con respecto al ánodo MT1, y el voltaje de disparo de la compuerta es positivo con respecto al ánodo MT1(Intensidad de compuerta entrante). El disparo tiene lugar por el procedimiento llamado de puerta remota. Entra en conducción la estructura P2N1P1N4. La inyección de N2 a P2 es igual a la descrita en el modo I(+). Los que alcanzan por difusión la unión P2N1 son absorbido por su potencial de unión, haciéndose más conductora. El potencial positivo de puerta polariza más positivamente el área de unión P2N1 próxima a ella que la próxima a T1, provocándose una inyección de huecos desde P2 a N1 que alcanza en parte la unión N1P1 encargada de bloquear el voltaje exterior y se produce la entrada en conducción.

71

RECOMENDACIONES EN EL CONTROL DE POTENCIA 1.- Para disparar un tiristor (triac), una corriente de compuerta ≥ IGT debe aplicarse hasta que la corriente de carga sea ≥ IL. Esta condición debe encontrarse también al bajar la temperatura de funcionamiento esperada. 2.- Para apagar (conmutar) un tiristor (o triac), la corriente de carga debe ser < IH por un tiempo suficiente para permitir que este retorne al estado de bloqueo. Esta condición tiene que ser satisfecha para alcanzar la mejor operación con la temperatura. 3.- Cuando se diseña un circuito de disparo para triacs, trataremos de no dispararlo al mismo en el 3o cuadrante (MT2-,G+) cuando esto sea posible. 72

RECOMENDACIONES EN EL CONTROL DE POTENCIA 4.- Para minimizar el ruido que toma la compta; el largo de conexión tiene que ser lo más corto posible. El retorno al terminal MT1 (o cátodo) tiene que retornar en forma directa al terminal propiamente dicho. Colocar una resistencia no mas de 1 kΩ, entre las terminales de compta. y MT1 o cátodo. Una red snubber es aconsejable para la compta. La opción de usar la serie H de triacs, si lo anterior es insuficiente. 5.- Cuando altas dvV/dt o dvCOM/dt es probable que causen problemas, una solución es la colocación de una red snubber entre las terminales MT1 y MT2. Cuando altas dvCOM/dt son probables, la colocación de un inductor de algunos mH en serie con la carga minimiza el problema, el uso de Hi-com es una solución alternativa para ambos casos. 73

RECOMENDACIONES EN EL CONTROL DE POTENCIA 6.- Si el voltaje VDRM del triac es probablemente superada, por transitorios de línea se pueden adoptar las siguientes medidas: * limitar la di/dt con una inductancia no saturable de algunos μH en serie con la carga. * Usar MOV entre la alimentación en combinación con filtros del lado de la alimentación. 7.- Un buen circuito de disparo y evitar los disparos en el en 3 o cuadrante mejora notablemente la capacidad de absorción de diT/dt. 8.- Si la diT/dt se espera superar un inductor de núcleo de aire de algunos μH o un termistor NTC debe ser colocado en serie con la carga, o en el circuito de control (este ultimo circuito de disparo). Una alternativa puede ser el empleo de circuitos de disparo por cruce por cero para cargas resistivas. 74

APLICACIONES DE LOS TRIACS

RL RL

R

G

127 VCA

R2 = 100

C

127 VCA

SW

MT2

R1

MT2

CARGAS INDUCTIVAS

MT1 G

MT1 C1

DIAC

C2 = 0.1 uF

INTERRUPTOR DE C.A.

75

CONTROL DE POTENCIA

RL

127 VCA

R2 = 100

C

MT2

R1

CARGAS INDUCTIVAS

MT1 G C1

DIAC

C2 = 0.1 uF

Vm

V0

0

t

180

360

ANGULO DE DISPARO ANGULO DE CONDUCCION

FORMAS DE ONDA

76

PRACTICA 6

CONTROL DE POTENCIA CON TRIAC Foco 40 w.

1

MATERIAL y EQUIPO

MT2

R1

127 VCA

R2 = 100

C

Triac TIC 220D Diac Capacitor 0.1 μF/200 v Potenciometro 1 MΩ Foco de 40 watts. Osciloscopio Voltimetro digital

CARGAS INDUCTIVAS

MT1 G C1

DIAC

C2 = 0.1 uF

2

Vm

V0

0 180

t 360

ANGULO DE DISPARO ANGULO DE CONDUCCION

FORMAS DE ONDA

77

PRACTICA 6 (PROCEDIMIENTO)

CONTROL DE POTENCIA CON TRIAC 1.- Arme el circuito y energizelo. 2.- Medir el voltaje con el osciloscopio en el punto 1 y observe. 3.- Varíe el valor del potenciometro con el cursor al valor máximo, observe la señal e identifique el ángulo de disparo. 4.- Varíe el valor del potenciometro con el cursor al valor mínimo y observe la señal e identifique el ángulo de conducción. NOTA: TENGA CUIDADO CON EL VOLTAJE DE LINEA 127 VCA NO TOQUE LA LINEA SI ESTÁ MOJADO. 78

TRANSISTOR MONOUNION

(UJT)

79

TRANSISTOR MONOUNION (UJT) * Se utiliza para generar señales de disparo en los SCR * Transistor formado por una resistencia de silicio ( de 4 a 9 KΩ) tipo N * Tiene 3 terminales: Emisor (E), Base 1, (B1) y Base 2 (B2)

80

PARAMETROS DEL TRANSISTOR MONOUNION (UJT) VBB = Voltaje interbase rBB = Resistencia interbase

rBB = rB1 + rB2

VE = Voltaje de emisor IE

= Corriente de emisor

VB2 = Voltaje en B2, (de 5 a 30 V para el UJT polarizado) VP = Voltaje de disparo IP

VP = VrB1 + VD

= Intensidad de pico (de 20 a 30 μA)

VV = Voltaje de valle de emisor IV = Intensidad de valle de emisor VD = Voltaje directo de saturación del diodo emisor (de 0.5 y 0.7 V) μ

= Relación intrínsica (de 0.5 a 0.8)

μ = rB1 / (rB1 + Rb2) 81

TRANSISTOR MONOUNION (UJT) RBB = resistencia entre bases (4.7 k < RBB < 9.1 k) RBB = RB1 + RB2 ] IE = 0 η = Relación intrinsica ( 0.51 a 0.82) η = RB1 / (RB1 + RB2 ) con IE = 0 B2 RB2 IE

E

+

VE -

-

VBB

RBB = RB1 + RB2 ] IE = 0 RB1

B1

ηV

BB ]IE=0

-

-

Circuito equivalente del UJT

82

CURVA CARACTERISTICA DEL UJT

Región de corte

VE

VP

Región de resistencia negativa

Región de saturación

VBB = 10 V Punto de valle VE (sat) VV

IP

IV

50

IE (mA)

IEO(μa) 83

PRACTICA 7

DISEÑO OSCILADOR DE RELAJACION VCC

MATERIAL y EQUIPO UJT: 2N 2646 C1 = 0.01 μF Osciloscopio Voltímetro digital Protoboard

CONSIDERACIONES DE DISEÑO: η = 0.66 2 kΩ < RB2 < 3 kΩ 3 kΩ < R1 < 3 MΩ 0 Ω < RB1 < 100 Ω 10 V < V1 < 35 V Vcc = 12 V f = 10 Khz

R1

RB2 B2

VE

B1

C1

Vo

RB1 -

-

RB2 = 1000 / η Vcc = 1000 / (0.66)(12 V) = 1260 Ω T = 1 / f = R 1C 1 R1 = 1 / f C1 = 1/ (10 000 hz)(0.01 x 10-6 F) = 10 kΩ RB2 = 47 Ω seleccionada en el rango de diseño 84

PRACTICA 7 (PROCEDIMIENTO)

DISEÑO OSCILADOR DE RELAJACION 1.- Arme el circuito y energizelo. 2.- Medir el voltaje con el osciloscopio en base 1 y observe el tipo de onda generada. 3.- Mida la frecuencia y compárela con la del diseño. 4.- Conclusiones:

85

INTERRUPTOR APAGADO POR COMPUERTA (GTO)

86

INTERRUPTOR APAGADO POR COMPUERTA (GTO)

Anodo

Anodo

p n Compuerta

p

Compuerta

n Cátodo

Cátodo

Símbolo

Construcción básica

87

CARACTERISTICAS DEL GTO * El GTO aventaja al scr porque puede ser encendido o apagado aplicando un pulso adecuado a la compuerta cátodo. * Como consecuencia de esta capacidad de encendido es un aumento de corriente de compuerta requerida por disparo. * En un SCR en particular la corriente de disparo es de 30 μA y la corriente de disparo del GTO es de 20 μA. * La corriente de apagado del GTO es ligeramente más grande que la que se requiere para encenderla. * El GTO tiene una conmutación mejorada. * El tiempo de encendido del SCR y el GTO son similares. * El tiempo de apagado del GTO es más rápido que el SCR. 88

GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA

200 V R2

8.2 KΩ A G

K

+

VZ

-

GTO G6D + Vo

C1

0.1 μF

R3 -

-

1 KΩ

-

-

89

PRACTICA 10 (PROCEDIMIENTO)

VOLTAJE 127 VCA “FLOTANTE” 1.- Arme el circuito anterior y energizelo. 2.- Mida el voltaje en el secundario del transformafor 2. 3.- Conecte en VS2 un foco de 25 watts/127 vca, observe y saque sus conclusiones.

90

RELEVADORES

91

RELEVADORES RELÉ Es un sistema mediante el cuál se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo en potencia muy reducido. Es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que, por medio de un electroimán acciona uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar circuitos. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.

92

ESTRUCTURA DE UN RELEVADOR

ENTRADA

VOLTAJE DE MANDO

CIRCUITO DE MANDO

SALIDA

SISTEMA DE ACOPLAMIENTO

CIRCUITO DE CONMUTACION

93

VOLTAJE DE CONMUTACION

TIPOS DE RELEVADORES 1.- ELECTROMECANICOS:

Convencionales Polarizados Reed inversores

2.- HIBRIDOS. 3.- ESTADO SÓLIDO

94

SIMBOLOGIA DE RELEVADORES Relé con bobina y contacto

Mando electromagnético

Relé rápido *

Relé de desactivación lenta

Relé con bobina y contacto

Mando electromagnético

Relé ( bobina )

Relé con doble bobinado

Relé rápido

Relé de desactivación rápida

Relé lento a la excitación

Relé polarizado magnéticamente

95

SIMBOLOGIA DE RELEVADORES Bobina de relé diferencial

Termo-relé

Relé de corriente alterna

Relé de apoyo

Relé de remanencia

Relé de resonancia mecánica ej. 25 Hz

Relé para desenganche por corriente máxima

Relé de láminas ( Reed )

Relé para desenganche por tensión defectuosa

Electroimán de relé

Relé de temperatura. Termostato

96

CONTACTOS DE RELEVADORES Contactos abierto

Contactos cerrado

Contactos abierto

Contactos cerrado

Contactos abierto

Contactos cerrado

Contactos de trabajo

Contactos de reposo

Contactos de conmutador

Contactos de conmutador sucesivo

Conmutador símbolo genérico

Contacto electromagnético con mecanismo de anclaje

97

CARACTERISTICAS GENERALES * Aislamiento entre las terminales de entrada y de salida. * Adaptación sencilla a la fuente de control. * Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como el de salida. * Los bornes de salida del relé se caracteriza por: a).- Estado abierto, alta impedancia (CNO). b).- Estado cerrado, baja impedancia (CNC).

98

RELÉ ELECROMECANICOS Está formado por una bobina y contactos los cuales pueden conmutar corriente continua o alterna.

* * * *

Relé tipo armadura Relé de núcleo móvil Relé tipo Reed o de lengueta Relé polarizados

99

RELEVADOR TIPO ARMADURA Son los más antiguos y utilizados

100

RELEVADOR DE NÚCLEO MÓVIL Tienen un émbolo en lugar de la armadura, se utiliza un solenoide para cerrar sus contactos, debido a su mayor fuerza atractiva (es útil en el manejo de altas corrientes).

101

RELEVADOR REED O DE LENGUETA Está formado por una ampolla de vidrio, en cuyo interior están situados los contactos (pueden ser múltiples) montados sobre delgadas láminas metálicas. Sus contactos se cierran por medio de la excitación de una bobina, que está situada alrededor de dicha ampolla.

102

RELEVADORES POLARIZADOS Llevan una pequeña armadura, solidaria a un imán permanente. El extremo inferior puede girar dentro de los polos de un electroimán y el otro lleva una cabeza de contacto. Si se excita al electroimán, se mueve la armadura y cierra los contactos. Si la polaridad es la opuesta girará en sentido contrario, abriendo los contactos ó cerrando otro circuito (ó varios).

103

RELEVADORES POLARIZADOS

RELÉ DE ENCLAVAMIENTO

RELÉ ENCHUFABLE

RELÉ DE TRINQUETE EXCLUSIVO

RELÉ DE POTENCIA MINIATURA

RELÉ SELLADO HERMÉTICAMENTE

RELÉ DE ALTA CAPACIDAD

104

RELEVADOR DE ESTADO SÓLIDO Es un circuito electrónico que contiene en su interior un circuito disparado por nivel, acoplado a un interruptor semiconductor, un transistor o un tiristor. Es un producto construido y probado en fabrica. Sus partes Son: * Circuito de entrada o de control * Acoplamiento * Circuito de conmutación o de salida.

105

CARACTERISTICAS * * * * * * * *

Son rápidos Silenciosos Livianos Confiables No se desgastan Son inmunes a los choques y vibraciones Pueden manejar altas corrientes altos voltajes sin producir arcos ni ionizar el aire circundante altos voltajes sin producir arcos ni ionizar el aire circundante. * Generan poca interferencia * proporcionan varios kilovoltios de aislamiento entre la entrada y la salida 106

RELAY DE ESTADO SOLIDO

107

RELEVADORES DE ESTADO SÓLIDO

RELÉ ESTÁTICO MONOFÁSICO

RELÉ INDUSTRIAL MONOFÁSICO

RELÉ SALIDA A TRIAC

RELÉ ESTÁTICO TRIFÁSICO

RELÉ ESTÁTICO TRIFÁSICO

RELÉ MONOFASICO

108

OPTOACOPLADORES

109

OPTOACOPLADOR * Circuito de interface entre control y potencia. * Formado por 2 elementos (fuente de luz y un fotodetector. * El transmisor es un ired (diodo emisor de luz infrarojo). * El elemento de salida puede ser: fototransistor, fotodarlinton, fotoscr, fototriac, comptasl. * Existe un gran aislamiento entre la entrada y salida.

110

CARACTERISTICAS DEL OPTOACOPLADOR TRANSMISOR: IRED = (Diodo emisor de luz infraroja) IF = Corriente polarización directa del ired. VF = Voltaje de polarización directa del ired. VR = Voltaje polarización inversa máximo. FOTODETECTOR: IC = Máxima corriente de salida del colector. V(BR)CBO = Máximo voltaje de ruptura colector-base. V(BR)CEO = Máximo voltaje de ruptura colector-emisor. V(BR)ECO = Máximo voltaje de ruptura emisor-colector. IT(RMS) = Máxima corriente rms del scr. VTM = Máximo voltaje de pico de salida. VDRM = Máximo voltaje entre cátodo-ánodo.

111

CARACTERISTICAS DEL OPTOACOPLADOR IH

= Mínima corriente p/mantener la conducción del scr.

VMT1-MT2 = Voltaje máximo c.a. aplicado a MT1-MT2.

IF

IF IC

VF

VF

IF

IT VA-K

IT

VF VMT1-MT2

VCE

112

TIPOS DE OPTOACOPALADORES

113

APLICACIONES DEL OPTOACOPLADOR

24 VCD

R1 = 2.2 KΩ

R1

R2 = 10 KΩ

IF 6 5

SALIDA IC

MOC 3010

IF

NC 1

117 VCA

+5 V

+5 V

IT 1

6

RL MT2

VF TR1 2

2

G

-

4

R2

4

-

114

MT1

PRACTICA 11

INTERFACE CONTROL-POTENCIA

MATERIAL y EQUIPO 1 Optoacoplador MOC 3010 1 Temporizador 555 1 Triac TIC 220D 2 Resistencia 10 KΩ 1 Resistencia 1 MΩ 2 Resistencia 330 Ω 1 Resistencia 1 KΩ 1 Capacitor 1 µF 1 Proboard 1 Voltímetro digital

+5 V R3

117 VCA

1 MΩ

4

Paro -

R1 10 KΩ 2

Inicio -

6

8

7 C 1 µF

555 3

R2 10 KΩ

1

IT 1

R5 R4

MOC 3010

330 Ω IF

R2

foco 40 w

6 1 KΩ MT2

330 Ω TR1 2

-

G

-

4

-

115

MT1

PRACTICA 11 (PROCEDIMIENTO)

INTERFACE CONTROL-POTENCIA DESARROLLO: PASO 1 Arme el circuito y energizelo . PASO 2 Cierre el interruptor de inicio del pulso del multivibrador monoestable555, cuya duración está dado por τ = R3 C, el pulso activará el optoacoplador y este a la vez el triac de potencia que conectará el foco al voltaje de línea 127 vca. NOTA: TENGA CUIDADO CON EL VOLTAJE DE LINEA 127 VCA NO TOQUE LA LINEA SI ESTÁ MOJADO.

116

BANCO y CARGADORES DE BATERIAS

117

DEFINICIONES Batería: Dispositivo que almacena energía eléctrica en forma de energía química. Capacidad: Es la cantidad de energía que puede ser almacenada por una batería, esta dada por el producto de la magnitud de corriente que puede entregar por el tiempo durante el cual suministra esta corriente. (AmpereHoras). Estado de Carga: Nos indica la cantidad de energía o capacidad disponible en una batería. Gravedad Específica: Es la relación entre el peso de un litro de cierto elemento y el peso de un litro de agua pura. La gravedad específica o densidad es un indicador del estado de carga de la batería. Régimen de Carga o Descarga: Se expresa en función de la capacidad de la batería, y está dado en amperes. Es la cantidad de corriente necesaria para descargar completamente la batería en un tiempo determinado. 118

TIPOS DE BATERIAS 1.- PLOMO-ACIDO 2.- ALCALINAS 3.- ALCALINAS DE MANGANESO 4.- NIQUEL-CADMIO (Ni-CD) 5.- NIQUEL-HIDRURO METALICO (Ni-MH) 6.- IONES DE LITIO (Li-ion) 7.- POLIMERO DE LITIO (LiPo) 8.- DE COMBUSTIBLE

119

TIPOS DE BATERIAS Tipo

120

* Las baterias de Ni-Cd se pueden cargar hasta en 30 minutos, con cargas rápidas, pero disminuye su vida, y se calientan en exceso, siendo las unicas que admiten este tipo de cargas.

Tipo

Pote ncia/ peso

Auto Dura Tensi ción desca ón (núm Tiem rga por ero po de por elem de carga mes ento recar (% (V) gas) del total)

Li-ion

110160 W/kg

3,16 V

4000

2h4h

25 %

100130 Li-Po 3,7 V 5000 Wh/k g

1h1,5h

10%

Ni-Cd

4880 W/kg

1,25 V

500

NiMh

60120 W/kg

1,25 V

1000

2h4h

20 %

Plom o

3050 W/kg

2V

1000

816h

5%

1030% 14h *

121

BANCO DE BATERIAS

1.- DEFINICIONES 2.- CONSTRUCCION FISICA 3.- ACCION ELECTROQUIMICA 4.- CALCULO DE BANCOS DE BATERIAS 5.- NUMERO DE CELDAS 6.- CAPACIDAD 7.- INSTALACION Y PUESTA EN SERVICIO 8.- MANTENIMIENTO 9.- ASPECTOS DE SEGURIDAD 10.- PRUEBAS DE OPERACIÓN 11.- EVALUACION DE RESULTADOS 12.- REEMPLAZO DE CELDAS 13.- CELDAS ALCALINAS 122

CARGADORES DE BATERIAS

1.2.3.4.5.6.7.8.-

DESCRIPCION FUNCIONAMIENTO OPERACIÓN DE CARGADORES CONTROLES E INDICADORES EXTERNOS E INTERNOS INSTALACION Y PUESTA EN SERVICIO MODOS DE OPERACION CARACTERISTICAS PARTICULARES MANTENIMIENTO DIAGNOSTICO

123

DEFINICIONES Los bancos de baterías constituyen la fuente más segura y confiable de corriente instantánea durante emergencias, ya que es la única forma de almacenar energía eléctrica. Batería: Dispositivo que almacena energía eléctrica en forma de energía química. Capacidad: Es la cantidad de energía que puede ser almacenada por una batería, esta dada por el producto de la magnitud de corriente que puede entregar por el tiempo durante el cual suministra esta corriente. (AmpereHoras). Estado de Carga: Nos indica la cantidad de energía o capacidad disponible en una batería.

124

DEFINICIONES Gravedad Específica: Es la relación entre el peso de un litro de cierto elemento y el peso de un litro de agua pura. La gravedad específica o densidad es un indicador del estado de carga de la batería. Régimen de Carga o Descarga: Se expresa en función de la capacidad de la batería, y está dado en amperes. Es la cantidad de corriente necesaria para descargar completamente la batería en un tiempo determinado.

125

TIPOS DE BATERIAS 1.- PLOMO-ACIDO 2.- ALCALINAS 3.- ALCALINAS DE MANGANESO 4.- NIQUEL-CADMIO (Ni-CD) 5.- NIQUEL-HIDRURO METALICO (Ni-MH) 6.- IONES DE LITIO (Li-ion) 7.- POLIMERO DE LITIO (LiPo) 8.- DE COMBUSTIBLE

126

CONSTRUCCION FISICA Una celda plomo - ácido se conforma básicamente por un grupo de placas positivas y un grupo de placas negativas sumergidas en una solución de agua y ácido sulfúrico. Un banco de baterías está formado por un grupo de celdas conectadas en serie. El voltaje total del banco es la suma de los voltajes de cada una de las celdas que lo componen. La capacidad del banco (expresada en AH) esta determinada por la capacidad de las celdas que lo forman. La capacidad de una celda depende directamente de las dimensiones y de la cantidad de las placas que la conforman, ya que entre mayor sea el área de contacto de las placas con el electrolito, mayor es la corriente que puede proporcionar.

127

CONSTRUCCION FISICA Cuando se conectan dos Bancos de Baterías en paralelo, estos forman un nuevo Banco de Baterías pero con mayor capacidad para suministrar corriente, en estas condiciones la capacidad del banco es la suma de las capacidades de cada uno de los bancos. Si conectamos seis celdas de 2.15 voltios y 100 AH tendremos un Banco de Baterías de 12.9 voltios y 100 AH de capacidad, si estas mismas celdas se conectan en paralelo entonces el Banco formado será de 2.15 voltios y 600 AH. Recordemos que solo pueden conectarse en paralelo bancos del mismo voltaje, es decir con el mismo número de celdas.

128

BANCO DE BATERIAS EN SERIE y PARALELO

129

ESTRUCTURA DE CELDA PLOMO-ACIDO Tapón de plástico Barra de conexión Rejilla protectora

Poste Tapa Barra colectora negativa Tabique

Barra colectora positiva Separadores Retenes

Placa Positiva Placa Negativa

Caja Costilla

130

131

OPERACION DE CELDA PLOMO-ACIDO La celda está formada por un recipiente o caja fabricado de material inerte como plástico o vidrio de tal forma que no pueda ser dañado por el electrolito, un grupo de placas positivas fabricadas de bióxido de plomo con una aleación de antimonio, calcio o hierro que le dan dureza a la misma, un grupo de placas negativas fabricadas en plomo, el conjunto de placas positivas y negativas se mantienen sumergidas en el electrolito que es una solución de ácido sulfúrico y agua a una densidad de 1210 gr/cm3. Esta sustancia es altamente corrosiva, por lo que debe evitarse el contacto con la piel o con la ropa. Las placas positivas y las negativas están intercaladas y aisladas entre sí por los separadores y retenes que además de proporcionar aislamiento entre las placas sirven como soporte, los separadores deben estar construidos de material aislante y microporoso para que permitan el libre paso del electrolito.

132

OPERACION DE CELDA PLOMO-ACIDO

Las placas se conectan a las barras colectoras y de estas barras se conectan a los postes o bornes de conexión que constituyen el punto de conexión con los circuitos externos. En la figura anterior se observan otros componentes importantes como el tapón de plástico, que se utiliza para acceder a la celda y tomar densidades o reponer agua cuando es necesario. Este tapón tiene unos pequeños orificios de ventilación que permiten la liberación de los gases que se generan por la reacción electro-química producida en la celda durante la carga y descarga de la misma. La rejilla protectora, como su nombre lo indica, evita que se introduzcan objetos extraños al interior de la celda que puedan provocar un cortocircuito entre placas.

133

OPERACION DE CELDA PLOMO-ACIDO

La costilla, que esta situada al fondo del recipiente, provee soporte a las placas y proporciona un espacio en el cual se deposita el sedimento que se forma en las celdas por perdida del material activo de las placas. Es posible encontrar que un solo depósito contiene 2 o más celdas, en este caso la conexión entre estas celdas se hace por medio de una barra de conexión, que puede o no contar con una terminal que permita tomar lectura del voltaje por celda. Las celdas están divididas por un tabique. Para este tipo de celdas podemos observar que cuentan con varios tapones de plástico, el electrolito de una celda no se mezcla con el de la otra.

134

PLACAS EN LA CELDA la disposición de las placas en una celda, se puede observar que en los extremos siempre hay placas negativas, y que estas son más delgadas que el resto de las placas. El número total de placas en una celda siempre es impar, y siempre tendremos una placa negativa más que el número de placas positivas.

Disposición de las placas en una celda de 9 placas.

135

CELDA COMPLETAMENTE CARGADA Para que una celda sea capaz de entregar o almacenar corriente es necesario que se lleve a cabo una reacción química en la cual para una celda totalmente cargada tenemos que el grupo de placas positivas esta compuesta de Bióxido de Plomo, el grupo de placas negativas es de plomo y el electrolito es una mezcla de ácido sulfúrico y agua con máxima

ELECTROLITO Acido Sulfúrico (H2SO4) y agua (H2O) Máxima concentración de ácido Placa Negativa Plomo esponja (Pb)

Placa Positiva Bióxido de Plomo (PbO2)

Celda completamente cargada

136

CELDA DESCARGANDO Al conectar una carga al banco de baterías, éste se empieza a descargar. La reacción química que se produce disocia el electrolito, disminuyendo la cantidad de ácido sulfúrico y aumentando la cantidad de agua. En las placas positivas y negativas se empieza a formar sulfato de plomo y este va aumentando conforme se descarga la batería.

ELECTROLITO El ácido sulfúrico disminuye y el agua aumenta

Placa Negativa Aumenta el sulfato de plomo (PbSO4)

Placa Positiva Aumenta el Sulfato de Plomo (PbSO4)

Celda Descargando

137

CELDA COMPLETAMENTE DESCARGADA Cuando la celda esta completamente descargada, el sulfato de plomo es máximo en las placas positivas y negativas, y el electrolito tiene una concentración mínima de ácido sulfúrico, por lo que la densidad del electrolito es mínima.

ELECTROLITO Mínimo ácido Sulfúrico Máxima agua

Placa Negativa Máximo sulfato de plomo (PbSO4)

Placa Positiva Máximo sulfato de plomo (PbSO4)

Celda completamente descargada

138

CELDA CARGANDO Al aplicar carga al banco de baterías el proceso se revierte, en las placas positivas y negativas disminuye el sulfato de plomo y se incrementa la concentración de ácido sulfúrico en el electrolito recuperando éste la densidad original. En condiciones de carga completa las placas positivas son de color café marrón y las placas negativas son de color gris característico del plomo.

PbO2  Pb  3H 2 SO4  8 H 2O  Celda totalmente cargada

PbSO4  PbSO4  H 2 SO4  10 H 2O Celda totalmente descargada

Es importante mencionar que durante la carga y descarga de un Banco de Baterías se libera hidrógeno y que éste, en concentraciones mayores al 3% en el aire es inflamable, por lo que deberá evitarse cualquier fuente de chispa cerca del Banco de Baterías. 139

DENSIDAD DE LA CELDA

En las definiciones proporcionadas al principio dijimos que la densidad es un indicador del estado de carga de la batería, para una celda totalmente cargada tenemos que la densidad es de aproximadamente 1210 gr/cm3, mientras que para una celda totalmente descargada la densidad es de aproximadamente 1067 gr/cm3. En la descarga baja la concentración del ácido sulfúrico porque se crea sulfato de plomo y aumenta la cantidad de agua liberada en la reacción. Como el ácido sulfúrico concentrado tiene una densidad superior al ácido sulfúrico diluido, la densidad del ácido puede servir de indicador para el estado de carga del dispositivo.

140

DENSIDAD DE LA CELDA

No obstante, este proceso no se puede repetir indefinidamente porque, cuando el sulfato de plomo forma cristales muy grandes, ya no responden bien a los procesos indicados, con lo que se pierde la característica esencial de la reversibilidad. Se dice entonces que el acumulador se ha sulfatado y es necesario sustituirlo por otro nuevo. Los cristales grandes también se forman si se deja caer por debajo de 1.8 V la tensión de cada celda. Muchos acumuladores de este tipo que se venden actualmente utilizan un electrolito en pasta, que no se evapora y hace mucho más segura y cómoda su utilización.

141

VOLTAJES DE USO NORMAL Estos son rangos generales de voltaje para baterías de 6 celdas Pb-ácido: * * * *

Circuito abierto (inactivo) a plena carga: 12.6 V ~ 12.8 V (2.10-2.13V por celda). Circuito abierto a plena descarga: 11.8 V ~ 12.0 V. Cargado a plena descarga: 10.5 V. Carga continua de preservación (flotación): 13.4 V para electrolito de gel; 13.5 V para AGM (absorbed glass mat) y13.8 V para celdas de electrolito fluido común. 1.- Todos los voltajes están referenciados a 20 °C, y deben ajustarse -0.022V/°C por cambios en la temperatura. 2.- Las recomendaciones sobre el voltaje de flotación varían, de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. 3.- Un voltaje de flotación precisa (±0.05 V) es crítica respecto a la longevidad; muy baja (sulfatación) es casi tan mala como muy alta (corrosión y pérdida de electrolito)

142

VOLTAJES DE USO NORMAL

* Carga típica (diaria): 14.2 V a 14.5 V (dependiendo de las recomendaciones del fabricante) * Carga de ecualización (baterías de electrolito fluido): 15 V por no mas de 2 horas. La temperatura de la batería debe controlarse. * Umbral de gaseado: 14.4 V. * Después de plena carga la tensión de terminales caerá rápidamente a 13.2 V y luego lentamente a 12.6 V.

143

CIRCUITOS DE PROTECCIÓN VOLTAJE O CORRIENTE

144

PROTECCIÓN A VOLTAJE VARISTORES PICOS DE VOLTAJE

SCR-PALANCA DIODO RECORTADOR LIMITADORES DE PICO

LIMITADORES DE VOLTAJE

REGULACION ZENER REGULACION FIJA POSITIVA

NEGATIVA

REGULACION VARIABLE REGULACION ALTO-BAJO V.

REGULACION FERRO-RESONANTE REGULACION TOTAL (UPS) 145

LIMITADORES DE CORRIENTE

* ELECTRÓNICOS * TERMOMAGNÉTICOS * CINTA FUSIBLE

146

PROTECCION A PICOS DE VOLTAJE (VARISTORES)

147

VARISTORES DISPOSITIVO DE OXIDO DE METAL, CAPAZ DE ABSORBER GRANDES PICOS DE VOLTAJE DE LINEA. CUANDO SE PRESENTA UN PICO DE ALTA ENERGIA, LA IMPEDANCIA DEL VARISTOR CAMBIA DE MUY ALTA (ESTADO ESTACIONARIO) A UN VALOR DE MUY ALTA CONDUCTIVIDAD, CORTANDO EL PICO A UN NIVEL SEGURO, LA ENERGIA GENERADA POR EL PICO ES ABSORBIDA POR EL VARISTOR, PROTEGIENDO AL EQUIPO

FUENTE DE VOLTAJE C.A.

VARISTOR

EQUIPO A PROTEGER

148

TIPOS DE VARISTORES

149

TIPOS DE VARISTORES TENSION (V) CODIGO

TENSION (V) @1mA

TENSION DE CLAMPING (V)

ENERGIA (J)

AMPERES (A)

DIAMETRO (mm)

POTENCIA (mW)

VRMS

VDC

MIN

MAX

V8ZA05

4

5.5

6

11

30

0.1

25

5

200

V8ZA1

4

5.5

6

11

22

0.4

100

7

250

V8ZA2

4

5.5

6

11

20

0.8

250

10

400

V12ZA1

6

8

9

16

34

0.6

250

7

250

V18ZA05

10

14

15

22

44

0.2

50

5

200

V18ZA1

10

14

14

22

42

0.8

250

7

250

V18ZA3

10

14

14

22

39

3.5

1000

14

600

V18ZA40

10

14

14

22

37

80

2000

20

1000

V22ZA1

14

18

19

26

47

0.9

250

7

250

V22ZA2

14

18

19

26

43

2

500

10

400

V22ZA3

14

18

19

26

43

4

1000

14

600

V24ZA50

14

18

19

26

43

100

2000

20

1000

V27ZA1

17

22

23

31

57

1

250

7

250

V27ZA4

17

22

23

31

53

5

1000

14

600

150

PROTECCION A PICOS DE VOLTAJE (SCR-PALANCA)

151

SCR- PALANCA EN CONDICIONES NORMALES Vcc < Vz NO EXISTE VOLTAJE EN R Y EL SCR ESTÁ ABIERTO, CUANDO Vcc > Vz EL DIODO CONDUCE Y APARECE UN VOLTAJE EN R, S I ESTE VOLTAJE ES MAYOR QUE EL VOLTAJE DE DISPARO DEL SCR (0.7 V), SE ENCIENDE Y CONDUCE, PROVOCANDO UN CORTOCIRCUITO, EL SCR ES MUY RAPIDO EN EL ENCENDIDO PROVOCANDO EL QUEMADO DEL FUSIBLE.

ZENER

FUENTE DE VOLTAJE C.D.

R

SCR

CARGA A PROTEGER

FUSIBLE

152

PROTECCION PICOS DE VOLTAJE (DIODO RECORTADOR)

153

PROTECCION A PICOS DE VOLTAJE (LIMITADORES DE PICO)

154

PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION ZENER)

155

PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION FIJA POSITIVA)

156

REGULADORES DE C.I. 3 DE TERMINALES SERIE 78XX * * * * * * * * *

Cuentan con 3 terminales, entrada, común y salida. Voltajes de salida de: 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18 y 24 Proporcionan corriente desde 100 mA hasta 5 Amp. Disponibles: encapsulado plástico o de metal. No requieren componentes externos. Baratos y fáciles de usar. C1 y C2 son capacitores de desacoplo (0.1  f a 1  f). Se recomienda c1 = 0.22  f y c2 = 0.1  f. Requieren 2 v de entrada, arriba del voltaje a regular.

.

VOLTAJE DE ENTRADA

1

REGULADOR DE 3 TERMINALES

3

.

SALIDA

2 2

C1

-

VOLTAJE DE

C2

-

-

157

PRACTICA 12

FUENTE REGULADA DE 5 VCD

MATERIAL y EQUIPO

Transformador 127 vca / 1 A

Regulador 7805

-

Transformador 127 VCA/ 1A 4 diodos 1N4001

D1 Alimentación de ca

1 Capacitor 2200 μF / 50 V Osciloscopio Voltimetro digital

-

Vs = Vm sen ωt

-

D2

Regulador 7805

D3

-

D4

2200 μF -

-

Diagrama de circuito

158

-

-

5 VCD

PRACTICA 12 (PROCEDIMIENTO)

FUENTE REGULADA DE 5 VCD 1.- Energize y arme el circuito anterior. 2.- Mida con el canal 1 del osciloscopio el voltaje en el secundario del transformador. 3.- Mida con el canal 2 del osciloscopio el voltaje en donde se unen los catodos des puente rectificador. 4.- Mida con el osciloscopio el voltaje de salida del regulador. 5.- Observaciones. 6.- Conclusiones

159

PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION FIJA NEGATIVA)

160

REGULADORES DE C.I. 3 DE TERMINALES SERIE 79XX * * * * * * * * *

Cuentan con 3 terminales, entrada, común y salida. Voltajes de salida de: -5-, -6, -8, -9, -10, -12, -15, -18 y -24 Proporcionan corriente desde 100 ma hasta 5 Amp. Disponibles: encapsulado plastico o de metal. No requieren componentes externos. Baratos y fáciles de usar. C1 y C2 son capacitores de desacoplo (0.1 µF a 1 µF). Se recomienda c1 = 0.22 µF y c2 = 0.1 µF. Requieren 2 v de entrada, arriba del voltaje a regular.

161

PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION VARIABLE)

162

REGULADORES AJUSTABLES DE C.I. * CUENTAN CON 3 TERMINALES, ENTRADA, COMUN Y SALIDA. * PROPORCIONAN CORRIENTE HASTA 1.5 A. * DISPONIBLES: ENCAPSULADO PLASTICO. * SALIDA REGULADA DESDE 1.25 V HASTA 37 V.

VOLTAJE DE ENTRADA

.

1

REGULADOR DE 3 TERMINALES 2

3

.

VOLTAJE DE

Vo = 1.25 (R2 / R1 + 1)

SALIDA

R1

. R2

-

163

PRACTICA 13

FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE CD

MATERIAL y EQUIPO 1 Regulador LM 317 4 diodos 1N4001 1 capacitor 2200 μF/50 V 1 Resistencia Potenciometro 1 Transformador 127 VCA/1 A 1 Osciloscopio 1 Voltimetro digital

Transformador 127 vca / 1 A

D1 Alimentación de ca

-

Vs = Vm sen ωt

-

D2

Regulador LM 317

D3

-

D4

R2

2200 μF -

-

R1

Diagrama de circuito

-

164

-

Voltaje variable

PRACTICA 13 (PROCEDIMIENTO)

FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE CD 1.- Energíze y arme el circuito anterior. 2.- Mida con el voltímetro digital el voltaje alterno del secundario del transformador. 3.- Mida con el voltímetro digital el voltaje en borne positivo del capacitor 4.- Varíe el voltaje de salida con el potenciometro (R 1). 4.- Mida con el voltímetro digital el voltaje de salida del regulador. 5.- Observaciones. 6.- Conclusiones

165

FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE DE 0 a 127 VCD El funcionamiento de la fuente variable inicia en la toma del mismo de la línea de energía de CFE, pasando por el puente rectificador formado por los diodos D1, D2, D3, y D4, el cual entrega un voltaje pulsante de 127 VCA, que al pasar por el capacitor el voltaje se elevará por un factor de 1.4142. • Vi = √2 ( Vlinea) = (1.4142 )( 127 VCA) = 179.6 VCA Este voltaje se visualiza sin carga alguna, en cuanto tenga carga, el voltaje de salida será igual al de entrada (127 VCA) , La entrada del circuito integrado TL783 recibe dicho voltaje, ver figura siguiente:: 166

FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE DE 0 a 127 VCD El circuito TL783 es un regulador de voltaje de tres terminales con un rango de 1.25 V a 125 V, manejado por un transistor de salida tipo MOS capaz de manejar hasta 700 mA, diseñado para aplicaciones de alto voltaje en donde los transistores bipolares no pueden ser usados, el transistor MOS es superior en ese tipo de prestaciones al transistor bipolar, ver figura

167

FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE DE 0 a 127 VCD El regulador TL783 combina la circuitería bipolar estándar con la del transistor MOS para alto voltaje de doble difusión en un solo chip. Además tiene una protección de sobrevoltaje arriba de 125 V de entrada a salida, tiene otra característica de limitar la corriente de salida, en un área segura de protección (SOA) y cierre térmico, incluso si la Terminal ADJ es desconectada inadvertidamente, el circuito de protección entra en acción.

168

FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE DE 0 a 127 VCD

127 / 24 vca

127 / 24 vca

1N4001

TL783

1N4001

-

Alimentación 127 Vca

1N4001

-

-

IN 1µ 250V

1N4001

0 a 127 vcd

OUT ADJ

3.3 µ 350V 82 Ω

-

10 KΩ

-

169

-

LIMITADORES DE CORRIENTE (TERMOMAGNÉTICOS)

170

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO Es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la carga.

171

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO Estos interruptores cuentan con un sistema magnético de respuesta rápida ante sobrecorrientes abruptas (cortocircuito) y una protección térmica basada en un bimetal que desconecta ante sobrecorrientes de ocurrencia más lenta (sobrecargas). Estos disyuntores se emplean para proteger cada circuito de la instalación, siendo su principal función resguardar a los conductores eléctricos ante sobrecorrientes que pueden producir peligrosas elevaciones de temperatura.

172

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO Al circular la corriente el electroimán crea una fuerza que, mediante un dispositivo mecánico adecuado (M), tiende a abrir el contacto C, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad I que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado. Este nivel de intervención suele estar comprendido entre 3 y 20 veces la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor magnetotérmico) y su actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad de reacción. Esta es la parte destinada a la protección frente a los cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente. 173

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO La otra parte está constituida por una lámina bimetálica (representada en rojo) que, al calentarse por encima de un determinado límite, sufre una deformación y pasa a la posición señalada en línea de trazos lo que, mediante el correspondiente dispositivo mecánico (M), provoca la apertura del contacto C. Esta parte es la encargada de proteger de corrientes que, aunque son superiores a las permitidas por la instalación, no llegan al nivel de intervención del dispositivo magnético. Esta situación es típica de una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se van conectando aparatos. 174

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO Ambos dispositivos se complementan en su acción de protección, el magnético para los cortocircuitos y el térmico para las sobrecargas. Además de esta desconexión automática, el aparato está provisto de una palanca que permite la desconexión manual de la corriente y el rearme del dispositivo automático cuando se ha producido una desconexión. No obstante, este rearme no es posible si persisten las condiciones de sobrecarga o cortocircuito. Incluso volvería a saltar, aunque la palanca estuviese sujeta con el dedo, ya que utiliza un mecanismo independiente para desconectar la corriente y bajar la palanca. 175

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO • El dispositivo descrito es un interruptor magnetotérmico unipolar, por cuanto sólo corta uno de los hilos del suministro eléctrico. También existen versiones bipolares y para corrientes trifásicas, pero en esencia todos están fundados en los mismos principios que el descrito. • Se dice que un interruptor es de corte omnipolar cuando interrumpe la corriente en todos los conductores activos, es decir las fases y el neutro si está distribuido. • Las características que definen un interruptor termomagnético son el amperaje, el número de polos, el poder de corte y el tipo de curva de disparo (B,C,D,MA). (por ejemplo, Interruptor termomagnético C-16A-IV 4,5kA). 176

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO

177

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO

178

PRACTICA 13

PROTECCION EN CAÍDA DE FASE Y CORTO CIRCUITO

INTERRUPTOR TERMOMAGNÉTICO “A”

FASE “A”

C.N.O. RELAY 1 K1 RELAY 2

K2

CARGA 1

BOBINA 127 VCA

NEUTRO RELAY 1

K1

CARGA 2

BOBINA 127 VCA

K2

FASE “B” INTERRUPTOR TERMOMAGNÉTICO “B”

C.N.O. RELAY 2

179

LIMITADORES DE CORRIENTE (CINTA FUSIBLE)

180

FUSIBLES

181

FUSIBLE Es una sección de hilo más fino que los conductores normales, colocado en la entrada del circuito a proteger, para que al aumentar la corriente, debido a un cortocircuito, sea la parte que mas se caliente, y por tanto la primera en fundirse. Una vez interrumpida la corriente, el resto del circuito ya no sufre daño alguno.

182

CLASIFICACION DE FUSIBLES

* Rango de Voltaje: * Rango de corriente: (desde miliamperios hasta miles de amperes) * Fusión: lentos, rápidos y extrarápidos

183

CLASIFICACIÓN con NORMA IEC 60269 La clasificación está dada por dos letras, de acuerdo con la Norma IEC 60269-1, la primera minúscula y la segunda mayúscula. La primera letra indica: g: fusible limitador de corriente, actúa tanto en presencia de corrientes de cortocircuito como en sobrecarga.

184

CLASIFICACION BÁSICA APLICADA La segunda letra indica: G: fusible para protección de circuitos de uso general. L: fusible para protección específica de líneas. M: fusible para protección específica de circuitos de motores. R: fusible de actuación rápida o ultra-rápida para protección de circuitos con semiconductores de potencia. De esta forma, hay fusibles de tipo gG, Gl, gR, aG, aR, etc.

185

TIPOS DE CARTUCHOS FUSIBLES

Tipo

Según norma

Fusibles rápidos Fusibles lentos Fusibles de acompañamiento

gf gT aM

UNE -gl, gI, F, FN, Instanfus T, FT, Tardofus A, FA, Contanfus

186

CRITERIO PARA LA SELECCIÓN DEL FUSIBLE 1.- Voltaje y nivel de aislamiento 2.- Tipo de sistema. 3.- Máximo nivel de cortocircuito. 4.- Corriente de carga.

187

SIMBOLOGIA DE FUSIBLES Fusible *

Fusible

Fusible

Fusible

Fusible

Fusible de operación lenta

Fusible de operación rápida

El lado ancho es el lado de la red 188

SIMBOLOGIA DE FUSIBLES Disyuntor térmico

Disyuntor térmico

Delimitador para cable de alimentación

Protector de red

Interruptor con fusible

Fusible

Fusible con contacto de alarma

Derivación de sobretensión 189

SIMBOLOGIA DE FUSIBLES Resistencia de protección

Fusible con aceite para altos voltajes

Resistencia de protección

Dispositivo de corte térmico

Retardo

190

LIMITADORES DE CORRIENTE (ELECTRÓNICOS)

191

REGULACION ALTO-BAJO VOLTAJE (FERRORESONANTE)

192

193

CARACTERÍSTICAS * REGULADOR DE VOLTAJE, NO CONTIENE PARTES ELECTROMECANICAS. * NO REQUIERE AJUSTES PREVISO A SU OPERACIÓN. * SUS CARACTERISTICAS MAGNETICAS DEPENDEN DE SU NUCLEO. * UTILIZA EL PRINCIPIO DE FERRORESONANCIA. * COMPLETAMENTE AUTOMATICO Y REGULACION CONTINUA. * REGULACION: VOLTAJE DE SALIDA NOMINAL + 1 % PARA VARIACIONES DEL VOLTAJE DE LINEA DE + 15 % Y VARIACIONES DE CARGA 100 %.

194

CARACTERISTICAS * TIEMPO DE RESPUESTA: 25 Ms a 60 Hz. * MECANICAMENTE ROBUSTO, RESISTENTE A LA VIBRACION. * NO TIENE PARTES MOVILES SUJETAS A DESGASTE. * AUTOPROTEGIDO MAGNETICAMENTE CONTRA SOBRECARGAS MOMENTANEAS HASTA UN 300 % A CARGA NOMINAL. * DEBIDO A SU DISEÑO ES INCAPAZ DE PRODUCIR SOBREVOLTAJES. * SU FUNCION COMO TRANSFORMADOR LIMITADOR DE CORRIENTE EVITA QUE LA CARGA CONECTADA A ÉL SUFRA DE CORRIENTES EXCESIVA. 195

CARACTERÍSTICAS

* PRUEBA DE AISLAMIENTO A 1500 V. COMO MÍNIMO. * VOLTAJE DE SALIDA PRACTICAMENTE SENOIDAL. * CONTENIDO TOTAL DE ARMONICAS, NO EXCEDE AL 3 %.

196

VARIACION % DEL VOLTAJE DE LINEA

Desviación en % del voltaje de salida nominal

+3 +2 +1 0 -1 -2 -3 -15

-10

-5

0

+5

+10

Variación % del voltaje de linea nominal

197

+15

VOLTAJE DE SALIDA - % CARGA

130

carga nominal

120

50 % de la carga nominal 110

25 % de la carga nominal

100

Voltaje de salida - % del voltaje nominal

90 80 70 60 50

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

Voltaje de entrada - % del voltaje nominal

198

FACTOR DE POTENCIA-VOLTAJE DE SALIDA

Voltaje de salida - % del voltaje nominal

carga nominal

100

75 % de la carga nominal 98

50 % de la carga nominal

96 94 92 90

100

90

80

70

60

50

Factor de potencia de la carga (%)

199

VARIACION FRECUENCIA – VOLTAJE SALIDA

Voltaje de salida - % del voltaje nominal

110 105 100 95 90 85

-8

-6

-4

-2

0

+2

+4

+6

+8

variación (%) de la frecuencia de linea

200

OPERACIÓN DEL REGULADOR

DENSIDAD DE FLUJO MAGNETICO

B4 B3

Es = (Ns / Np) Ep Ep = Voltaje primario Es = Voltaje secundario

B2

Np = Numero de vueltas del primario Ns = Numero de vueltas del secundario B1

Ep1

Ep2

Ep3 Ep4 FUERZA DE MAGNETIZACION

201

OPERACIÓN DEL REGULADOR * EL PRIMARIO OPERA COMO TRANSFORMADOR CONVENCIONAL GENERA UNA DENSIDAD DE FLUJO QUE RECORRE 2 TRAYECTOS ATRAVES DEL SECUNDARIO Y LA DERIVACION MAGNETICA. * EL SECUNDARIO OPERA COMO TRANSFORMADOR SATURADO Y EN SU NUCLEO SE GENERA UN FLUJO ADICIONAL POR LA PRESENCIA DEL CONDENSADOR CONECTADO EN EL DEVANADO SECUNDARIO Y SE SUMA VECTORIALMENTE CON EL QUE PROVIENE DEL PRIMARIO, LLEVANDO A SATURACION EL SECUNDARIO. * CON UN CONTROL ADECUADO DEL AREA DE LA DERIVACIÓN MAGNETICA Y DEL ENTREHIERRO, LA SECCIÓN DEL NUCLEO 202

OPERACIÓN DEL REGULADOR LIMITA LA CORRIENTE PRIMARIA QUE NORMALMENTE SERÍA ALTA DEBIDO A LA SATURACIÓN DEL SECUNDARIO. * EL VOLTAJE EN EL SECUNDARIO ES DEL ORDEN DE 700 VOLT EL CUAL PUEDE PROPORCIONAR CUALQUIER VALOR DESEADO CON UNA DERIVACIÓN (TAP) ADECUADA. * LA CURVA DE MAGNETIZACIÓN NO ES COMPLETAMENTE HORIZONTAL, SI AUMENTA EL VOLTAJE EN EL PRIMARIO, AUMENTARÁ EN EL SECUNDARIO EN FORMA MENOR, SE ELIMINARÁ CONECTANDO UN DEVANADO ADICIONAL COLOCADO EN EL PRIMARIO, PERO CONECTADO EN EL SECUNDARIO DE MANERA QUE RESTE EL VOLTAJE INDUCIDO EN EL SECUNDARIO. 203

OPERACIÓN DEL REGULADOR * DEBIDO AL GRADO DE SATURACIÓN DEL SECUNDARIO DEL REGULADOR, LA FORMA DE ONDA DEL VOLTAJE DE SALIDA SE APROXIMA A UNA ONDA CUADRADA QUE A UNA SENOIDE ESTE ALTO CONTENIDO DE ARMONICAS PUEDE LLEGAR AL 25 % ES INDESEABLE EN MUCHAS APLICACIONES. * CON UN DEVANADO DE NEUTRALIZACIÓN SE REDUCE A UN 3 % BAJO CUALQUIER CONDICIÓN DE VOLTAJE Y CARGA.

204

REGULADOR ELEMENTAL BP

EP Primario

NP

BS

Derivación magnética

NS

C

ES

Secundario

205

CIRCUITO ELÉCTRICO

Primario Primario

.

Devanado de compensación

Secundario

C

Devanado de neutralización

.

. C

Devanado de compensación

Secundario

. Salida regulada REGULADOR “SOLA” TIPO CVH

206

INVERSOR

207

208

INVERSOR * DISPOSITIVOS DE ESTADO SÓLIDO CONMUTADOS, CUYAS FUNCIONES SON TRANSFORMAR DC O AC EN AC O DC, SUS CARACTERISTICAS: * * * * * * * * * * *

POCO MANTENIMIENTO LARGA VIDA TAMAÑO PEQUEÑO OPERACIÓN SILENCIOSA INSENSIBLE A PERTURBACIONES ATMOSFERICAS TOLERABLE A BAJAS TEMPERATURAS OPERABLE A CUALQUIER ALTITUD ARRANQUE INSTANTANEO ALTA EFICIENCIA BAJO COSTO LIGERO DE PESO

209

CLASIFICACION DE INVERSORES * RECTIFICADORES: Transforma AC a DC. * INVERSOR: Transforma DC a AC. * CONVERSOR: Transforma AC a AC. * CONVERSOR DC: Transforma DC a DC. * CICLOCONVERSOR: Transforma a alta frecuencia AC a baja frecuencia y con enlace DC.

* CICLOINVERSOR: Es la combinación del inversor y cicloconversor. * CHOPPER: Un solo inversor para transformar DC a DC o DC a AC. 210

INVERSOR

100 kΩ R4 1 kΩ -

3

R5 D1 1N4001

560 Ω R1

+ 6V 127/12 VCA 500 mA

VS

211

INVERSOR 127/12 VCA ½ A +12 V frecuencia 2.2 kΩ 470 kΩ

+

R3

D1

VS

1N4001

T1 VP = 127 VCA

R1 R2 10 kΩ

potencia

D2 1N4001 6

100 kΩ R4

1 kΩ TIP41

R5

7

2 0.047µF

C

555

1 kΩ

3

-

TIP41

R7

8

330 Ω

R6

-

1 -

212

INVERSOR TRIFÁSICO

213

INVERSOR DE FRECUENCIA VARIABLE * Los motores de ca no son adecuados en aplicaciones de velocidad variable. * Si al motor de ca trifásico se le reduce el voltaje de alimentacón, reducirá su velocidad, pero también empeorará drasticamente la capacidad de regulación de velocidad del motor, y es incapaz de mantener una velocidad de eje razonablemente estable ante pequeños cambios en la demanda de carga mecánica. * La variación de velocidad se logrará variando la frecuencia de alimentación mientras se varía simultáneamente el voltaje de alimentación

214

METODOS PARA PRODUCIR UNA FUENTE TRIFASICA DE FRECUENCIA VARIABLE

* CONVERTIR UN SUMINISTRO DE CD EN CA TRIFASICO, DISPARANDO UN BANCO DE SCR’S EN CIERTA SECUENCIA, LO HACE EL INVERSOR * CONVERTIR UN SUMINISTRO DE CA DE 60 HZ, 3 FASES, EN UN SUMISTRO DE CA TRIFASICO DE MENOR FRECUENCIA, DISPARANDO UN BANCO DE SCR’S EN CIERTA SECUENCIA Y VELOCIDAD Y LO HACE EL CICLOCONVERTIDOR

215

INVERSOR TRIFASICO

SCR 6

SCR 4 +

SCR 1

. SCR 5

SCR 3

.

NÚMERO INTERVALO

SCR 2

.

.

VCD

-

.

.

+

.

+

.

+

C - - A B +

DEVANADOS MANEJADOS Y DIRECCIONES

SCR ENCENDIDOS

PULSOS DE COMPUERTA A LOS DIFERENTES SCR

1

2

3

4

5

6

REP.

+A-B

+A-C

+B-C

+B-A

+C-A

+C-B

+A-B

6-5

6-1

2-1

2-3

4-3

4-5

6-5

ESTE SCR ES DISPARADO

1

2

3

4

5

6

ESTE SCR

5

6

1

2

3

4

EN EL INSTANTE DE CONMUTACION CIRCUITO DE DISPARO

ES APAGADO

216

V v1 vm

0

v2

90o 120o π/2

v3

v4

180o π

v5

240o

vq

360o

ωt

2π

-vm

217

Voltajes y corrientes

A

de los devanados

INVERSOR TRIFASICO

E/20 -E/2-

+

+

B E/2 0 -E/2

.

+

.

.

SCR 4

. SCR 6

D4

AUX 4

. .- .

+

CC

V

RC

D1

-

SCR 1

.

.

SCR 3

180

+

180

+

 (GRADOS)

+

90

180

270

 (GRADOS)

+

180

+

360

270

+

90

270

90

270

360

+

90

270

 (GRADOS)

SCR 2

. .- . CA

AUX 1

.

360

+

90

180

+

270

+

C E/2 0 -E/2 -

. AUX 6

AUX 2

RA

. .. -- . CB

PULSOS DE COMPUERTA A LOS DIFERENTES SCR

.

SCR 5

. AUX 5

.

+

RB

+

AUX 3

.

0

Pulsos de

+

+

-

.

+

180

90

C

.

A

- --

+

encendido

gM1

gM2

gM3

gM4

gM5

gM6

gM1

gM2

gM3

gM4

gX5

gX6

gX1

gX2

gX3

gX4

gX5

gX6

gX1

gX2



B

+

Pulsos de

Voltajes de linea



0

apagado

VAB EE/2 0 -E/2 -E -

+ 90

+ 180

270

180

270

+

+ 360

90

180

270

180

270

 (GRADOS)

VBC ECIRCUITO DE DISPARO

E/2 0 -E/2

+ 90

+

+ 360

90

+

 (GRADOS)

-E VAC EE/2 0 -E/2 -E-

+

+

+

+

90

270

90

270

218

 (GRADOS)

REGULACION TOTAL DE VOLTAJE (UPS)

219

UPS SISTEMA DE POTENCIA ININTERRUMPIBLE

220

221

SISTEMA DE POTENCIA ININTERUMPIBLE

* LOS SISTEMAS DE POTENCIA ININTERUMPIBLE ESTAN DISEÑADOS PARA SUMINISTRAR ENERGIA DE C.A. EN FORMA CONTINUA E ININTERRUMPIDA SIN IMPORTAR LAS FLUCTUACIONES DE TENSION Y/O FRECUENCIA, O LA AUSENCIA TOTAL DE LA LINEA COMERCIAL

222

VENTAJAS DEL UPS * CONTROL TOTAL CON MICROPROCESADOR. * REGULAN LA TENSION DE SALIDA EN TODO MOMENTO. * EL REGULADOR FERRO-RESONANTE DE SALIDA AISLA TOTALMENTE LOS TRANSITORIOS DE LINEA Y ENTREGA UNA SENOIDE CON BAJO CONTENIDO DE ARMONICAS. * BATERIA RECARGABLE TIPO SELLADO, ELIMINA POSIBILIDAD DE DERRAMES. * NO REQUIERE MANTENIMIENTO ALGUNO.

223

APLICACIONES DE LAS UPS * CAJAS REGISTRADORAS. * TERMINALES DE COMPUTADORAS. * COMPUTADORAS. * SISTEMAS DE SEGURIDAD. * SISTEMAS DE CONTROL. * EQUIPO DE COMUNICACIONES. * EQUIPO MEDICO DE EMERGENCIA 224

CARACTERISTICAS DE LAS UPS * * * * * * * * * * *

Alta confiabilidad del sistema. Corrección de polaridad automática. Monitor de % de potencia suministrada. Monitor de % de batería disponible. Monitor de tensión de entrada. Regulador ferro-resonante integrado. Protección contratensiones demasiado bajas. 2 detectores de sobrecarga. Sistema de energía ininterrumpible verdadero. Baterías selladas recargables. Puerto de señalización remota. 225

CARACTERISTICAS DE LAS UPS ALTA CONFIABILIDAD CONTROL POR MICROPROCESADOR, COMPONENTES DE CALIDAD Y SEGURIDAD EN SUS PARTES.

CORRECCION DE POLARIDAD AUTOMATICA EN CASO DE INVERSION DE POLARIDAD (FASE POR NEUTRO) EN LA ENTRADA, LA POLARIDAD A LA SALIDA SE MANTENDRA

MONITOR DE % DE POTENCIA SUMINISTRADA PORCENTAJE DE POTENCIA NOMINAL SUMINISTRADA ES GRAFICADO EN BARRA DE 10 INDICADORES LUMINOSOS. 226

CARACTERISTICAS DE LAS UPS MONITOR DE % DE BATERIA DISPONIBLE PORCENTAJE EN BARRA DE 10 INDICADORES LUMINOSOS CUANDO LA LINEA COMERCIAL SE AUSENTA.

MONITOR DE TENSION DE ENTRADA VISUALIZADA CON 3 INDICADORES: TENSION DE ENTRADA “ALTA”, “NORMAL” Y “BAJA”.

PROTECCION CONTRA TENSIONES MUY BAJAS OPERA DESDE 95 VCA SIN DESCARGAR BATERIA CON SALIDA NOMINAL, AUN EN ESTA CONDICION EL CARGADOR ESTA DISEÑADO PARA CARGAR TOTALMENTE LA BATERIA. 227

CARACTERISTICAS DE LAS UPS REGULADOR FERRORESONANTE INTEGRADO 1.- REGULA LA TENSION DE SALIDA AL + 5 % SIN NECESIDAD DE CIRCUITOS ADICIONALES. 2.- SUMINISTRA UNA FORMA DE ONDA SENOIDAL CON UN CONTENIDO TOTAL DE ARMONICAS < 3 % A PLENA CARGA 3.- EL DEVANADO DE SALIDA ESTÁ TOTALMENTE AISLADO DEL PRIMARIO LO CUAL DA UN EXCELENTE SUPRESION DE TRANSITORIOS DE LINEA Y UNA ALTA INMUNIDAD AL RUIDO DE LINEA.

228

CARACTERISTICAS DE LAS UPS DOS DETECTORES DE SOBRECARGA PRIMERO ENCIENDE INDICADOR LUMINOSO “SOBRECARGA” Y SE ESCUCHARA UNA ALARMA CONTINUA SIN APAGAR EL UPS CUANDO EL PORCENTAJE DE POTENCIA NOMINAL SEA > 100 %.

SISTEMA DE ENERGIA ININTERRUMPIBLE VERDAD. EL INVERSOR OPERA CUNDO LA TENSION DE ENTRADA ES < 95 V O FALLA POR COMPLETO, NO EXISTE INTERRUPCION ALGUNA A LA SALIDA, AUNADA A LA REGULACION Y AISLAMIENTO (RECHA ZO AL RUIDO ELECTRICO), LO HACEN UN SISTEMA DE ENERGIA ININTERRUMPIBLE 229

CARACTERISTICAS DE LAS UPS BATERIAS SELLADAS RECARGABLES CON LAS BATERIAS SELLADAS SE ELIMINA LA POSIBILIDAD DE DERRAMES DE LIQUIDOS CORROSIVOS Y AL ESTAR INTEGRADAS AL GABINETE, LO HACE PORTATIL, ELIMINANDO CABLEADO Y CONEXIONES DE UNA BATERIA EXTERNA.

PUERTO DE SEÑALIZACION REMOTA ES UNA INTERFASE QUE UTILIZA EL ESTANDAR ASCII PARA ENVIAR Y RECIBIR INFORMACION POR EL PUERTO SERIAL (INTERFACE RS-232).

230

DIAGRAMA A BLOQUES DEL UPS RELEVADOR DE TRANSFERENCIA

FUSIBLE DEL INVERSOR (INTERNO) CARGADOR LINEA COMERCIAL VCA, 60 HZ

INVERSOR

REGULADOR FERRO-RESONANTE

127 SALIDA REGULADA DEL SISTEMA

LINEA ALTA LINEA NORMAL LINEA BAJA INVERSOR SUMINISTRANDO E. RECTIFICADOR OPERANDO

CONTROL CENTRAL PANEL

POR

DE

MICROPROCESADOR

INDICADORES

INDICADOR ACUSTICO

% DE POTENCIA DE SALIDA % DE BATERIA DISPONIBLE SOBRECARGA FALLA DE EQUIPO

INTERRUPTOR DEL SISTEMA

231

FUNCIONAMIENTO DEL UPS BAJO CONDICIONES NORMALES, LA LINEA COMERCIAL DE C.A. ALIMENTA AL REGULADOR FERRO-RESONANTE A TRAVÉS DEL RELEVADOR DE TRANSFERENCIA, DE ESTA MANERA LA SALIDA SE ENCUENTRA REGULADA EN VOLTAJE Y SU FRECUENCIA DEPENDE DE LA FRECUENCIA DE LA LINEA COMERCIAL. CUANDO LA LINEA BAJA MENOS DE 95 VCA O SE AUSENTA, O LA FRECUENCIA ES MENOR DE 57 HZ. O MAYOR DE 63 HZ., EL CONTROL CENTRAL POR MICROPROCESADOR, DETECTA CUALQUIERA DE ESTAS VARIACIONES ACTIVANDO AL INVERSOR Y AL RELEVADOR DE TRANSFERENCIA, DE TAL MANERA QUE EL REGULADOR FERRO-RE SONANTE SE ENCUENTRA AHORA ALIMENTADO POR EL INVERSOR; DE ESTA FORMA EL MICROPROCESADOR CONTROLA LA FRECUENCIA, Y EL VOLTAJE DE SALIDA SIGUE SIENDO REGULADO

232

FUNCIONAMIENTO DEL UPS AL MOMENTO DE OCURRIR LA FALLA DE LÍNEA, EL INVERSOR SE ACTIVA CON UN RETRASO INFERIOR A 2 MILISEGUNDOS (TIEMPO DE TRANSFERENCIA), SIN EMBARGO DEBIDO A LA ENERGIA ALMACENADA EN EL REGULADOR FERRO-RESONANTE EN LA SALIDA DEL EQUIPO NO HAY INTERRUPCION ALGUNA. EL INVERSOR CONTINUA ENTREGANDO ENERGIA AL REGULADOR FERRO-RESONANTE DENTRO DE LA CAPACIDAD DE LA BATERIA, LA CUAL AL BAJAR SU VOLTAJE A UN VALOR PREDETERMINADO OCASIONA QUE EL CONTROL CENTRAL ACTIVE LA ALARMA ACÚSTICA CONTINUA INDICANDO CON ELLO QUE SOLO RESTAN 3 MINUTOS DE RESERVA, CON LO CUAL EVITA DESCARGAS EXCESIVAS, PROTEGIENDO ASÍ LA BATERÍA.

233

FUNCIONAMIENTO DEL UPS SI LA LINEA SE RESTABLECE ANTES DE QUE LA BATERIA SE AGOTE, EL CONTROL TRANSFIERE LA ALIMENTACION DEL REGULADOR FERRO-RESONANTE A LA LINEA (TODAS LAS TRANSFERENCIAS SON TOTALMENTE EN FASE). SI POR EL CONTRARIO LA CARGA DE LA BATERIA SE AGOTA Y EL EQUIPO SE APAGA, AL RESTABLECERSE LA LINEA COMERCIAL DE C.A., LA UPS ENCIENDE AUTOMATICAMENTE. EL CARGADOR MANTIENE LA BATERIA EN OPTIMAS CONDICIONES DE CARGA SIEMPRE QUE HAYA LINEA COMERCIAL AUN SI LA UPS ESTE APAGADO.

234

ESPECIFICACIONES DE LAS UPS ENTRADA: TENSION: FRECUENCIA: SISTEMA: CORRIENTE: FACTOR DE POTENCIA:

95 A 140 VCA 60 HZ + 3 HZ. 2 HILOS Y TIERRA 10.4 AMP. 0.9

SALIDA TENSION: FRECUENCIA: CAPACIDAD: CORRIENTE MAXIMA: RECHAZO AL RUIDO: DISTORSION ARMONICA: FORMA DE ONDA: TIEMPO DE RESPUESTA: TIEMPO DE RESPALDO:

120 VCA + 5 %, 1  60 HZ + 0.1 HZ. 1000 W 8.33 AMP. 120 db MODO COMUN, > 60 db < 3 % A PLENA CARGA SENOIDAL 2 ms 18 MIN. 100 % CARGA 235

MOTORES

236

TIPOS DE MOTORES

* MOTOR DE C.D. * MOTOR DE C.A.

237

MOTORES DE C.D. Motor de c.d.

Iman permanente

Rotor devanado

En derivación

En serie

Conmutados electrónicamente

compuestos

IP convencional

Sin escobillas (disp. por posición)

Rotor de disco

Rotor de copa

Paso a paso

Rotor de IP

238

Reluctancia variable

PARTES PRINCIPALES

* CAMPO MAGNETICO. * CONDUCTOR MÓVIL (BOBINAS DEL ROTOR). * CONMUTADOR. * ESCOBILLAS.

239

CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR CD

* DIRECCION DE ROTACION: VARIABLE. * VELOCIDAD CONTROLADA Y VARIABLE. * ALTO PAR DE ARRANQUE. * NO DESBOQUE CUANDO LA CARGA ES NULA. * ALIMENTACIÓN DE CORRIENTE DIRECTA.

240

MOTOR ROTOR DEVANADO

241

TIPOS DE MOTORES CC MOV36 Diámetro 23,8 mm Largo 27mm, eje 9x2mm Tensión de 3 a 6V s u b i eje r 10x1,5mm

MOV012 Diámetro 24,4 mm Largo 20mm, Tensión 2 a 12Vlts. CC, nominal 3Vlts. Velocidad 1280 rpm Consumo 0,02A Fuerza 1,6 g.cm

MOV385 Diámetro 28 mm Largo 37,8mm, eje 16x2,3mm Tensión 6 a 18Vlts. CC, nominal 12 Vlts. Velocidad 9500 rpm Consumo 0,260A Fuerza 80 g.cm potencia 6,8W

MOV555 Diámetro 37,5 mm Largo 57mm, eje 13,2x3,2mm Tensión 9 a 30Vlts. CC, nominal 12 Vlt Velocidad 4500 rpm Consumo 0,19A Fuerza 190 g.cm

MOT121 Motor con reducción a piñones metálicos de 12 tensión de 3 a 9 voltios Velocidad máxima a 9V 85 vueltas/minuto Velocidad minina a 3V 25vueltas/minuto Dimensiones del cuerpo 24,5x22 mm Distancia en agujeros de soporte 31 mm Tamaño del eje 10x3 mm

242

OPERACIÓN DEL MOTOR CC

243

CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR CD

244

CONTROL DE VELOCIDAD MOTOR CD Vdisp

½ VCTRL

Vcc = 15 V

t

0 VCT = Vumbr

RT 8

15

6 umbral 7 descarga

10

CT tp

555 -

5

salida control 2 disparo tierra

Fuente de control

Fuente de disparo

-

3

5 4 0

Vsal

20

10

30

t(mseg)

VSAL 15

1

Para VCTRL = 4 V

tp

-

0

t(mseg)

6

VSAL 15 tp

0

Para VCTRL = 8 V

t(mseg)

15

245

CONTROL DE VELOCIDAD POR MODULACION ANCHO DE PULSO

Vcc = 15 V +40 V

RT1(1)

18 kΩ

RT2(1)

D1

RT(2)

18 kΩ

6 CT 1μF

2

-

8 Vcc

4 restablece

Rdif 1.5 kΩ

umbral descarga 7

555 disparo

Cdif 0.1

6

4 8 Vcc restablece

CT(2)

0.1 μF

555 -

2 disparo

25 mseg

-

BD137

D2

tierra

1

1 -

1 KΩ

salida 3

5 control

tierra

ARM

umbral descarga 7

μF

salida 3

5 control

10 kΩ

-

100 Ω

-

Fuente de control

-

246

D3

CONTROL DE VELOCIDAD POR MODULACION ANCHO DE PULSO Salida ppal (1)

15 25

50

75

125

100

150

t (mseg)

Vdisp(2)

Valor crítico de 15 disparo (varía con la variación de Vctrl)

t

Vctrl(V) 10 8 5 4

t Salida ppal (2) (y VLD)

6 ms

0

6 ms

25

15 ms

50

15 ms

75

22 ms

100

22 ms

125

150

t (mseg)

247

CONTROL DE VELOCIDAD MOTOR UNIVERSAL SERIE

248

CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR UNIVERSAL SERIE * Apropiado a frecuencias de 50 a 60 Hz. * Control de onda completa

RL

Motor universal MT2

R1

127/ 220 VCA

R2 = 100

C

250 kΩ (500 kΩ)

CARGAS INDUCTIVAS

MT1 G

0.1 μF

C1

DIAC

C2 = 0.1 uF

249

ROTADOR DE GIRO MOTOR CD

250

PRACTICA 14

ROTADOR DE GIRO MOTOR CD 12 V 12 V

12 V

220 Ω

1 KΩ TIP41

-

TIP42

220 Ω

220 Ω 15 KΩ

MOTOR C.D. 15 KΩ

1 KΩ

BC559

220 Ω

220 Ω TIP41

BC559

TIP42

1 KΩ

1 KΩ 220 Ω

-

12 V -

5

6

4

5

6

-

4

820 A 040F

1

2

820 A 040F

1

N.C.

330 Ω (-)

-

330 Ω (-)

251

2

N.C.

INVERSOR 127/12 VCA ½ A +12 V frecuencia 2.2 kΩ 470 kΩ

+

R3

D1 1N4001

VS

T1 VP = 127 VCA

R1 R2 10 kΩ

potencia

D2 1N4001 6

100 kΩ R4 7

1 kΩ R5

TIP41

2 0.047µF

C

555

1 kΩ

-

R7

8

R6

TIP41

330 Ω

1 -

-

252

INVERSOR

253

PRACTICA 14 (PROCEDIMIENTO)

ROTADOR DE GIRO MOTOR CD 1.- Arme el circuito y energizelo. 2.- Aplique un pulso a cualquier entrada (izquierda o derecha). 3.- Verifique el giro del motor. NOTA: NO APLIQUE 2 PULSOS SIMULTANEAMENTE, YA QUE DE LO CONTRARIO PROVOCARÁ UN CORTO CIRCUITO

254

MOTORES DE PASO

255

TIPOS DE MOTORES DE PASO

ZO532 Motor paso a paso 2 bobinados y 4 hilos 5V 250 mA 200 Pasos

MT55SI25D Motor paso a paso unipolar 48 pasos por vuelta 7,5º Posibilidad de ser utilizado como unipolar o bipolar Tensión 12V 4 fases 36W y 2 comunes Diámetro 55x25mm Eje de 17x,35 mm Separación entre agujeros fijación 67 mm

23BBH24505 Motor paso a paso bipolar 48 pasos 2 bobinados Tensión nominal 3,3-6V Corriente máxima por fase 7,5 A Eje de 4mm con piñón de 19mm y 19 dientes Dimensiones 57x26mm (Separación entre agujeros para fijac

I7PMH302PI Motor paso a paso bipolar 200 pasos 2 bobinados y 4 hilos paso 1,8 grados

256

TIPOS DE MOTORES DE PASO

257

MOTOR DE PASO * MOTOR DE PASO ES UN MOTOR QUE PUEDE ROTAR EN CUALQUIER DIRECCION, ARRANCAR O PARAR EN CUALQUIER POSICION * EL MOVIMIENTO DEL ROTOR ES A INCREMENTOS DE PASOS ANGULARES, MUY PRECISOS Y PUEDEN SER: 1.- IMAN PERMANENTE 2.- RELUCTANCIA VARIABLE 3.- BOBINA BIFILAR

258

MOTOR DE PASO (IMAN PERMANENTE)

259

MOTOR DE PASO (IMAN PERMANENTE) * EL ROTOR ES UN IMAN PERMANENTE, SI ENERGIZAMOS EL POLO A DEL ESTATOR COMO POLO NORTE Y EL POLO C COMO SUR, ENTONCES EL POLO S1 DEL ROTOR SE ALINEARÁ CON EL POLO A DEL ESTATOR, EL ROTOR DA UN PEQUEÑO PASO EN SENTIDO DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ. ON A N

S1 N3 OFF

N1 D

B S3

OFF

S2 N2

S C ON

260

MOTOR DE PASO * SI ENERGIZAMOS EL POLO B DEL ESTATOR COMO POLO NORTE Y EL POLO D DEL ESTATOR COMO POLO SUR, ENTONCES EL POLO S3 DEL ROTOR SE ALINEARÁ CON EL POLO NORTE DEL ESTATOR B, DANDO OTRO PASO EN SENTIDO DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ. OFF A

S1

N3

ON

B

N

S3

N1

S

D

ON

S2

N2

C OFF

261

MOTOR DE PASO * SI ENERGIZAMOS EL POLO C DEL ESTATOR COMO N, Y EL POLO A COMO POLO SUR, EL POLO S2 DEL ROTOR SE ALINEARÁ CON EL POLO N DE LA BOBINA C DEL ESTATOR, DANDO OTRO PASO EN SENTIDO DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ. ON A S N3 S1

S3 OFF

D

B N2

OFF

N1 S2

N C ON

262

MOTOR DE PASO * SI ENERGIZAMOS LA BOBINA D DEL ESTATOR COMO POLO NORTE Y LA BOBINA B CON EL POLO S, ENTONCES EL POLO S1 DEL ROTOR SE ALINEARÁ CON EL POLO N DE LA BOBINA D DEL ESTATOR, DANDO OTRO PASO EN SENTIDO DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ. OFF A

S3

ON

B

S

N3

N2

S1

N

D

ON

N1

S2

C OFF

263

MOTOR DE PASO ENERGIZAMOS LA BOBINA C, FORMANDO EL POLO NORTE, EL CUAL ATRAERA AL POLO S2 DEL ROTOR, DANDO UN MOVIMIENTO EN SENTIDO CONTRARIO A LAS MANECILLAS DEL RELOJ. ON A S N3 S1

S3 OFF

D

B N2

OFF

N1 S2

N C ON

264

MOTOR DE PASO SE ENERGIZA LA BOBINA B DEL ESTATOR Y GENERANDOSE EL NORTE N EL CUAL ATRAE A S3 DEL ROTOR EN UN MOVIMIENTO CONTRARIO A LAS MANECILLAS DEL RELOJ. OFF A

S1

N3

ON

B

N

S3

N1

S

D

ON

S2

N2

C OFF

265

MOTOR DE PASO SE ENERGIZA LA BOBINA A, FORMANDO EL POLO NORTE N EL CUAL ATRAE AL POLO S1 DEL ROTOR EN UN MOVIMIENTO CONTRARIO AL DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ. ON A N

S1 N3 OFF

N1 D

B S3

OFF

S2 N2

S C ON

266

MOTOR DE PASO SE ENERGIZA LA BOBINA D DEL ESTATOR FORMANDO EL POLO NORTE N EL CUAL ATRAE AL POLO S2 DEL ROTOR EN UN MOVIMIENTO CONTRARIO A LAS MANECILLAS DEL RELOJ. OFF A

S1

ON

B

S

N1

N3

S2

N

D

ON

N2

S3

C OFF

267

CIRCUITO DE CONTROL

A

B

C

A

. -

CIRCUITOS DE CONTROL S1

+Vs

.

N3

N1 D

B S3

S2 N2

C

. +Vs

268

D

SECUENCIA DE CONMUTACION GIRO SENTIDO MANECILLAS RELOJ POSICION DEL EJE (GRADOS)

0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360

TRANSISTOR ENCENDIDO

A B C D A B C D A B C D A 269

SECUENCIA DE CONMUTACION GIRO EN SENTIDO CONTRARIO MANECILLAS RELOJ POSICION DEL EJE (GRADOS)

0 -30 -60 -90 -120 -150 -180 -210 -240 -270 -300 -330 -360

TRANSISTOR ENCENDIDO

A D C B A D C B A D C B A 270

MOTORES DE PASO (TIPO DE PASOS) * PASOS COMPLETOS: ES UN MOVIMIENTO O GIRO DEL MOTOR DE 30O EN CUALQUIER SENTIDO DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ.

* MEDIOS PASOS: ES UN MOVIMIENTO O GIRO DEL MOTOR DE 15O EN CUALQUIER SENTIDO DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ.

* MICRO PASOS: ES UN MOVIMIENTO O GIRO DEL MOTOR DE 5O EN CUALQUIER SENTIDO DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ.

271

SECUENCIA DE CONMUTACION PARA LOS MEDIOS PASOS (SENTIDO MANECILLAS R.) POSICION DEL EJE (GRADOS)

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180

TRANSISTORES ENCENDIDOS

A CyD B Ay D C Ay B D ByC A CyD B Ay D C 272

SECUENCIA DE CONMUTACION PARA LOS MEDIOS PASOS (SENTIDO MANECILLAS R.) POSICION DEL EJE (GRADOS)

195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 360

TRANSISTORES ENCENDIDOS

Ay B D ByC A CyD B Ay D C Ay B D ByC A 273

CONTROLADORES EN CIRCUITO INTEGRADO

274

CONTROLADORES EN CIRCUITO INTEGRADO MOTOR PASO A PASO DE CUATRO POLOS

.

+Vs(A-C)

.

A FASE A-C

C

B

.

D FASE B-D

. +Vs(B-D)

.

.

A

. C

Vs(A-C)

.

.

-

.

.

.

-

. .

LOGICA INTERNA

B

. -

.

.

.

D

Vs(B-D)

-

VDD

CW/CCW HS/FS

PULSOS DE PASO

1PH/2PH

275

TABLA DE VERDAD DEL CONTROLADOR

HS/FS

1PH/2PH

0

0

MODO DE DOS FASES. PASOS COMPLETOS, MAYOR PAR

0

1

MODO DE UNA FASE PASOS COMPLETOS, PAR NORMAL

1

0

MEDIOS PASOS, PAR ALTERNANTE.

1

1

PARO. IGNORA LOS PULSOS DE PASO

OPERACIÓN DEL MOTOR

276

DRIVE MOTOR DE PASO 74LS194

277

278

FUNCIONAMIENTO Un circuito integrado NE555 como oscilador estable proporciona los pulsos de CLOCK necesarios y se envían al pin 11 del circuito integrado 74LS194 Cada vez que CLOCK esta en alto (positivo) el estado de las salidas del 74LS194 (pines 12, 13, 14 y 15) son rotadas. Consultar el diagrama que para ver los detalles. La dirección de esta rotación se determina mediante la llave S2. Cuando S2 está en la posición central (OFF), el motor se detiene. Cuando la base del transistor Q6 esta a nivel bajo, las salidas del 74LS194 cambian en el orden 12 - 15 - 14 - 13 - 12 , etc. Cuando la base del transistor Q6 esta a nivel alto, las salidas del 74LS194 cambian en el orden 12 - 13 - 14 - 15 - 12 , etc. Los pulsos existentes en las salidas del 74HC194 se envían al motor a través de un circuito integrado ULN2003. Este se encarga de manejar la corriente necesaria para excitar las bobinas. 279

CONEXION EN MOTORES DE 6 PINES

280

CONTROLADOR DE MOTORES DE PASO A PASO MPPC01

281

CARACTERISTICAS DEL MPPC01 El driver de motores paso a paso MPPC01 controla un motor paso a paso bipolar o unipolar con solo dos o tres bits. Dos bits le permitirán controlar el sentido de giro y en que instante el motor debe avanzar un paso. Con el tercer bit podrá seleccionar entre precisión 1 paso o 1/2 paso. Es provisto en encapsulado DIP20. Todas sus entradas y salidas son TTL, con cual es optimo para ser utilizado con PICs, BasicX , Basic Stamps, etc... El circuito integrado esta preparado para recibir una señal digital de realimentación de limite de corriente de fase . Sus dos entradas para comparadores le facilitarán el diseño de drivers con control de corriente de fase por medio de técnicas de switching. Las salidas tienen capacidad para entregar una corriente máxima de 100 mA, capaces de entregar corriente suficiente para la excitación de los transistores de potencia adecuados para las tensiones y corrientes de operación del motor paso a paso a controlar. 282

CARACTERISTICAS DEL MPPC01 Tensión de alimentación 0 a +7 v. Tensiones de entrada -2.5 a Vcc + Vcc+1 v Corriente de salida 100 mA Temperatura ambiente con alimentación -65 a +125° C

283

CONDICIONES RECOMENDADAS DE OPERACION PARAMETRO Vcc Temperatura ambiente Ancho de pulso minimo de la senal de reloj La entrada de reloj será valida después de la subida de la alimentación a los Nivel alto de las entradas

min 4.75 0 15

nor 5 25

max unid 5.25 V 75 O C nseg 100

nseg

2

Vcc+1

V

-1 2.4

0.8

V V

Voltaje de salida en bajo

0.5

V

Corriente max. de salida con salidas deshabilitad

10

mA

Nivel bajo de las entradas Voltaje de salida en alto

284

285

CONTROL DE MOTOR DE PASO

286

CONTROLADOR DE MOTORES DE PASO A PASO ULN2003

287

DRIVER ULN2003

288

DRIVER ULN2003

289

CONTROL MOTOR DE PASO POR EL PUERTO PARALELO

290

OCTAL PERIPHERAL DRIVER ARRAYS ULN2803

291

OCTAL PERIPHERAL ARRAYS ULN2803

DRIVER

El ULN2803 es un integrado driver que empaqueta 8 transistores de arreglo Darlington y sus respectivos diodos damper, y se utiliza principalmente como interfase, para acondicionar pulsos o señales digitales de baja intensidad (como las que obtienes de las puertas lógicas CMOS, TTL, etc.) de tal manera que puedan mover componentes que requieren altas corrientes o voltajes, como relevadores, focos, cabezales de impresoras... Lo que en realidad hace es tomar la señal eléctrica generada por los elementos digitales y aumentar su tensión y corriente por medio de transistores de potencia. Los díodos sirven como amortiguadores para reducir los pulsos transientes y las variaciones de pulso.

292

CARACTERISTICAS DEL ULN2803

293

ESTRUCTURA DEL ULN2803

294

1/8 ULN2803

295

MOTOR DE CA

296

MOTORES DE C.A. Motor de c.a.

Síncronos

De inducción

rotor devanado trifásico

Monofásicos de reluctancia

Monofásicos de histéresis

Monofásicos de jaula de ardilla

Polifásicos (trifásicos)

Jaula de ardilla

Universales (cd devanados serie)

Rotor devanado

Fase dividida asistida por capacitor

bobina de sombra

Arranque por reluctancia

297

PARTES PRINCIPALES

Rotor

Estator Vs = Vm sen ωt Vm

t

0

- Vm

Fuente de voltaje CA

298

CARACTERISTICAS * SON MÁS FACILES DE USAR QUE LOS MOTORES DE C.C. * TIENE UN CAMPO MAGNETICO ROTATORIO. * LA VELOCIDAD DE GIRO DEL CAMPO SE LLAMA VELOCIDAD SÍNCRONA. * CORRIENTE DE ARRANQUE ALTO. * UNA VEZ ARRANCADO LA CORRIENTE DISMINUYE. * PAR ALTO. * VELOCIDAD CONSTANTE.

299

VENTAJAS DEL MOTOR CA SOBRE EL MOTOR DE CD 1.- Un motor de ca de inducción no tiene conmutador ni conexiones electricas de tipo fricción de ninguna clase, es más fácil y menos costosa su fabricación que un motor cd. Sin escobillas que se desgasten, su costo de mantto. es menor. 2.- El motor ca no tiene conmutador, no produce chispa y es muy seguro. 3.- Sin conexiones eléctricas expuestas a la atmósfera, un motor de ca se conserva mejor en la presencia de gases corrosivos. 4.- Un motor de ca tiende a ser más pequeño y ligero que un motor cd de potencia comparable. 300

PRACTICA 12-A

ENCENDIDO DIGITAL MOTOR AC

5V

ω

5V 1MΩ

ω

1 μF

120 VCA L N ω

ω

0.1 μF/200 V 14

7

NE555

10 KΩ

2

3 5

-

Q

1

Q’

2

6

330 Ω

1

6

100 Ω 4

TIC 226D

-

0.1 μF

K1

-

-

0.1 μF

5

1 KΩ

76LS74

3

2

10 KΩ

D

ω

MOC3010

100 Ω

ωωω

4 8

6

M -

-

301

PRACTICA 12-B

ENCENDIDO DIGITAL MOTOR AC 120 VCA L N 12 VCD C.N.C. 5V 1MΩ

4 8

1 μF 6

7

14

-

NE555

10 KΩ

2 D

3

5

10 KΩ

3

Q’

330 Ω

1

BD 137

CONTACTOR BOBINA 127 VCA

330 Ω 6

-

C.N.O.

7 -

-

0.1 μF

1 kΩ

Q 5 74LS74

2

-

1N4001

5V

M

-

-

302

PRACTICA 15

ENCENDIDO DIGITAL MOTOR AC 120 VCA L N 12 VCD

5V 1MΩ

4 8

14

7

NE555

10 KΩ

10 KΩ ω1N4001

1 μF 6

2

-

Q

3

2

10 KΩ

D

-

Q’

330 Ω

1

100 Ω

1

6

2

5

BD 137

CONTACTOR BOBINA 127 VCA

6

-

-

0.1 μF

5

76LS74

3

5

C.N.C.

ω

5V

4

N.C. 820 A 040F

-

C.N.O.

-

M

-

303

MOTOR DE CA DE INDUCCION

304

MOTOR DE CA DE INDUCCION * El rotor no es un imán permanente, sino que es un electroimán * Tiene barras de conducción en todo su largo, incrustadas en ranuras a distancias uniformes alrededor de la periféria. * Las barras están conectadas con anillos a cada extremidad del rotor. y están soldadas a las extremidades de las barras. * Se les conoce como motores de “jaula de ardilla”

305

OPERACIÓN MOTOR CA INDUCCION

306

INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION CON CAPACITOR

307

INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION L

N

CONTACTOR A

CONTACTOR B

ROTOR

308

PRACTICA 12

ENCENDIDO DIGITAL MOTOR AC 120 VCA L N 12 VCD 5V

5V

C.N.C. 1N4001

5V 1MΩ

1 μF 330 Ω

4 8

6

7

-

NE555

10 KΩ

14 2 D 3

2 10 KΩ -

Q’

330 Ω

1

330 Ω 6

-

7 -

-

0.1 μF

BD 137

74LS74

3

5

1 kΩ

Q 5

-

-

CONTACTOR A BOBINA 127 VCA

309

CONTACTOR B BOBINA 127 VCA

L

N

CONTACTOR A

CONTACTOR B

ROTOR

310

INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION

311

INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION

312

MOTOR DE CA SINCRONO

313

OPERACIÓN MOTOR CA SINCRONO

314

VARIADORES DE VELOCIDAD

315

VARIADOR DE VELOCIDAD o FRECUENCIA Es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna (AC) por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Un variador de frecuencia es una caso especial de un variador de velocidad. Los variadores de frec. son también conocidos como drivers de frecuencia ajustable (AFD), drivers de CA, microdrivers o inversores. Desde que el voltaje es variado a la vez que la frecuencia, a veces son llamados drivers VVVF (variador de voltaje variador de frecuencia).

316

VARIADOR DE VELOCIDAD o FRECUENCIA * Los Variadores de Velocidad para Motores Asincrónicos de corriente alterna (también conocidos como variadores de frecuencia, drives e inverters) son equipos indispensables ya que los mismos no solo permiten controlar, limitar o aumentar la velocidad de los motores, sino que además mejoran el rendimiento y protegen al motor tanto eléctrica como mecánicamente, incrementando así su vida últil.

317

COMPONENTES DEL VARIADOR DE FRECUENCIA

* * * *

Etapa Rectificadora. Etapa intermedia. Inversor o "Inverter". Etapa de control.

318

COMPONENTES DEL VARIADOR DE FRECUENCIA * Etapa Rectificadora. Convierte la tensión alterna en continua mediante rectificadores de diodos, tiristores, etc. * Etapa intermedia. Filtro para suavizar la tensión rectificada y reducir la emisión de armónicos.

319

COMPONENTES DEL VARIADOR DE FRECUENCIA * Inversor o "Inverter" Convierte la tensión continua en otra de tensión y frecuencia variable mediante la generación de pulsos. Actualmente se emplean IGBT´s (Isolated Gate Bipolar Transistors) para generar los pulsos controlados de tensión. Los equipos más modernos utilizan IGBT´s inteligentes que incorporan un microprocesador con todas las protecciones por sobrecorriente, sobretensión, baja tensión, cortocircuitos, puesta a masa del motor, sobretemperaturas, etc. * Etapa de control Esta etapa controla los IGBT para generar los pulsos variables de tensión y frecuencia. Y además controla los parámetros externos en general, etc. 320

OPERACIÓN DEL VARIADOR DE VELOCIDAD Los variadores mas utilizados utilizan modulación PWM (Modulación de Ancho de Pulsos) y usan en la etapa rectificadora puente de diodos rectificadores. En la etapa intermedia se usan condensadores y bobinas para disminuir las armónicas y mejorar el factor de potencia. Los fabricante que utilizan bobinas en la línea en lugar del circuito intermedio, pero tienen la desventaja de ocupar más espacio y disminuir la eficiencia del variador.

321

OPERACIÓN DEL VARIADOR DE VELOCIDAD * El Inversor o Inverter convierte la tensión continua de la etapa intermedia en una tensión de frecuencia y tensión variables. Los IGBT envían pulsos de duración variable y se obtiene una corriente casi senoidal en el motor. * La frecuencia portadora de los IGBT se encuentra entre 2 a 16kHz. Una portadora con alta frecuencia reduce el ruido acústico del motor pero disminuye el rendimiento del motor y la longitud permisible del cable hacia el motor. Por otra parte, los IGBT´s generan mayor calor.

322

OPERACIÓN DEL VARIADOR DE VELOCIDAD * Las señales de control para arranque, parada y variación de velocidad (potenciómetro o señales externas de referencia) estén aisladas galvánicamente para evitar daños en sensores o controles y evitar ruidos en la etapa de control.

323

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad síncrona de un motor de corriente alterna (CA) esta determinada por la frecuencia de CA suministrada y el número de polos en el estátor, de acuerdo con la relación:

• • • •

Donde RPM = Revoluciones por minuto f = frecuencia de suministro AC (hertz) p = Número de polos (adimensional)

324

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN * Las cantidades de polos más frecuentemente utilizadas en motores síncronoso en motores asíncronos son: 2, 4, 6 y 8 polos que, siguiendo la ecuación resultarían en 3600 rpm, 1800 rpm, 1200 rpm y 900 rpm respectivamente para Motores sincronos únicamente, funcionando en 60 hz y en CA. * En los motores asíncronos las revoluciones por minuto son ligeramente menores por el propio asincronismo que indica su nombre. En estos se produce un desfase mínimo entre la velocidad de rotación (RPM) del rotor (velocidad "real" o "de salida")

325

PRINCIPIOS DE OPERACIÓN Comparativamente con la cantidad de rpm´s del campo magnético (las cuales si deberían cumplir la ecuación arriba mencionada tanto en Motores síncronos como en motores asíncronos ) debido a que sólo es atraído por el campo magnético exterior que lo aventaja siempre en velocidad (de lo contrario el motor dejaría de girar en los momentos en los que alcanzase al campo magnético)

326

EJEMPLOS DE CALCULOS DE RPM Un motor de 4 polos que esta conectado directamente a la red de distribución eléctrica de 60 Hz debería tener una velocidad síncrona de 1800 rpm:

Si el motor es un motor de inducción, la velocidad de operación a plena carga estará sobre los 1750 RPM. Si el motor está conectado a el variador de velocidad que le proporciona 40 Hz, la velocidad síncrona será de 1200 RPM:

327

ETAPAS DEL VARIADOR Un sistema de variador de frecuencia (VFD) consiste generalmente en: * Motor AC, * Controlador y * Interfaz operador.

328

MOTOR DEL VFD El motor usado en un sistema VFD es normalmente un motor de inducíón trifásico. Algunos tipos de motores monofásicos pueden ser igualmente usados, pero los motores de tres fases son normalmente preferidos. Varios tipos de motores síncronos ofrecen ventajas en algunas situaciones, pero los motores de inducción son más apropiados para la mayoría de propósitos y son generalmente la elección más económica. Motores diseñados para trabajar a velocidad fija son usados habitualmente, pero la mejora de los diseños de motores estándar aumenta la fiabilidad y consigue mejor rendimiento del VFD.

329

GRAFICA FRECUENCIA-VELOCIDAD

330

CONTROLADOR DEL VFD El controlador de dispositivo de variación de frecuencia esta formado por dispositivos de conversión electrónicos de estado sólido. El diseño habitual primero convierte la energía de entrada AC en DC usando un puente rectificador. La energía intermedia DC es convertida en una señal cuasisenoidal de AC usando un circuito inversor conmutado. El rectificador es usualmente un puente trifásico de diodos, pero también se usan rectificadores controlados. Debido a que la energía es convertida en continua, muchas unidades aceptan entradas tanto monofásicas como trifásicas (actuando como un convertidor de fase, un variador de velocidad).

331

CONTROLADOR DEL VFD Tan pronto como aparecieron los interruptores semiconductores fueron introducidos en los VFD, ellos han sido aplicados para los inversores de todos las tensiones que hay disponible. Actualmente, los transistores bipolares de puerta aislada (IGBTs) son usados en la mayoría de circuitos inversores. Las características del motor AC requieren la variación proporcional del voltaje cada vez que la frecuencia es variada. Por ejemplo, si un motor esta diseñado para trabajar a 460 voltios a 60 Hz, el voltaje aplicado debe reducirse a 230 volts cuando la frecuencia es reducida a 30 Hz. Así la relación voltios/hertzios deben ser regulados en un valor constante (460/60 = 7.67 V/Hz en este caso). Para un funcionamiento óptimo, otros ajustes de voltaje son necesarios, pero nominalmente la constante es V/Hz es la regla general. El método más novedoso y extendido en nuevas aplicaciones es el control de voltaje por PWM. 332

CONTROLADOR DEL VFD

333

APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc. Bombas y ventiladores centrífugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal. 334

APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc. Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves manteniendo la cupla del motor constante y diferentes velocidades para aplicaciones distintas. Extrusoras. Se obtiene una gran variación de velocidades y control total de la cupla del motor. 335

APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD Centrífugas. Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades de resonancia. Prensas mecánicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales.

336

APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD Máquinas textiles. Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales. Compresores de aire. Se obtienen arranques suaves con máxima cupla y menor consumo de energía en el arranque. Pozos petroleros. Se usan para bombas de extracción con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo. 337

APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD Otras aplicaciones. Elevadores de cangilones, Transportadores helicoidales, Continuas de papel, Máquinas herramientas, Máquinas para soldadura, Pantógrafos, Máquinas para vidrios, Fulones de curtiembres, Secaderos de tabaco, Clasificadoras de frutas, Conformadoras de cables, Trefiladoras de caños, Laminadoras,

338

APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD Otras aplicaciones. Mezcladoras, Trefiladoras de perfiles de aluminio, Cable, etc, Trituradoras de minerales, Trapiches de caña de azucar, Balanceadoras, Molinos harineros, Hornos giratorios de cemento, Hornos de industrias alimenticias, Puentes grua, Bancos de prueba, Secadores industriales, 339

APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD Otras aplicaciones. Tapadoras de envases, Norias para frigoríficos, Agitadores, Cardeadoras, Dosificadoras, Dispersores, Reactores, Pailas, Lavadoras industriales, Lustradoras, Molinos rotativos, Pulidoras, 340

APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD Otras aplicaciones. Fresas, Bobinadoras y desbobinadoras, Arenadoras, Separadores, Vibradores, Cribas, Locomotoras, Vehículos eléctricos, Escaleras mecánicas, Aire acondicionado, Portones automáticos, Plataformas móviles, 341

APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD Otras aplicaciones. Tornillos sinfin, Válvulas rotativas, Calandras, Tejedoras, Chipeadoras, Extractores, Posicionadores, etc.

342

INDUSTRIAS DONDE SE UTILIZAN Metalúrgicas : Caños, chapas y laminados, perfiles de hierro, aluminio, cables, tornerías, electrodomésticos, revestimiento de caños, fundiciones, fresadoras, electrodos, etc. Alimenticias : Panificadoras, galletitas, pastas secas, pastas frescas, chocolates, golosinas, lácteos, azúcar, margarinas, frigoríficos, faenas, quesos, grasas animales, molinos harineros, mantecas, criaderos de pollos, aceiteras, frutícolas, jugueras, aguas minerales, bodegas vitivinícolas, cerveceras, productos balanceados, etc. Construcción : Edificios, autopistas, cementeras, tejas, azulejos, pisos, ladrillos, bloques, fibrocemento, pretensados, aberturas, sanitarios, membranas asfálticas, caleras, arenas especiales, etc. 343

INDUSTRIAS DONDE SE UTILIZAN Automovilísticas : Montadoras de autos, montadoras de camiones, ómnibus, autopartes, tapizados, plásticos, radiadores, neumáticos, rectificadora de motores. Plásticos : Perfiles, poliestireno, telgopor, impresoras, batches, envases, juguetes, muebles, bolsas, etc. Papeleras : Papel, cartón, corrugados, cajas, papel higiénico, bobinas, bolsas, envases, etc. Cueros : Curtiembres, tintorerias, cuerinas, calzados, ropas, etc. 344

INDUSTRIAS DONDE SE UTILIZAN Químicas : Laboratorios medicinales, pinturerias, adhesivos, detergentes, jabones, explosivos, acrílicos, anilinas, insecticidas, fertilizantes, petroquímicas, Petroleras : Petroleos, refinerias, lubricantes, destilerías, etc. Textiles : Tejidos, tintorerias, lavaderos, hilanderías, etc. Madereras : Aserraderos, muebles, impregnadoras, laminados, tableros, terciados, etc.

345

INDUSTRIAS DONDE SE UTILIZAN Caucho : Neumáticos, gomas, latex, etc. Otras : Aeronáuticas, tabacaleras, vidrio, aguas sanitarias, cerealeras, universidades, empresas de ingeniería, minería, acerías, agropecuarias, preparadores de vehículos de competición, etc.

346

MODELOS VARIADORES DE VELOCIDAD

1 - 100 HP at 380/460 VAC, constant torque (In stock) 125 - 450 HP @ 380/460 VAC, constant torque (Available late July) 500 - 700 HP at 380/460 VAC, constant torque (Available late Septemb 0.5 - 60 HP at 208/230 VAC, constant torque (Available mid August) 75 - 100 HP at 208/230 VAC, constant torque (Available late Septembe

0.25 - 1 HP @ 110 VAC, single phase 0.25 - 3 HP @ 230 VAC, single phase 0.25 - 3 HP @ 230 VAC, three phase

0.25 - 3 HP @ 200/240 VAC 0.25 - 20 HP @ 200/240 VAC 0.25 - 20 HP @ 380/500 VAC 1 - 20 HP @ 525/600 VAC 1 - 20 HP @ 575 VAC 347

MODELOS VARIADORES DE VELOCIDAD

1 - 500 HP @ 400/460 VAC 0.5 - 40 HP @ 208/230 VAC

1 - 10 HP @ 460 VAC 1 - 5 HP @ 208/230 VAC

1 - 7.5 HP @ 460 VAC 1 - 3 HP @ 208/230 VAC

1 - 100 HP @ 460 VAC 1 - 50 HP @ 208/230 VAC 348

INTERRUPTORES ESTATICOS

349

INTERRUPTORES ESTATICOS Son dispositivos de estado sólido para interrumpir voltaje ac y cd, tiene muy alta velocidad de conmutación en apertura y cierre, ninguna parte móvil y ningún rebote de contactos al cierre y se pueden clasificar en:

* INTERRUPTORES DE C.A.

A).- MONOFASICOS B).- TRIFASICOS

* INTERRUPTORES DE C.D. 350

INTERRUPTOR MONOFASICO DE C.A. T1

.

+

. T2

Vs

RL

Vm

-

0

wt

0

wt

Vo(t) Vm Vm wt

0

-Vm

Io(t)

Vm/RL 0

.

wt

... .

wt

0

g1

g1 1

1 0

wt

g2

0

wt

FORMA DE ONDA PARA UNA CARGA INDUCTIVA

wt

00 g2 1

1

Pulso de compta. T1

Pulso de compta. T2

0

wt

FORMA DE ONDA PARA UNA CARGA RESISTIVA

351

INTERRUPTOR DE C.A. MONOFASICO CON PUENTE DE DIODOS Y SCR

Vs, Vo Vm

D2

.

+

Vs

.

D1

.

. T1

T2

-Vm g1 RL

Vo 1

-

wt

0

Pulso de compta. T1 wt

0 g2 1

Pulso de compta. T2

0

wt

352

INTERRUPTOR DE C.A. MONOFASICO (PUENTE RECTIFICADOR Y SCR)

. +

.

D1

IS

.

D4 VS -

.

Vs, Vo D3

Vm

.

T1

.

D2

wt

0

RL

Vo -Vm g1 1

Pulso de compta. T1

0

wt

353

INTERRUPTOR DE C.A. TRIFASICO V Vab 1

Vca 5

Vbc 3

3

1

wt

0

6

2

4

6

g1 T4 A

.

.

T1

i1

.

.

.

T3

.

T2 C

.

.

T5

wt

RL

T6 B

0 g2

a

.

.

wt

g3 n

RL

RL

b

c

0 g4

wt

0 g5

wt

0 g6

wt

0 i1

wt

0

wt

354

INTERRUPTOR DE C.A. TRIFASICO CON DIODO Y SCR

D1 A

.

.

T1

i1

.

a RL

D2 B

.

.

T2

.

.

.

T3

n

RL

D3 C

.

.

b

RL c

355

INTERRUPTOR INVERSOR TRIFASICO

T4 A

.

.

T1

i1

.

a RL

T6 B

. .

.

T3

. .

T2 C

.

. .

T5

.

.

n

RL

RL

b

c

.

T10

.

T9

.

T8

.

T7

.

356

INTERRUPTOR DE C.A. PARA TRANSFERENCIA DE BUS

T1

V1

-

.

.

+

T1’

T2

+

. RL

Vo -

.

.

. T2’

+

V2

-

357

TRANSFERENCIA DE BUS TRIFASICO

T1 A

.

.

T4

T1’

.

.

RL

T3 B

.

.

T6

.

.

T2

n

. .

RL

T4’

.

.

A’

.

.

B’

.

.

C’

T3’

.

.

T5 C

.

RL

.

c

b

.

T6’ T5’

.

T2’

358

ARMONICAS

359

La energía eléctrica comúnmente se genera en las grandes centrales utilizando máquinas rotatorias síncronas cuyo campo es excitado con un voltaje de CD e impulsado mecánicamente por una turbina, produciendo una tensión senoidal trifásica en las terminales de su armadura. Dicha forma de onda es característica del diseño de la máquina y de la disposición de sus devanados. Cuando un voltaje senoidal es aplicado a un circuito lineal las corrientes que fluye en el sistema y caídas de voltaje también son senoidales. Durante los últimos 20 años ha crecido la preocupación debido al hecho de que la forma de onda de corrientes y voltajes en alimentadores y buses se ha corrompido por la aparición de corrientes armónicas en los sistemas eléctricos de potencia, debido principalmente a la introducción masiva de la electrónica de potencia en las redes industriales, así como a la operación, cada vez más extendida, de grandes hornos de arco usados para fundición de acero, grandes instalaciones de computadoras y equipo electrónico de control. 360

Estudios realizados por el Electric Power Research Institute (EPRI) muestran que al año 2000, cerca del 60% de la energía eléctrica consumida en los Estados Unidos pasa a través de algún dispositivo semiconductor antes de llegar a la carga. Esta cifra era 40% en 1995. Ante esta situación es indispensable aplicar medidas que conlleven a mantener los sistemas eléctricos con una calidad de energía adecuada y aprovechar las ventajas de la tecnología de los equipos electrónicos que ayudan a incrementar la productividad, confort y ahorro de energía.

361

DISTORSION ARMONICA Cuando el voltaje o la corriente de un sistema eléctrico tienen deformaciones con respecto a la forma de onda senoidal, se dice que la señal está distorsionada. La distorsión puede deberse a: Fenómenos transitorios Tales como arranque de motores, conmutación de capacitores, efectos de tormentas o fallas por cortocircuito entre otras. Condiciones permanentes Que están relacionadas con armónicas de estado estable. En los sistemas eléctricos es común encontrar que las señales tendrán una cierta distorsión que cuando es baja, no ocasiona problemas en la operación de equipos y dispositivos. Existen normas que establecen los límites permisibles de distorsión, dependiendo de la tensión de operación y de su influencia en el 362 sistema.

CARACTERISTICAS DE LA DISTORSION ARMONICA Cuando la onda de corriente o de tensión medida en cualquier punto de un sistema eléctrico se encuentra distorsionada, con relación a la onda sinusoidal que idealmente deberíamos encontrar, se dice que se trata de una onda contaminada con componentes armónicas . Para que se considere como distorsión armónica las deformaciones en una señal, se deben de cumplir las siguientes condiciones : * Que la señal tenga valores definidos dentro del intervalo, lo que implica que la energía contenida es finita * Que la señal sea periódica, teniendo la misma forma de onda en cada ciclo de la señal de corriente o voltaje. * Permanente cuando la distorsión armónica se presenta en cualquier instante de tiempo, es decir, que no es pasajera. 363

DEFINICION DE ARMONICAS Este concepto proviene del teorema de Fourier y define que, bajo ciertas condiciones analíticas, una función periódica cualquiera puede considerarse integrada por una suma de funciones senoidales, incluyendo un término constante en caso de asimetría respecto al eje de las abscisas, siendo la primera armónica, denominada también señal fundamental, del mismo período y frecuencia que la función original y el resto serán funciones senoidales cuyas frecuencias son múltiplos de la fundamental. Estas componentes son denominadas armónicas de la función periódica original.

364

GENERACION DE ARMONICAS

* Equipos electrónicos * Equipo de computo * Hornos de microondas * Convertidores de voltaje * Lámparas fluorescentes * Rectificadores

365

PROBLEMAS PRODUCIDOS POR LOS ARMÓNICOS * Sobrecarga de los conductores neutros * Sobrecalentamiento de los transformadores * Disparos intempestivos de los interruptores automáticos * Sobrecarga de los condensadores de corrección del factor de potencia * Distorsiones en sistemas de comunicaciones * Ruido y posibles daños en circuitos electrónicos * Distorsión de la forma senoidal * Fluctuaciones lentas o rápidas del voltaje de red * Desvalances en los sistemas trifásicos * Calentamiento adicional en los equipos * Sobrecarga en los capacitores * Efectos de resonancia en capacitores de potencia sin protección 366

PROBLEMAS PRODUCIDOS POR LOS ARMÓNICOS * Problemas de funcionamiento en equipos de control, medición y protección * Sobrecalentamiento en conductores * Interferencias en equipos de comunicación y telefonía * Disparo de equipos de control * Bloqueo de PLC´s y equipo de control * En casos severos quema de tarjetas electrónicas

367

METODOS PARA LA ELIMINACION DE ARMONICAS FILTROS PASIVOS * Su objetivo es disminuir el contenido armónico, desviándolo las corrientes armónicas de los equipos y mantener limpia la corriente absorbida de red. * Están compuestos por una o varias secciones L-C * Cuentan con reactores de sintonía ( 3a, 5a, 7a, 11a, etc) armónica que se quiera filtrar . BANCO DE CAPACITORES AUTOMATICOS CON REACTOR DE R. * Corrección del factor de potencia. * La capacidad de los capacitores y la inductancia del sistema eléctrico pueden formar un punto en donde las corrientes armónicas pueden alcanzar hasta 20 veces el nivel normal. 368

TRANSFORMADORES DE AISLAMIENTO

TIPOS DE ARMONICAS ARMONICAS CARACTERISTICAS Son el resultado de la presencia de cargas no lineales en el sistema. y dependiendo de la carga se subdividen en: a).- Armónicas fluctuantes b).- Armónicas no fluctuantes ARMONICAS NO CARACTERISTICAS Se presentan cuando existen ciertos fenómenos en el sistema

369

BIBLIOGRAFIA “ELECTRONICA INDUSTRIAL MODERNA” TIMOTHY J. MALONEY PRENTICE HALL 3a EDICION 1997 “ELECTRÓNICA DE POTENCIA” MUHAMMAD H. RASHID PRENTICE HALL 2ª EDICIÓN 1995 “SCR MANUAL” GENERAL ELECTRIC 6ª EDICIÓN 1977

370

Curso de Electronica de Potencia

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