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370
1 ELECTRONICA DE POTENCIA M.C. JUAN MANUEL GONZALEZ ROSAS

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1

ELECTRONICA DE POTENCIA

M.C. JUAN MANUEL GONZALEZ ROSAS

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2

ELECTRONICA DE POTENCIA

ES LA APLICACIÓN DE LA ELECTRÓNICA DE ESTADO SÓLIDO

PARA EL CONTROL Y LA CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA

ELÉCTRICA

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3

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).

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4

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

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5

APLICACIONES DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA

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6

RECTIFICADORES

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7

RECTIFICADOR MONOFASICO DE MEDIA ONDA

Diagrama de circuito

Resistencia de carga

Alimentación

de ca

-

VD

-

Vs = Vm sen ωt

Is

R VL

-

π0

0

t

t

2ππ

VL

Vs = Vm sen ωt

Vm

-Vm

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8

RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA

Diagrama de circuito

Alimentación

de ca

-

Vs = Vm sen ωtIL

RL

-

-

-

-

-

t

0

- Vm

Vm /2V0

0

( b ) Formas de onda de voltaje

Vm

Vs = Vm sen ωt

t

t Diagrama de circuito

Resistencia de cargaAlimentaciónde ca

RL

Diodo 1

Diodo 1

0

- Vm

Vm V0

0

( b ) Formas de onda de voltaje

Vm

Vs = Vm sen ωt

t

t

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9

RECTIFICADOR MULTIFASE EN ESTRELLA

12

3

45

q

.

.

D1

D2

D3

D4

D5

Dq

v1 v2 v3 v4 v5 vq

V

vm

-vm

0

0

D1 on D2 on D3 D4 D5 Dq

π/q 2π/q 4π/q 6π/q 8π/q 10π/q 2π 14π/qωt

vm

16π/q

ωt2πππ/2

R

N

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10

PUENTES DE DIODOS MONOFASICOS

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11

PRACTICA 3

RECTIFICADOR MONOFASICODE ONDA COMPLETA

0

- Vm

Vm V0

0

( b ) Formas de onda de voltaje

Vm

Vs = Vm sen ωt

t

t

Diagrama de circuito

Alimentación

de ca

-

Vs = Vm sen ωtIL

RL =

-

-

-

-

-

D2

D3 D4

D1

Transformador 127 vca / 1 A

10 kΩ

MATERIAL y EQUIPO

4 diodos 1N4001

Resistencia 10 KΩ

Transformador 127 VCA/1 A

Osciloscopio

Voltimetro digital

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12

PRACTICA 3 (PROCEDIMIENTO)

RECTIFICADOR MONOFASICODE 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.

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13

PRACTICA 4 (PROCEDIMIENTO)

RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA A 127 VCA

-

Alimentación

127 vca IL

RL =

-

-

-

-D2

D3 D4

D1

10 kΩ C1

-

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14

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.

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15

RECTIFICADOR TRIFASICO EN PUENTE

R

D5D3D1

D2D6D4

VL

n

c

b

Vcn

Vbn Van

a

iL

ia

ic

ib

0

t

Vs = Vm sen ωt

0

0

Vm

Vm

-Vm

t

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16

PUENTES RECTIFICADORES TRIFASICOS

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17

TIRISTORES

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18

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

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19

MODOS DE ACTIVACION DEL TIRISTOR

* Térmica

* Luz

* Alto voltaje

* dv / dt

* Corriente de compuerta

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20

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)

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21

RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO (SCR)

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22

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.

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23 39

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24

PRESENTACIONES DEL SCR

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25

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.

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26

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.

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27

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.

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28

CURVA CARACTERISTICA DE SCR

CORRIENTE DE MANTTO.

IG

IA

V(BR)F

REGION INVERSA DE BLOQUEO

VF

VOLTAJE INVERSO DE RUPTURA

REGION DE CONDUCCION DIRECTA

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29 41

ESTRUCTURA INTERNA DEL SCR

COMPUERTA

CÁTODO

ANODO

P

N

P

NP

N

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30

COMPUERTA

CÁTODO

ANODO

PN

P

NP

N

+

IA

IG

-

VG

DISPARO DEL SCR

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31 43

CONDUCCION DEL SCR

COMPUERTA

VG = 0

CÁTODO

ANODO

PN

P

NP

N

+

-

IA

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32

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.

G

A

K

P1

N1

P2

N2

J1

J2

J3

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33

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

K

P1

N1

P2

N2

J1

J2

J3G

+

-

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34

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

K

p1

N1

P2

N2

J2

+

G

-

+

N2

J1

J3

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35 47

OPERACIÓN DEL SCR

* AL AUMENTAR LA POLARIZACION DIRECTA EN LA UNIONJ1 UN CIERTO NUMERO DE HUECOS ATRAVIESAN DICHAUNION, LO CUAL SE HA REPRESENTADO EN LA FIGURA MEDIANTE UNA FLECHA BLANCA.

A

K

P1

N1

P2

N2

J1

J2

J3

+

G

-

+

N2

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36

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

P2

N2

J1

J2

J3

+

G

+

- K

N2

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37 49

OPERACIÓN DEL SCR

* EL EFECTO ACUMULATIVO, INICIADO POR EL IMPULSO PO-SITIVO APLICADO ENTRE EL ELECTRODO DE GOBIERNO YCATODO, CONTINUA RAPIDAMENTE HASTA QUE LA UNIONJ2 DESAPARECE TOTALMENTE, EN CUYO INSTANTE CIRCULAA TRAVES DEL SCR UNA CORRIENTE DIRECTA DE GRAN IN-TENSIDAD

A

P1

N1

P2

N2

J1

J2

J3

+

G

+

- K

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38

MODOS DE APAGADO DEL SCR

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39

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

-

SW

SCR

A

KG

IA

VCD

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40

MODOS DE APAGADO DEL SCR

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.

* CONMUTACION FORZADA:

V+

IA

A

K

-

RL

G -+

R

Vi

VB

-

RELAY

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41

PRACTICA 4

DISPARO Y MODOS DE APAGADO DEL SCR

MATERIAL y EQUIPO

1 SCR C106D1 Transistor BD 1373 Capacitores 1 μF / 50 V1 Resistencia 1 KΩ2 Resistencias 1 MΩ1 Bateria 1.5 V1 Foco 12 V1 Fuente de 12 VCD1 Relevador 12 VCD2 C.I. NE555

IA

A

K

RL

G -+

VB

foco

+

-

SW

12 VCD

R

Vi

-

RELAY

T1

-

MULTIVIBRADOR MONOESTABLE

555

-

-

MULTIVIBRADOR MONOESTABLE

555

-

C.N.O.

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42

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 tran-

sistor y observe que el foco se apaga.

PRACTICA 4 (PROCEDIMIENTO)

MODOS DE APAGADO DEL SCR

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43

PRACTICA 6DISPARO SECUENCIAL MULVIBRADORES MONOESTABLE

R3 1 MΩ

+5 V

2

R1

555

-

-

4

-

R2

6

7

8

1

3

R4

C 4.7 µF10 KΩ

10 KΩ330 Ω

R3 1 MΩ

+5 V

2

R1

555

-

-

4

-

R2

6

7

8

1

3

R4

C 10 µF10 KΩ

10 KΩ330 Ω

R3 1 MΩ

+5 V

2

R1

555

-

-

4

-

R2

6

7

8

1

3

R4

C 15 µF10 KΩ

10 KΩ330 Ω

1 µF 1 µF

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44

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

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45

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.

VA1 VA2

CORRIENTE DE ESCAPE

0

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46

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 R2

T1 T2

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47

DIFERENCIA EN LAS CARACTERISTICASDE 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

R R

T1 T2

R1 R1C1 C1

T1

T2

t

CORRIENTE ANODICA

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48

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.

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49

CIRCUITOS DE DISPARO DE SCR´S EN SERIE

R3 R4

R2 R5C2

T1T2

PULSO DE DISPARO

R1 C1

C5

CIRCUITO DE DISPARO-ESCLAVO

PULSO DE DISPARO AL SCR 1

PULSO DE DISPARO AL SCR 2

PULSO DE DISPARO AL SCR 3

PULSO DE ENTRADA

TRANSFORMADOR DE PULSOS

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50

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.

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51

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

R2R1

T1 T2

R2R1

RL

+

-

+

-

L2

T1 T2.L1.

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52

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

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53

ÁNGULO DE DISPARO Y CONDUCCIÓN

Variando R1, la carga de C1 será menor o mayor, hará que el ángulo

de disparo varíe.

FORMAS DE ONDA

Vm V0

0

ANGULO DE

DISPARO ANGULO DE

CONDUCCION

t180 360

RL

G

AR1

C1

127 VCA K

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54

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

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55

PRACTICA 5

VARIACION DEL ANGULO DE DISPARO-CONDUCCION DEL SCR

MATERIAL y EQUIPO

SCR C106D

RL = foco de 40 watts.

R1 = 1 MΩ

C1 = 0.1 μF / 200 V

D = 1N4001

Osciloscopio

Voltímetro digital

RL

G

A

R1

C1

127 VCAK

D

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56

RL = 40 W / 220 VCA

G

A

R1

C1

220 VCA / 50 Hz

K

R2

R3

D Iτ

PRACTICA 5

VARIACION DEL ANGULO DE DISPARO-CONDUCCION DEL SCR

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57

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.

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58

PRACTICA 5DISPARO SECUENCIAL DE SCR`S

1 µF

10 KΩ

10 KΩ

C1

1 µF

10 KΩ

1 µF

3.3 µF

+5 V

2

R1 555

-

-

4

-

R2

6

7

8

1

3

R4330 Ω

+5 V

2

R5 555

-

-

4

-

R6

6

7

8

1

3

R8

10 KΩ

330 Ω

+5 V

2

R9 555

-

-

4

-

R10

6

7

8

1

3

R12 330 Ω

+5 V

2

R13 555

-

-

4

-

R14

6

7

8

1

3

R16

10 KΩ

330 Ω

R3 R7

- - - -

10 KΩ 10 KΩ

10 KΩ

1 µF 1 µF

1 µF

R11R15

3.3 µF 3.3 µF

RH CARGA 1 CARGA 1 CARGA 1

++ +

+

+

+

+

+

+

+ + +

+

+

1 MΩ

+

C2 C4

C3

+12 V

C5

C6

C7

1 µF 1 µF

C8

C9

C10

C11

C12

C106D C106D C106DC106DCSR1 CSR2 CSR3

CSR4

10 KΩ

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59

DIAC

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60

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.

ANODO 1

ANODO 2

ANODO 1

ANODO 2

VBR1 = VBR2 + 10 % VBR1

-

VVBR

-V BR

-I BR

IBR

I

CURVA CARACTERISTICA

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61

TRIAC

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62

TRIAC

* Dispositivo de control de 3 terminales.

* Formado por 2 scr en antiparalelo.

* Maneja voltajes AC.

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63

ESTRUCTURA DEL TRIAC

.

.

.

TERMINAL PRINCIPAL 1

TERMINAL PRINCIPAL 2

COMPUERTA

TERMINAL PRINCIPAL 2

TERMINAL PRINCIPAL 1

COMPUERTA

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64

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 = Corriente máxima directa aplicada a la compuerta.

FT = Frecuencia máxima de trabajo.

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65

CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC

IH

-IH

VMT1-2(BR)

-VMT1-2(BR)

IG

-IG

IT

I CUADRANTEII CUADRANTE

IV CUADRANTEIII CUADRANTE

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66

CUADRANTES DE DISPARO DEL TRIAC

El triac es un dispositivo bidireccional debido a que conduce en ambasdirecciones, al aplicar una corriente pequeña de señal aplicada entre lacompuerta y MT1.

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67

CUADRANTES DE DISPARO DEL TRIAC

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68

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.

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69

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 P2 a N1 que alcanzan

en parte la unión N1P1 y la hacen pasar a conducción.

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70

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 P2N1 de la estructura principal, que soporta el voltaje exterior, es invadida por electrones en la vecindad de la estructura auxiliar, entrando en conducción.

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71

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.

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72

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.

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73

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.

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74

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 3o 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.

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75

APLICACIONES DE LOS TRIACS

R

MT1

MT2

127 VCASW

G

INTERRUPTOR DE C.A.

RL

RL

C2 = 0.1 uF

MT1

MT2

G

DIAC

R1

C1

R2 = 100

C

CARGAS INDUCTIVAS127 VCA

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76

CONTROL DE POTENCIA

FORMAS DE ONDA

Vm V0

0

ANGULO DE

DISPARO ANGULO DE

CONDUCCION

t180 360

RL

C2 = 0.1 uF

MT1

MT2

G

DIAC

R1

C1

R2 = 100

C

CARGAS INDUCTIVAS127 VCA

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77

PRACTICA 6

CONTROL DE POTENCIA CON TRIAC

FORMAS DE ONDA

Vm V0

0

ANGULO DE

DISPARO ANGULO DE

CONDUCCION

t180 360

MATERIAL y EQUIPOTriac TIC 220D

Diac

Capacitor 0.1 μF/200 v

Potenciometro 1 MΩ

Foco de 40 watts.

Osciloscopio

Voltimetro digital

CARGAS INDUCTIVAS

Foco 40 w.

C2 = 0.1 uF

MT1

MT2

G

DIAC

R1

C1

R2 = 100

C

127 VCA

1

2

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78

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.

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79

TRANSISTOR MONOUNION

(UJT)

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80

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)

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81

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 VP = VrB1 + VD

IP = 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)

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82

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

RBB = RB1 + RB2 ] IE = 0

-- -

VE

+

-

EIE

RB2

RB1 ηVBB ]IE=0

VBB

B2

B1

Circuito equivalente del UJT

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83

CURVA CARACTERISTICA DEL UJT

Región de resistencia negativa

Región de saturación Región de corte

IEO(μa)

IP

Punto de valle

VBB = 10 V

VE (sat)

VV

VP

VE

IV50 IE (mA)

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84

PRACTICA 7

DISEÑO OSCILADOR DE RELAJACION

MATERIAL y EQUIPOUJT: 2N 2646C1 = 0.01 μF

OsciloscopioVoltímetro digitalProtoboard

CONSIDERACIONESDE DISEÑO:η = 0.662 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

= 1260 ΩRB2 = 1000 / η Vcc = 1000 / (0.66)(12 V)

T = 1 / f = R1C1

-

VE

R1

RB1

VCC

RB2

-

C1

Vo

B1

B2

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

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85

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:

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86

INTERRUPTOR APAGADOPOR COMPUERTA (GTO)

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87

INTERRUPTOR APAGADOPOR COMPUERTA (GTO)

p

n

p

n

Anodo

Cátodo

Compuerta

Construcción básica

Anodo

Cátodo

Compuerta

Símbolo

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88

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 co- rriente 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.

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89

GENERADOR DE DIENTE DE SIERRA

-

R2

R3

-

VZ

Vo

K

-

C1

G

A

-

8.2 KΩ

1 KΩ

200 V

0.1 μF

+

-

+

GTO G6D

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90

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.

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91

RELEVADORES

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92

RELEVADORES

RELÉEs un sistema mediante el cuál se puede controlar una potencia muchomayor con un consumo en potencia muy reducido.

Es un dispositivo electromecánico, que funciona como un interruptorcontrolado por un circuito eléctrico en el que, por medio de un

electroimánacciona uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar circuitos.

Fue inventado por Joseph Henry en 1835.

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93

ESTRUCTURA DE UN RELEVADOR

CIRCUITO DE

MANDO

SISTEMA DE

ACOPLAMIENTO

CIRCUITO DE

CONMUTACIONVOLTAJE DE

MANDOVOLTAJE DE

CONMUTACION

SALIDAENTRADA

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94

TIPOS DE RELEVADORES

1.- ELECTROMECANICOS: Convencionales

Polarizados

Reed inversores

2.- HIBRIDOS.

3.- ESTADO SÓLIDO

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95

Relé con bobina y contacto

Relé con bobina y contacto

Mando electromagnético

Mando electromagnético Relé ( bobina )

Relé con doble bobinado

Relé rápido * Relé rápido

Relé de desactivación rápida

Relé de desactivación lenta

Relélento a la excitación

Relé polarizado magnéticamente

SIMBOLOGIA DE RELEVADORES

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96

SIMBOLOGIA DE RELEVADORES

Bobina de relé diferencial

Termo-relé Reléde corriente alterna

Relé de apoyo

Relé de remanencia

Relé de resonancia mecánica ej. 25 Hz

Relé paradesenganchepor corriente máxima

Relé de láminas( Reed )

Relé para desenganchepor tensión defectuosa

Electroimánde relé

Relé de temperatura.Termostato

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97

CONTACTOS DE RELEVADORES

Contactos abierto

Contactos cerrado

Contactos abierto

Contactos cerrado

Contactos abierto

Contactos cerrado

Contactos de trabajo

Contactosde reposo

Contactos deconmutador

Contactos deconmutador sucesivo

Conmutadorsímbolo genérico

Contacto electromagnéticocon mecanismo de anclaje

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98

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).

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99

RELÉ ELECROMECANICOS

Está formado por una bobina y contactos los cuales pueden conmutarcorriente continua o alterna.

* Relé tipo armadura

* Relé de núcleo móvil

* Relé tipo Reed o de lengueta

* Relé polarizados

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100

RELEVADOR TIPO ARMADURA

Son los más antiguos y utilizados

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101

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).

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102

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.

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103

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).

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104

RELEVADORES POLARIZADOS

RELÉ SELLADO HERMÉTICAMENTERELÉ DE ENCLAVAMIENTO RELÉ DE TRINQUETE EXCLUSIVO

RELÉ ENCHUFABLE RELÉ DE POTENCIA MINIATURA

RELÉ DE ALTA CAPACIDAD

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105

RELEVADOR DE ESTADO SÓLIDO

Es un circuito electrónico que contiene en su interior un circuito dispara-

do 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.

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106

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

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107

RELAY DE ESTADO SOLIDO

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108

RELEVADORES DE ESTADO SÓLIDO

RELÉ ESTÁTICO TRIFÁSICO RELÉ MONOFASICORELÉ INDUSTRIAL MONOFÁSICO

RELÉ ESTÁTICO TRIFÁSICORELÉ SALIDA A TRIACRELÉ ESTÁTICO MONOFÁSICO

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109

OPTOACOPLADORES

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110

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.

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111

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.

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112

CARACTERISTICAS DEL OPTOACOPLADOR

IH = Mínima corriente p/mantener la conducción del scr.

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

VF

VCE

IC

IF

VF VA-K

IT

IF

VMT1-MT2

ITIF

VF

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113

TIPOS DE OPTOACOPALADORES

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114

APLICACIONES DEL OPTOACOPLADOR

IC

IF

24 VCD

R1 = 2.2 KΩ

-

R2 = 10 KΩ

NC

1

2

4

5

6

+5 V

SALIDA

IT

IF

VF

-

R1

R2 RL

MT2

MT1G

TR1

+5 V 117 VCA

MOC 3010

1

2

6

4

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115

PRACTICA 11

INTERFACE CONTROL-POTENCIA

MATERIAL y EQUIPO

1 Optoacoplador MOC 30101 Temporizador 5551 Triac TIC 220D2 Resistencia 10 KΩ1 Resistencia 1 MΩ2 Resistencia 330 Ω1 Resistencia 1 KΩ1 Capacitor 1 µF1 Proboard1 Voltímetro digital

R3 1 MΩ

+5 V

2

R1

555

-

-

-

-

4

-

R2

6

7

8

1

3

R4

R5

C 1 µF

Paro

InicioIT

IF

-

R2

foco 40 w

MT2

MT1G

TR1

117 VCA

MOC 3010

1

2

6

4

10 KΩ

10 KΩ330 Ω

330 Ω

1 KΩ

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116

PRACTICA 11 (PROCEDIMIENTO)

INTERFACE CONTROL-POTENCIA

DESARROLLO:

PASO 1Arme el circuito y energizelo .PASO 2Cierre 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.

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117

BANCO y CARGADORES DE BATERIAS

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118

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. (Ampere- Horas).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.

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119

TIPOS DE BATERIAS

1.- PLOMO-ACIDO2.- ALCALINAS3.- ALCALINAS DE MANGANESO4.- NIQUEL-CADMIO (Ni-CD)5.- NIQUEL-HIDRURO METALICO (Ni-MH)6.- IONES DE LITIO (Li-ion)7.- POLIMERO DE LITIO (LiPo)8.- DE COMBUSTIBLE

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120

TIPOS DE BATERIAS

Tipo

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121

TipoPotencia/ peso

Tensión por elemento (V)

Duración(número de recargas)

Tiempo de carga

Auto-descargapor mes (% del total)

Li-ion110-160

W/kg

3,16 V 4000 2h-

4h 25 %

Li-Po

100-130

Wh/kg

3,7 V 5000 1h-1,5h 10%

Ni-Cd48-80

W/kg

1,25 V

500 10-14h *

30%

Ni-Mh

60-120

W/kg

1,25 V 1000 2h-

4h 20 %

Plomo

30-50

W/kg2 V 1000

8-16h 5 %

* 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.

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122

1.- DEFINICIONES2.- CONSTRUCCION FISICA3.- ACCION ELECTROQUIMICA4.- CALCULO DE BANCOS DE BATERIAS5.- NUMERO DE CELDAS6.- CAPACIDAD7.- INSTALACION Y PUESTA EN SERVICIO8.- MANTENIMIENTO9.- ASPECTOS DE SEGURIDAD10.- PRUEBAS DE OPERACIÓN11.- EVALUACION DE RESULTADOS12.- REEMPLAZO DE CELDAS13.- CELDAS ALCALINAS

BANCO DE BATERIAS

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123

1.- DESCRIPCION FUNCIONAMIENTO2.- OPERACIÓN DE CARGADORES3.- CONTROLES E INDICADORES EXTERNOS E INTERNOS4.- INSTALACION Y PUESTA EN SERVICIO5.- MODOS DE OPERACION6.- CARACTERISTICAS PARTICULARES7.- MANTENIMIENTO8.- DIAGNOSTICO

CARGADORES DE BATERIAS

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124

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. (Ampere- Horas).Estado de Carga: Nos indica la cantidad de energía o capacidad disponible en una batería.

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125

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.

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126

TIPOS DE BATERIAS

1.- PLOMO-ACIDO2.- ALCALINAS3.- ALCALINAS DE MANGANESO4.- NIQUEL-CADMIO (Ni-CD)5.- NIQUEL-HIDRURO METALICO (Ni-MH)6.- IONES DE LITIO (Li-ion)7.- POLIMERO DE LITIO (LiPo)8.- DE COMBUSTIBLE

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127

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.

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128

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.

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129

BANCO DE BATERIAS EN SERIE y PARALELO

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130

ESTRUCTURA DE CELDA PLOMO-ACIDO

Barra de conexión

Tapón de plásticoPoste

TapaBarra colectora negativa

Tabique

Rejilla protectora

Barra colectora positiva

Separadores

Retenes

Placa Positiva

Placa Negativa

Caja

Costilla

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131

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132

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.

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133

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.

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134

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.

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135

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.

PLACAS EN LA CELDA

Disposición de las placas en una celda de 9 placas.

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136

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

ELECTROLITOAcido Sulfúrico

(H2SO4)y agua (H2O)

Máxima concentración de

ácido

Placa NegativaPlomo esponja

(Pb)

Placa PositivaBióxido de Plomo

(PbO2)

Celda completamente cargada

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137

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.

ELECTROLITOEl ácido sulfúrico

disminuye y el agua aumenta

Placa NegativaAumenta el

sulfato de plomo(PbSO4)

Placa PositivaAumenta el

Sulfato de Plomo(PbSO4)

Celda Descargando

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138

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.

ELECTROLITOMínimo ácido

SulfúricoMáxima agua

Celda completamente descargada

Placa NegativaMáximo

sulfato de plomo(PbSO4)

Placa PositivaMáximo

sulfato de plomo(PbSO4)

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139

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.

Celda totalmente cargada 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.

OHSOHPbSOPbSOOHSOHPbPbO 242442422 1083

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140

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.

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141

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.

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142

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)

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143

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.

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144

CIRCUITOS DE PROTECCIÓN VOLTAJE O CORRIENTE

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145

PROTECCIÓN A VOLTAJE

VARISTORES

PICOS DE VOLTAJE SCR-PALANCA

DIODO RECORTADOR

LIMITADORES DE PICO

REGULACION ZENER

LIMITADORES DE VOLTAJE REGULACION FIJA POSITIVA

NEGATIVA

REGULACION VARIABLE

REGULACION REGULACION FERRO-RESONANTE

ALTO-BAJO V. REGULACION TOTAL (UPS)

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146

LIMITADORES DE CORRIENTE

* ELECTRÓNICOS

* TERMOMAGNÉTICOS

* CINTA FUSIBLE

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147

PROTECCION A PICOS DE VOLTAJE (VARISTORES)

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148

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 CONDUC-

TIVIDAD, CORTANDO EL PICO A UN NIVEL SEGURO, LA ENERGIA GE-

NERADA POR EL PICO ES ABSORBIDA POR EL VARISTOR, PROTE-

GIENDO AL EQUIPO

FUENTE DE VOLTAJE C.A.

EQUIPO A PROTEGER

VARISTOR

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149

TIPOS DE VARISTORES

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150

CODIGO

TENSION (V)

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

TIPOS DE VARISTORES

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151

PROTECCION A PICOS DE VOLTAJE (SCR-PALANCA)

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152

SCR- PALANCA

EN CONDICIONES NORMALES Vcc < Vz NO EXISTE VOLTAJE EN R Y

EL SCR ESTÁ ABIERTO, CUANDO Vcc > Vz EL DIODO CONDUCE Y A-

PARECE 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.

FUENTE DE VOLTAJE C.D.

CARGA A PROTEGER

ZENERSCR

R

FUSIBLE

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153

PROTECCION PICOS DE VOLTAJE (DIODO RECORTADOR)

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154

PROTECCION A PICOS DE VOLTAJE (LIMITADORES DE PICO)

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155

PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION ZENER)

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156

PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION FIJA POSITIVA)

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157

REGULADORES DE C.I. 3 DE TERMINALESSERIE 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.

REGULADOR DE 3 TERMINALES

1

- --

C1 C22

3 .. VOLTAJE DE

SALIDA

VOLTAJE DE

ENTRADA

2

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158

PRACTICA 12

FUENTE REGULADA DE 5 VCD

Diagrama de circuito

Alimentación

de ca

-

Vs = Vm sen ωt

-

--

-

-

D2

D3 D4

D1

Transformador 127 vca / 1 A

Regulador

7805

--2200 μF

5 VCD

MATERIAL y EQUIPO

Regulador 7805

Transformador 127 VCA/ 1A

4 diodos 1N4001

1 Capacitor 2200 μF / 50 V

Osciloscopio

Voltimetro digital

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159

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

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160

PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION FIJA NEGATIVA)

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161

* 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 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.

REGULADORES DE C.I. 3 DE TERMINALESSERIE 79XX

µ µµµ

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162

PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION VARIABLE)

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163

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.

REGULADOR DE 3 TERMINALES

1

-

2

3 .. VOLTAJE DE

SALIDA

VOLTAJE DE

ENTRADA

.

R1

R2

Vo = 1.25 (R2 / R1 + 1)

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164

PRACTICA 13

FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE CD

MATERIAL y EQUIPO

1 Regulador LM 3174 diodos 1N40011 capacitor 2200 μF/50 V1 ResistenciaPotenciometro1 Transformador 127 VCA/1 A1 Osciloscopio1 Voltimetro digital

Diagrama de circuito

Alimentación

de ca

-

Vs = Vm sen ωt

-

--

-

-

D2

D3 D4

D1

Transformador 127 vca / 1 A

Regulador

LM 317

--

2200 μF

Voltaje variable

R1

R2

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165

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 (R1).

4.- Mida con el voltímetro digital el voltaje de salida del regulador.

5.- Observaciones.

6.- Conclusiones

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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

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FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE DE 0 a 127 VCD

167

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

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FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE DE 0 a 127 VCD

168

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.

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FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE DE 0 a 127 VCD

169

Alimentación127 Vca

- -

-

- -

-

IN

ADJ

OUT

10 KΩ

82 Ω

3.3 µ 350V

1 µ 250V

TL7831N4001

1N4001

1N4001

1N4001

0 a 127 vcd

127 / 24 vca127 / 24 vca

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170

LIMITADORES DE CORRIENTE (TERMOMAGNÉTICOS)

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171

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO

Es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctricade 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.

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172

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 desconectaante sobrecorrientes de ocurrencia más lenta (sobrecargas).

Estos disyuntores se emplean para proteger cada circuito de la instalación, siendo su principal función resguardar a losconductores eléctricos ante sobrecorrientes que pueden producir peligrosas elevaciones de temperatura.

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173

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.

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174

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.

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175

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.

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176

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).

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177

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO

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178

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO

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179

PRACTICA 13

PROTECCION EN CAÍDA DE FASE Y CORTO CIRCUITO

INTERRUPTORTERMOMAGNÉTICO “A”

INTERRUPTORTERMOMAGNÉTICO “B”

FASE “A”

FASE “B”

NEUTRO

CARGA 1

CARGA 2

K1

K2

C.N.O. RELAY 1

C.N.O. RELAY 2

K2

K1

RELAY 2BOBINA 127 VCA

RELAY 1BOBINA 127 VCA

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180

LIMITADORES DE CORRIENTE (CINTA FUSIBLE)

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181

FUSIBLES

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182

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.

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183

CLASIFICACION DE FUSIBLES

* Rango de Voltaje:

* Rango de corriente: (desde miliamperios hasta miles de amperes)

* Fusión: lentos, rápidos y extrarápidos

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184

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.

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185

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.

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186

TIPOS DE CARTUCHOS FUSIBLES

Tipo Según norma UNE

Fusibles rápidos gf -gl, gI, F, FN, Instanfus

Fusibles lentos gT T, FT, Tardofus

Fusibles de acompañamiento aM A, FA, Contanfus

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187

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.

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188

SIMBOLOGIA DE FUSIBLES

Fusible * Fusible

Fusible Fusible

FusibleFusiblede operación lenta

Fusiblede operación rápida

El lado anchoes el lado de la red

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189

SIMBOLOGIA DE FUSIBLES

Disyuntor térmico Disyuntor térmico

Delimitador para cable de alimentación

Protectorde red

Interruptor con fusible Fusible

Fusiblecon contacto de alarma

Derivaciónde sobretensión

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190

SIMBOLOGIA DE FUSIBLES

Resistenciade protección

Resistenciade protección

Fusible con aceitepara altos voltajes

Dispositivode corte térmico

Retardo

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191

LIMITADORES DE CORRIENTE (ELECTRÓNICOS)

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192

REGULACION ALTO-BAJO VOLTAJE (FERRORESONANTE)

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193

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194

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 %.

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195

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 MOMEN-

TANEAS HASTA UN 300 % A CARGA NOMINAL.

* DEBIDO A SU DISEÑO ES INCAPAZ DE PRODUCIR SOBREVOLTAJES.

* SU FUNCION COMO TRANSFORMADOR LIMITADOR DE CORRIENTE EVI-

TA QUE LA CARGA CONECTADA A ÉL SUFRA DE CORRIENTES EXCESIVA.

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196

CARACTERÍSTICAS

* PRUEBA DE AISLAMIENTO A 1500 V. COMO MÍNIMO.

* VOLTAJE DE SALIDA PRACTICAMENTE SENOIDAL.

* CONTENIDO TOTAL DE ARMONICAS, NO EXCEDE AL 3 %.

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197

VARIACION % DEL VOLTAJE DE LINEA

+3

+2

+1

0

-1

-2

-3-15 -10 -5 0 +5 +10 +15

Desviación en % del voltaje de salida nominal

Variación % del voltaje de linea nominal

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198

VOLTAJE DE SALIDA - % CARGA

130

50

60

70

80

90

100

110

120

130

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

carga nominal

50 % de la carga nominal

25 % de la carga nominal

Voltaje de entrada - % del voltaje nominal

Voltaje de salida - % del voltaje nominal

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199

FACTOR DE POTENCIA-VOLTAJE DE SALIDA

75 % de la carga nominal

100 90 80 70 60 50

90

92

94

96

98

100 carga nominal

50 % de la carga nominal

Factor de potencia de la carga (%)

Voltaje de salida - % del voltaje nominal

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200

VARIACION FRECUENCIA – VOLTAJE SALIDA

-8 -6 -4 -2 0 +4

85

90

95

100

105

110

variación (%) de la frecuencia de linea

Voltaje de salida - % del voltaje nominal

+2 +6 +8

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201

OPERACIÓN DEL REGULADOR

Ep1 Ep2 Ep3 Ep4

B1

B2

B3B4

DENSIDAD DE FLUJO MAGNETICO

FUERZA DE MAGNETIZACION

Es = (Ns / Np) Ep

Ep = Voltaje primario

Es = Voltaje secundario

Np = Numero de vueltas del primario

Ns = Numero de vueltas del secundario

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202

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 PRE-

SENCIA DEL CONDENSADOR CONECTADO EN EL DEVANADO SE-

CUNDARIO Y SE SUMA VECTORIALMENTE CON EL QUE PROVIE-

NE DEL PRIMARIO, LLEVANDO A SATURACION EL SECUNDARIO.

* CON UN CONTROL ADECUADO DEL AREA DE LA DERIVACIÓN

MAGNETICA Y DEL ENTREHIERRO, LA SECCIÓN DEL NUCLEO

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203

OPERACIÓN DEL REGULADOR

LIMITA LA CORRIENTE PRIMARIA QUE NORMALMENTE SE- RÍA ALTA DEBIDO A LA SATURACIÓN DEL SECUNDARIO.

* EL VOLTAJE EN EL SECUNDARIO ES DEL ORDEN DE 700 VOLT EL CUAL PUEDE PROPORCIONAR CUALQUIER VALOR DESEA- DO CON UNA DERIVACIÓN (TAP) ADECUADA.

* LA CURVA DE MAGNETIZACIÓN NO ES COMPLETAMENTE HO- RIZONTAL, SI AUMENTA EL VOLTAJE EN EL PRIMARIO, AU- MENTARÁ EN EL SECUNDARIO EN FORMA MENOR, SE ELIMI- NARÁ CONECTANDO UN DEVANADO ADICIONAL COLOCADO EN EL PRIMARIO, PERO CONECTADO EN EL SECUNDARIO DE MANERA QUE RESTE EL VOLTAJE INDUCIDO EN EL SECUNDA- RIO.

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204

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.

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205

REGULADOR ELEMENTAL

BP

Derivación magnética

NS ESEPC

SecundarioPrimario

NP

BS

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206

CIRCUITO ELÉCTRICO

Devanado de compensación

Secundario

Primario

C

..

.

.

Devanado de compensación

SecundarioDevanado de neutralizaciónPrimario

C

Salida regulada

REGULADOR “SOLA” TIPO CVH

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207

INVERSOR

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208

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209

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

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210

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.

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211

INVERSORR4

R5

1 kΩ

100 kΩ

+

6 V

VS

1N4001

D1

3 -

R1

560 Ω

127/12 VCA 500 mA

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212

INVERSOR

+12 V

2

555-

6

8

1

C

R1

0.047µF

-

-

3

-

+T1

7

R2

R3

R4 R5

R6

R7

470 kΩ

10 kΩ

2.2 kΩ

1N40011 kΩ

1 kΩ

TIP41

TIP41

330 Ω

100 kΩ

127/12 VCA ½ A

VP = 127 VCAVS

1N4001

D1

D2

frecuencia

potencia

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213

INVERSOR TRIFÁSICO

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214

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 razona-

blemente 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

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215

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 SUMIS-

TRO DE CA TRIFASICO DE MENOR FRECUENCIA, DISPARANDO UN

BANCO DE SCR’S EN CIERTA SECUENCIA Y VELOCIDAD Y LO HACE EL

CICLOCONVERTIDOR

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216

INVERSOR TRIFASICO

..

.

SCR 4 SCR 6 SCR 2

SCR 1 SCR 3 SCR 5

VCD

+

+

-

++

+

A

B

C - --

CIRCUITO DE DISPARO

PULSOS DE COMPUERTA A

LOS DIFERENTES SCR

. .

. .

.

NÚMERO INTERVALO 1 2 3 4 5 6 REP.

DEVANADOS MANEJADOS Y DIRECCIONES

+A-B +A-C +B-C +B-A +C-A +C-B +A-B

SCR ENCENDIDOS 6-5 6-1 2-1 2-3 4-3 4-5 6-5

ESTE SCR ES DISPARADOEN EL INSTANTE

1 2 3 4 5 6

DE CONMUTACION ESTE SCR ES APAGADO

5 6 1 2 3 4

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217

v1 v2 v3 v4 v5 vq

V

vm

-vm

0 ωt2πππ/2

90o 120o 180o 240o 360o

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218

INVERSOR TRIFASICO 0

0

0

0

0

0

0

0

A

B

C

E/2

-E/2-

-

-

-

-

--

--

--

-

--

--

E

E

E

-E

-E

-E

E/2

E/2

E/2

E/2

E/2

-E/2

-E/2

-E/2

-E/2

-E/2

180+ + + + +270 36090 90

180 270

+++

+

+

+ + +

+ + + +

+ + + +

+ + + +

90

90

90

90

90

180

180

180

180

270

270

270

270

270

360

360

360

360

90

90

90

90

90

180

180

180

180

270

270

270

270

270

gM1 gM1gM2 gM2gM3 gM3gM4 gM4gM5 gM6

gX5gX1gX5 gX6 gX6 gX1 gX2gX2 gX3 gX4

(GRADOS)

(GRADOS)

(GRADOS)

(GRADOS)

(GRADOS)

(GRADOS)

Voltajes de lineaVAB

VBC

VAC

Pulsos de

encendido

Pulsos de

apagado

Voltajes y corrientes

de los devanados

SCR 4 SCR 6 SCR 2

SCR 1 SCR 3 SCR 5

V

+

+

-

CIRCUITO DE DISPARO

PULSOS DE COMPUERTA A

LOS DIFERENTES SCR

. .

. . . . . ..++

+

B

C- --. A

.

.

.

.

.

.....

.

. . .

AUX 4 AUX 6 AUX 2

AUX 1 AUX 3 AUX 5

RC RA RBCC CA CB

+++

-

-

-- - -

D4

D1

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219

REGULACION TOTAL DE VOLTAJE (UPS)

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220

UPSSISTEMA DE POTENCIA ININTERRUMPIBLE

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221

MINUTOS A MEDIA CARGA SUPERPROMOCION

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222

SISTEMA DE POTENCIA ININTERUMPIBLE

* LOS SISTEMAS DE POTENCIA ININTERUMPIBLE ESTAN DI-

SEÑADOS PARA SUMINISTRAR ENERGIA DE C.A. EN FORMA

CONTINUA E ININTERRUMPIDA SIN IMPORTAR LAS FLUC-

TUACIONES DE TENSION Y/O FRECUENCIA, O LA AUSENCIA

TOTAL DE LA LINEA COMERCIAL

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223

VENTAJAS DEL UPS

* CONTROL TOTAL CON MICROPROCESADOR.

* REGULAN LA TENSION DE SALIDA EN TODO MOMENTO.

* EL REGULADOR FERRO-RESONANTE DE SALIDA AISLA TOTAL-

MENTE LOS TRANSITORIOS DE LINEA Y ENTREGA UNA SENOI-

DE CON BAJO CONTENIDO DE ARMONICAS.

* BATERIA RECARGABLE TIPO SELLADO, ELIMINA POSIBILIDAD

DE DERRAMES.

* NO REQUIERE MANTENIMIENTO ALGUNO.

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224

APLICACIONES DE LAS UPS

* CAJAS REGISTRADORAS.

* TERMINALES DE COMPUTADORAS.

* COMPUTADORAS.

* SISTEMAS DE SEGURIDAD.

* SISTEMAS DE CONTROL.

* EQUIPO DE COMUNICACIONES.

* EQUIPO MEDICO DE EMERGENCIA

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225

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.

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226

CARACTERISTICAS DE LAS UPS

ALTA CONFIABILIDADCONTROL POR MICROPROCESADOR, COMPONENTES DE CA-LIDAD Y SEGURIDAD EN SUS PARTES.

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

MONITOR DE % DE POTENCIA SUMINISTRADAPORCENTAJE DE POTENCIA NOMINAL SUMINISTRADA ES GRA-FICADO EN BARRA DE 10 INDICADORES LUMINOSOS.

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227

CARACTERISTICAS DE LAS UPS

MONITOR DE % DE BATERIA DISPONIBLEPORCENTAJE EN BARRA DE 10 INDICADORES LUMINOSOSCUANDO LA LINEA COMERCIAL SE AUSENTA.

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

PROTECCION CONTRA TENSIONES MUY BAJASOPERA DESDE 95 VCA SIN DESCARGAR BATERIA CON SALIDANOMINAL, AUN EN ESTA CONDICION EL CARGADOR ESTA DI-SEÑADO PARA CARGAR TOTALMENTE LA BATERIA.

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228

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.

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229

CARACTERISTICAS DE LAS UPS

DOS DETECTORES DE SOBRECARGAPRIMERO ENCIENDE INDICADOR LUMINOSO “SOBRECARGA” Y SE ESCUCHARA UNA ALARMA CONTINUA SIN APAGAR EL UPSCUANDO EL PORCENTAJE DE POTENCIA NOMINAL SEA > 100 %.

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

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230

CARACTERISTICAS DE LAS UPS

BATERIAS SELLADAS RECARGABLESCON LAS BATERIAS SELLADAS SE ELIMINA LA POSIBILIDAD

DE DERRAMES DE LIQUIDOS CORROSIVOS Y AL ESTAR INTE-

GRADAS AL GABINETE, LO HACE PORTATIL, ELIMINANDO

CABLEADO Y CONEXIONES DE UNA BATERIA EXTERNA.

PUERTO DE SEÑALIZACION REMOTAES UNA INTERFASE QUE UTILIZA EL ESTANDAR ASCII PARA

ENVIAR Y RECIBIR INFORMACION POR EL PUERTO SERIAL

(INTERFACE RS-232).

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231

DIAGRAMA A BLOQUES DEL UPS

INVERSOR SUMINISTRANDO E.

% DE BATERIA DISPONIBLE

PANEL

DE

INDICADORES

REGULADOR

FERRO-RESONANTEINVERSOR

RELEVADOR DE TRANSFERENCIA

CARGADOR

INDICADOR ACUSTICO INTERRUPTOR

DEL SISTEMA

LINEA ALTALINEA NORMALLINEA BAJA

RECTIFICADOR OPERANDO

% DE POTENCIA DE SALIDA

SOBRECARGAFALLA DE EQUIPO

SALIDA REGULADA DEL SISTEMA

CONTROL CENTRAL

POR

MICROPROCESADOR

LINEA COMERCIAL 127 VCA, 60 HZ

FUSIBLEDEL INVERSOR(INTERNO)

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232

FUNCIONAMIENTO DEL UPS

BAJO CONDICIONES NORMALES, LA LINEA COMERCIAL DE C.A. A-LIMENTA AL REGULADOR FERRO-RESONANTE A TRAVÉS DEL RE-LEVADOR DE TRANSFERENCIA, DE ESTA MANERA LA SALIDA SEENCUENTRA 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 LAFRECUENCIA ES MENOR DE 57 HZ. O MAYOR DE 63 HZ., EL CONTROLCENTRAL POR MICROPROCESADOR, DETECTA CUALQUIERA DE ES-TAS VARIACIONES ACTIVANDO AL INVERSOR Y AL RELEVADOR DETRANSFERENCIA, DE TAL MANERA QUE EL REGULADOR FERRO-RESONANTE SE ENCUENTRA AHORA ALIMENTADO POR EL INVERSOR;DE ESTA FORMA EL MICROPROCESADOR CONTROLA LA FRECUEN-CIA, Y EL VOLTAJE DE SALIDA SIGUE SIENDO REGULADO

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233

FUNCIONAMIENTO DEL UPS

AL MOMENTO DE OCURRIR LA FALLA DE LÍNEA, EL INVERSOR SEACTIVA CON UN RETRASO INFERIOR A 2 MILISEGUNDOS (TIEMPODE TRANSFERENCIA), SIN EMBARGO DEBIDO A LA ENERGIA ALMA-CENADA EN EL REGULADOR FERRO-RESONANTE EN LA SALIDA DELEQUIPO NO HAY INTERRUPCION ALGUNA.

EL INVERSOR CONTINUA ENTREGANDO ENERGIA AL REGULADORFERRO-RESONANTE DENTRO DE LA CAPACIDAD DE LA BATERIA, LACUAL AL BAJAR SU VOLTAJE A UN VALOR PREDETERMINADO OCA-SIONA QUE EL CONTROL CENTRAL ACTIVE LA ALARMA ACÚSTICACONTINUA INDICANDO CON ELLO QUE SOLO RESTAN 3 MINUTOS DERESERVA, CON LO CUAL EVITA DESCARGAS EXCESIVAS, PROTEGIEN-DO ASÍ LA BATERÍA.

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234

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 SONTOTALMENTE EN FASE). SI POR EL CONTRARIO LA CARGA DE LA BA-TERIA SE AGOTA Y EL EQUIPO SE APAGA, AL RESTABLECERSE LA LI-NEA 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 ES-TE APAGADO.

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235

ESPECIFICACIONES DE LAS UPS

ENTRADA:

TENSION: 95 A 140 VCAFRECUENCIA: 60 HZ + 3 HZ.SISTEMA: 2 HILOS Y TIERRA CORRIENTE: 10.4 AMP. FACTOR DE POTENCIA: 0.9

SALIDA

TENSION: 120 VCA + 5 %, 1 FRECUENCIA: 60 HZ + 0.1 HZ.CAPACIDAD: 1000 W CORRIENTE MAXIMA: 8.33 AMP. RECHAZO AL RUIDO: 120 db MODO COMUN, > 60 dbDISTORSION ARMONICA: < 3 % A PLENA CARGA FORMA DE ONDA: SENOIDALTIEMPO DE RESPUESTA: 2 msTIEMPO DE RESPALDO: 18 MIN. 100 % CARGA

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236

MOTORES

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237

TIPOS DE MOTORES

* MOTOR DE C.D.

* MOTOR DE C.A.

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238

MOTORES DE C.D.

Rotor devanado Iman permanente Conmutados electrónicamente

En derivación En serie compuestos

IP convencional Rotor de disco Rotor de copa

Sin escobillas (disp. por posición)

Paso a paso

Rotor de IP Reluctancia variable

Motor de c.d.

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239

PARTES PRINCIPALES

* CAMPO MAGNETICO.

* CONDUCTOR MÓVIL (BOBINAS DEL ROTOR).

* CONMUTADOR.

* ESCOBILLAS.

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240

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.

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241

MOTOR ROTOR DEVANADO

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242

subir

MOV36

Diámetro 23,8 mm

Largo 27mm, eje 9x2mm

Tensión de 3 a 6V

MOV012

Diámetro 24,4 mm Largo 20mm, eje 10x1,5mm

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 Vlts.

Velocidad 4500 rpm

Consumo 0,19A

Fuerza 190 g.cm

MOT121

Motor con reducción a piñones metálicos de 12:1

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

TIPOS DE MOTORES CC

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243

OPERACIÓN DEL MOTOR CC

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244

CONTROL DE VELOCIDAD DEL

MOTOR CD

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245

CONTROL DE VELOCIDAD MOTOR CD

555

umbral

salidacontrol

disparo

descarga

tierra

-

-

-

-

Fuente de

disparo

Fuente de

control

Vcc = 15 V

3

7

8

6

2

5

CT

RT

tp

Vsal

1

0

0

0 6

10 20 30

Para VCTRL = 4 Vtp

tp Para VCTRL = 8 V

15

VSAL

VSAL

15

0 15t(mseg)

t(mseg)

t(mseg)

5

10

15

4

t½ VCTRL

Vdisp

VCT = Vumbr

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246

CONTROL DE VELOCIDAD POR MODULACION ANCHO DE PULSO

555

umbral

salidacontrol

disparo

descarga

tierra

-

-

-

Vcc = 15 V

3

7

8

6

5

2

CT

1μF

RT1(1)

1

-

Fuente de

control

555

umbral

salida

control

disparo

descarga

tierra

-

-

-100 Ω

3

7

8

6

5

2

CT(2)

RT(2)

10 kΩ

1

4RT2(1)D1

0.1 μF

Rdif 1.5

kΩ4

Vcc Vcc restablecerestablece

25 mseg

Cdif 0.1

μF

18 kΩ

18 kΩ

+40 V

ARM

D2

D3

BD137

1 KΩ

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247

CONTROL DE VELOCIDAD POR MODULACION ANCHO DE PULSO

t (mseg)

t (mseg)

t

t

0 25 50 75 100 125 150

150125100755025

15

Salida ppal (1)

Vdisp(2)

Valor crítico de disparo (varía con la

variación de Vctrl)

Vctrl(V)

45

8

10

Salida ppal (2) (y VLD)

22 ms 22 ms15 ms15 ms6 ms6 ms

15

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248

CONTROL DE VELOCIDAD MOTOR

UNIVERSAL SERIE

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249

CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR UNIVERSAL SERIE

* Apropiado a frecuencias de 50 a 60 Hz.

* Control de onda completa

RL

C2 = 0.1 uF

MT1

MT2

G

DIAC

R1

C1

R2 = 100

C

CARGAS INDUCTIVAS127/ 220 VCA

Motor universal

0.1 μF

250 kΩ (500 kΩ)

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250

ROTADOR DE GIRO MOTOR CD

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251

PRACTICA 14 ROTADOR DE GIRO MOTOR CD

1 2 N.C.

330 Ω

45

820 A 040F

6

( - )

-

1 2 N.C.

330 Ω

45

820 A 040F

6

( - )

-

-

-

-

MOTOR C.D.

220 Ω

220 Ω

220 Ω

220 Ω

220 Ω

12 V

220 Ω

15 KΩ

1 KΩ

1 KΩ

1 KΩ

15 KΩ

1 KΩ

BC559

TIP41

TIP41

TIP42

TIP42

BC559

12 V

12 V

-

12 V

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252

INVERSOR

+12 V

2

555-

6

8

1

C

R1

0.047µF

-

-

-

+T1

7

R2

R3

R4 R5

R6

R7

470 kΩ

10 kΩ

2.2 kΩ

1N40011 kΩ

1 kΩ

TIP41

TIP41

330 Ω

100 kΩ

127/12 VCA ½ A

VP = 127 VCAVS

1N4001

D1

D2

frecuencia

potencia

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253

INVERSOR

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254

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

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255

MOTORES DE PASO

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256

ZO532

Motor paso a paso 2 bobinados y 4 hilos

5V 250 mA

200 Pasos

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 fijación 67mm)

I7PMH302PI

Motor paso a paso bipolar 200 pasos

2 bobinados y 4 hilos paso 1,8 grados

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

TIPOS DE MOTORES DE PASO

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257

TIPOS DE MOTORES DE PASO

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258

MOTOR DE PASO

* MOTOR DE PASO ES UN MOTOR QUE PUEDE ROTAR EN

CUALQUIER DIRECCION, ARRANCAR O PARAR EN CUAL-

QUIER 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

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259

MOTOR DE PASO (IMAN PERMANENTE)

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260

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, EN- TONCES 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.

S1

N3

S3

N1

S2

N2

A

N

S

D

C

ON

BOFF

ON

OFF

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261

MOTOR DE PASO

* SI ENERGIZAMOS EL POLO B DEL ESTATOR COMO POLO NORTE Y EL POLO D DEL ESTATOR COMO POLO SUR, ENTONCES EL PO- LO S3 DEL ROTOR SE ALINEARÁ CON EL POLO NORTE DEL ESTA- TOR B, DANDO OTRO PASO EN SENTIDO DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ.

S1N3

S3 N1

S2N2

A

S D

C

OFF

BON

OFF

ONN

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262

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 SEN-

TIDO DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ.

N3

S3

N2

S1

N1

S2

A

N

S

D

C

ON

BOFF

ON

OFF

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263

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, DAN-

DO OTRO PASO EN SENTIDO DE LAS MANECILLAS DEL RELOJ.

N3S3

N2 S1

N1S2

A

NS D

C

OFF

BON

OFF

ON

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264

MOTOR DE PASO

ENERGIZAMOS LA BOBINA C, FORMANDO EL POLO NORTE, EL CUAL

ATRAERA AL POLO S2 DEL ROTOR, DANDO UN MOVIMIENTO EN SEN-

TIDO CONTRARIO A LAS MANECILLAS DEL RELOJ.

N3

S3

N2

S1

N1

S2

A

N

S

D

C

ON

BOFF

ON

OFF

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265

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.

S1N3

S3 N1

S2N2

A

S D

C

OFF

BON

OFF

ONN

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266

MOTOR DE PASO

SE ENERGIZA LA BOBINA A, FORMANDO EL POLO NORTE N EL CUALATRAE AL POLO S1 DEL ROTOR EN UN MOVIMIENTO CONTRARIO ALDE LAS MANECILLAS DEL RELOJ.

S1

N3

S3

N1

S2

N2

A

N

S

D

C

ON

BOFF

ON

OFF

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267

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 CON-

TRARIO A LAS MANECILLAS DEL RELOJ.

N1S1

N3 S2

N2S3

A

NS D

C

OFF

BON

OFF

ON

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268

CIRCUITO DE CONTROL

S1

N3

S3

N1

S2

N2

A

D

C

B

.-

CIRCUITOS DE CONTROL

.+Vs

A B C D

.+Vs

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269

SECUENCIA DE CONMUTACIONGIRO SENTIDO MANECILLAS RELOJ

0 A

30 B

60 C

90 D

120 A

150 B

180 C

210 D

240 A

270 B

300 C

330 D

360 A

POSICION DEL EJE (GRADOS)

TRANSISTOR ENCENDIDO

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270

SECUENCIA DE CONMUTACION GIRO EN SENTIDO CONTRARIO MANECILLAS RELOJ

0 A

-30 D

-60 C

-90 B

-120 A

-150 D

-180 C

-210 B

-240 A

-270 D

-300 C

-330 B

-360 A

POSICION DEL EJE (GRADOS)

TRANSISTOR ENCENDIDO

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271

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.

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272

SECUENCIA DE CONMUTACION PARA LOS MEDIOS PASOS (SENTIDO MANECILLAS R.)

0 A

15 C y D

30 B

45 A y D

60 C

75 A y B

90 D

105 B y C

120 A

135 C y D

150 B

165 A y D

180 C

POSICION DEL EJE (GRADOS)

TRANSISTORES ENCENDIDOS

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273

SECUENCIA DE CONMUTACION PARA LOS MEDIOS PASOS (SENTIDO MANECILLAS R.)

195 A y B 210 D 225 B y C 240 A 255 C y D 270 B 285 A y D 300 C 315 A y B 330 D 345 B y C 360 A

POSICION DEL EJE (GRADOS)

TRANSISTORES ENCENDIDOS

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274

CONTROLADORES EN CIRCUITO INTEGRADO

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275

CONTROLADORES EN CIRCUITO INTEGRADO

CW/CCW

.

.FASE B-D

B

FASE A-C

A

C

.

LOGICA INTERNA

.

.-

.

.-

.

-

.

.- .

.-

..

.

.

.

D

.

+Vs(B-D)

+Vs(A-C)

MOTOR PASO A PASO DE CUATRO POLOS

Vs(B-D)

HS/FS

1PH/2PH

Vs(A-C)

VDD

PULSOS DE PASO

A

C

B

D

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276

TABLA DE VERDAD DEL CONTROLADOR

HS/FS 1PH/2PH OPERACIÓN DEL MOTOR

MODO DE DOS FASES. PASOS COMPLETOS, MAYOR PAR

00

MODO DE UNA FASEPASOS COMPLETOS, PAR NORMAL

0 1

MEDIOS PASOS, PARALTERNANTE.

1 0

PARO.IGNORA LOS PULSOS DE PASO

1 1

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277

DRIVE MOTOR DE PASO 74LS194

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278

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279

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.

FUNCIONAMIENTO

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280

CONEXION EN MOTORES DE 6 PINES

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281

CONTROLADOR DE MOTORES DE PASO A PASO MPPC01

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282

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.

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283

CARACTERISTICAS DEL MPPC01

Tensión de alimentación 0 a +7 v.Tensiones de entrada -2.5 a Vcc + Vcc+1 vCorriente de salida 100 mATemperatura ambiente con alimentación -65 a +125° C

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284

CONDICIONES RECOMENDADAS DE OPERACION

PARAMETRO min nor max unid

Vcc 4.75 5 5.25 V

Temperatura ambiente 0 25 75 O C

Ancho de pulso minimo de la senal de reloj 15 nseg

La entrada de reloj será valida después de la subida de la alimentación a los

100 nseg

Nivel alto de las entradas 2 Vcc+1 V

Nivel bajo de las entradas -1 0.8 V

Voltaje de salida en alto 2.4 V

Voltaje de salida en bajo 0.5 V

Corriente max. de salida con salidas deshabilitad 10 mA

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285

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286

CONTROL DE MOTOR DE PASO

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287

CONTROLADOR DE MOTORES DE PASO A PASO ULN2003

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288

DRIVER ULN2003

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289

DRIVER ULN2003

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290

CONTROL MOTOR DE PASO POR EL PUERTO PARALELO

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291

OCTAL PERIPHERAL DRIVER ARRAYS ULN2803

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292

OCTAL PERIPHERAL DRIVER ARRAYS ULN2803

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.

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293

CARACTERISTICAS DEL ULN2803

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294

ESTRUCTURA DEL ULN2803

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295

1/8 ULN2803

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296

MOTOR DE CA

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297

MOTORES DE C.A.

De inducción Síncronos Universales (cd devanados serie)

rotor devanado trifásico

Monofásicos de reluctancia

Monofásicos de histéresis

Motor de c.a.

Fase dividida asistida por capacitor

bobina de sombra

Arranque por reluctancia

Jaula de ardilla

Rotor devanado

Polifásicos (trifásicos)

Monofásicos de jaula de ardilla

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298

PARTES PRINCIPALES

Estator Rotor

0

- Vm

Vm

Vs = Vm sen ωt

t

Fuente de voltaje CA

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299

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.

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300

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 fabrica-

ción 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 con-

serva mejor en la presencia de gases corrosivos.

4.- Un motor de ca tiende a ser más pequeño y ligero que un motor cd de po-

tencia comparable.

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301

PRACTICA 12-A

ENCENDIDO DIGITAL MOTOR AC

-

-

-

-

--

D Q

Q’

--

ωω

ω

ω

ω

ωωω

M

K1

0.1 μF/200 V

1 KΩ

TIC 226D

100 Ω

76LS74

330 Ω 10 KΩ

10 KΩ

0.1 μF

1 μF1MΩ

5

6

3

2

100 Ω

0.1 μF

3

7

2

8

64

15

14

NE555

5 V5 V

120 VCA L N

2

16

4

MOC3010

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302

PRACTICA 12-B

ENCENDIDO DIGITAL MOTOR AC

-

-

-

-

-

D Q

Q’

-

1 kΩ

74LS74

330 Ω 10 KΩ

10 KΩ

0.1 μF

1 μF1MΩ

5

6

3

2

-

3

7

2

8

64

15

14

NE555

5 V5 V 1N4001

120 VCA L

N

C.N.O.-

M

12 VCD

CONTACTOR BOBINA 127 VCA

C.N.C.

BD 137

-

7

330 Ω

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303

PRACTICA 15

ENCENDIDO DIGITAL MOTOR AC

--

120 VCA L

N

C.N.O.

-

-

-

-

D Q

Q’

-

ω

ω10 KΩ

100 Ω

76LS74

330 Ω 10 KΩ

10 KΩ

0.1 μF

1 μF1MΩ

5

6

3

2

3

7

2

8

64

15

14

NE555

5 V5 V

-N.C.

-

2

4

5

820 A 040F

61

-

M

12 VCD

CONTACTOR BOBINA 127 VCA

C.N.C.

BD 137

1N4001

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304

MOTOR DE CA DE INDUCCION

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305

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”

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306

OPERACIÓN MOTOR CA INDUCCION

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307

INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION CON CAPACITOR

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308

INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION L N

ROTOR

CONTACTOR A CONTACTOR B

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309

PRACTICA 12

ENCENDIDO DIGITAL MOTOR AC

-

-

-

-

-

D Q

Q’

-

1 kΩ

74LS74

330 Ω 10 KΩ

10 KΩ

0.1 μF

1 μF1MΩ

5

6

3

2

-

3

7

2

8

64

15

14

NE555

5 V5 V 1N4001

120 VCA L

N

-

12 VCD

CONTACTOR A BOBINA 127 VCA

C.N.C.

BD 137

-

7

330 Ω

CONTACTOR B BOBINA 127 VCA

5 V

330 Ω

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310

L N

ROTOR

CONTACTOR A CONTACTOR B

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311

INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION

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312

INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION

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313

MOTOR DE CA SINCRONO

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314

OPERACIÓN MOTOR CA SINCRONO

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315

VARIADORES DE VELOCIDAD

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316

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).

VARIADOR DE VELOCIDAD o FRECUENCIA

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317

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.

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318

COMPONENTES DEL VARIADOR DE FRECUENCIA

* Etapa Rectificadora.

* Etapa intermedia.

* Inversor o "Inverter".

* Etapa de control.

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319

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.

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320

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.

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321

OPERACIÓN DEL VARIADOR DE VELOCIDAD

Los variadores mas utilizados utilizan modulación PWM (Modulaciónde Ancho de Pulsos) y usan en la etapa rectificadora puente de diodosrectificadores. 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 ydisminuir la eficiencia del variador.

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322

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.

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323

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.

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324

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)

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325

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")

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326

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)

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327

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:

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328

ETAPAS DEL VARIADOR

Un sistema de variador de frecuencia (VFD) consiste generalmente en:

* Motor AC,

* Controlador y

* Interfaz operador.

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329

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.

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330

GRAFICA FRECUENCIA-VELOCIDAD

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331

CONTROLADOR DEL VFD

El controlador de dispositivo de variación de frecuencia esta formado pordispositivos 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 cuasi- senoidal de AC usando un circuito inversor conmutado. El rectificador esusualmente un puente trifásico de diodos, pero también se usan rectificado-res 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).

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332

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.

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333

CONTROLADOR DEL VFD

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334

APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD

Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipode 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.

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335

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.

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336

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.

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337

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.

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338

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,

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339

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,

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340

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,

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341

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,

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342

APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD

Otras aplicaciones. Tornillos sinfin, Válvulas rotativas, Calandras, Tejedoras, Chipeadoras, Extractores, Posicionadores, etc.

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343

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.

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344

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.

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345

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.

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346

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.

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347

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 September)0.5 - 60 HP at 208/230 VAC, constant torque (Available mid August)75 - 100 HP at 208/230 VAC, constant torque (Available late September

0.25 - 1 HP @ 110 VAC, single phase0.25 - 3 HP @ 230 VAC, single phase0.25 - 3 HP @ 230 VAC, three phase

0.25 - 3 HP @ 200/240 VAC0.25 - 20 HP @ 200/240 VAC0.25 - 20 HP @ 380/500 VAC 1 - 20 HP @ 525/600 VAC1 - 20 HP @ 575 VAC

MODELOS VARIADORES DE VELOCIDAD

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348

MODELOS VARIADORES DE VELOCIDAD

1 - 500 HP @ 400/460 VAC0.5 - 40 HP @ 208/230 VAC

1 - 10 HP @ 460 VAC1 - 5 HP @ 208/230 VAC

1 - 7.5 HP @ 460 VAC1 - 3 HP @ 208/230 VAC

1 - 100 HP @ 460 VAC1 - 50 HP @ 208/230 VAC

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349

INTERRUPTORES ESTATICOS

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350

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.

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351

INTERRUPTOR MONOFASICO DE C.A.

RL

T1

T2Vs

+

-

. .

Vm/RL

0

0

0 wt

wt

wt

wt

Vm

Vm

-Vm

wt

Pulso de compta. T2

1

0

g1

g2

Pulso de compta. T11

0

FORMA DE ONDA PARA UNA CARGA RESISTIVA

0

Vo(t)

.

.

....

wt

wt

0

0

Vm

Io(t)

FORMA DE ONDA PARA UNA CARGA INDUCTIVA

wt

wt0

0

1

1

g1

g2

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352

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

Pulso de compta. T11

0

wt

Pulso de compta. T2

1

0

g1

g2

0

-Vm

Vm

Vs, Vo

wt

wt

RL

T1 T2Vs

+

-

.

...

D1D2

Vo

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353

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

Pulso de compta. T1

1

0

-Vm

Vm

Vs, Vo

wt

g1

0 wt

.

..

.

T1

D1

D2

D3

D4

RL Vo

+ .

.

IS

-

VS

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354

INTERRUPTOR DE C.A. TRIFASICO

0

V

wt

Vab Vbc Vca

531

6 2 4

1 3

6

g1

g2

g3

g4

g5

g6

i1

0

0

0

0

0

0

wt

wt

wt

wt

wt

wt

wt

T4

T1

T6

T3

T2

T5

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

RL

RLRL

i1

A

B

C

n

a

b c

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355

INTERRUPTOR DE C.A. TRIFASICO CON DIODO Y SCR

D1

T1

D2

T2

D3

T3

.

.

.

.

.

.

.

.

.

i1

A

B

C

a

.

RL

RLRL

bc

n

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356

INTERRUPTOR INVERSOR TRIFASICO

T4

T1

T6

T3

T2

T5

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

RL

RLRL

i1

A

B

C

n

a

b c

T8

T7

T10

T9

..

.

.

.

.

.

.

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357

INTERRUPTOR DE C.A. PARA TRANSFERENCIA DE BUS

RL

T1

T2V1

+

-

V2

T1’

T2’Vo

+

- -

. . ..

.

.+

-

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358

TRANSFERENCIA DE BUS TRIFASICO

T1’

T4’

T3’

T6’

T5’

T2’

T1

T4

T3

T6

T5

T2

.

RL

RLRL

bc

n

.

.

. .

.

.

.

.

.

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A

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ARMONICAS

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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.

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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.

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DISTORSION ARMONICA

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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 detormentas 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 sistema.

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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.

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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.

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GENERACION DE ARMONICAS

* Equipos electrónicos

* Equipo de computo

* Hornos de microondas

* Convertidores de voltaje

* Lámparas fluorescentes

* Rectificadores

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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

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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

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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 pue-

den formar un punto en donde las corrientes armónicas pueden alcanzar

hasta 20 veces el nivel normal.

TRANSFORMADORES DE AISLAMIENTO

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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

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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