electrónica de potencia

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ELECTRÓNICA DE POTENCIA Tecnología de Avanzada en la Automatización Industrial  Instructor: Juan Limaylla Aguirre

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  • ELECTRNICA DE POTENCIATecnologa de Avanzada en la Automatizacin IndustrialInstructor:Juan Limaylla Aguirre

  • DEFINICIN DE ELECTRNICA DE POTENCIA Electrnica de potencia o electrnica de las altas tensiones y altas corrientes, es parte de la electrnica que se ocupa del estudio de las caractersticas tcnicas y aplicaciones industriales de los dispositivos y sistemas electrnicos de estado slido.Tambin se define la electrnica de potencia como las tcnicas de transformacin de las tensiones AC y DC, con la finalidad de controlar la cantidad y la calidad de la energa elctrica suministrada a una carga.

  • CICLO DE CONVERSIN DE LA ENERGA ELCTRICA

  • DIAGRAMA EN BLOQUES DE UN CIRCUITO ELECTRNICO DE POTENCIA 2 3 1UU1: CIRCUITO DE MANDO O DE CONTROL2: CIRCUITO DE INTERFASE3: CIRCUITO DE FUERZA U: TENSIN DE ALIMENT. :220V, 380V, 440V, 660V

  • COMPUERTAS LGICAS BSICAS

  • Motores elctricos Definicin.- Son mquinas elctricas rotativas que reciben energa elctrica ya la transforman en energa mecnica de movimiento.E.E.E.M.

  • CLASIFICACION DE LOS MOTORES ELCTRICOS

    Motores de Corriente Alterna (C. A.)

    Monofsicos: - con condensador de arranque - de polos sombreados - de fase partida - de repulsin - serie / universal Trifsicos : - rotor tipo jaula de ardilla o rotor en CC - rotor bobinado o rotor de anillos desliz. Motores de corriente continua (C. C.)

    De excitacin independiente Auto excitados: - en serie - en derivacin (shunt) - compuestos (compound)

  • 3.- Aplicacin de la electrnica en los motores elctricos 3.1 Arranque /parada suave 3.2 Inversin de giro 3.3 Control de velocidad 3.4 Control paso a paso (jog) 3.5 Frenado dinmico

  • Motores de corriente alterna (A. C.)

  • Motores de corriente alterna (A. C.)

  • Principales tipos de arranque elctrico de motores de induccin trifsicoArranque directoArranque directo con inversin de giroArranque estrella tringuloArranque estrella tringulo con inversin de giroArranque en secuencia forzada de 3 motores La eleccin del tipo de arranque depende de la aplicacin (tipo de motor, tiempo de arranque, velocidad variable, torque).

  • ARRANQUE DIRECTO CON INVERSIN DE GIRO DE MOTOR DE INDUCCIN TRIFSICO: CIRCUITO DE FUERZA

  • ARRANQUE DIRECTO CON INVERSIN DE GIRO DE MOTOR DE INDUCCIN TRIFSICO: CIRCUITO DE MANDO ELCTRICO

  • OBTENCIN DE ECUACIONES LGICAS A PARTIR DEL CIRCUITO DE MANDO ELCTRICOK1 = S1(S2+K1)K2 K1= (S2+K1)(S1.K2)

    K2 = S1(S3+K2)K1 K2= (S3+K2)(S1.K1)

  • ESQUEMA DEL CIRCUITO DE MANDO DIGITAL A PARTIR DE LAS ECUACIONES LGICAS

  • ARRANQUE DIRECTO CON INVERSIN DE GIRO DE MOTOR DE INDUCCIN TRIFSICO: CIRCUITO DE MANDO DIGITAL CON PROTECCIN ANTE CAMBIOS BRUSCOS DE GIRO

  • ARRANQUE DIRECTO CON INVERSIN DE GIRO DE MOTOR DE INDUCCIN TRIFSICO: CIRCUITO DE FUERZA

  • RAZONES PARA USAR CIRCUITO DE MANDO DIGITAL PARA EL ARRANQUE DE MOTORES DE INDUCCIN Simplificar y reducir el tablero de control de arranque de motores en las plantas industriales.Proporcionar mayor confiabilidad en la operacin de los sistemas de control de motores.No existe riesgo de descargas elctricas durante el mantenimiento del sistema electrnico de mando, por trabajar con bajas tensiones (12v).Se crea un alto aislamiento elctrico entre el circuito de mando y el circuito de fuerza, debido al uso de dispositivos pticos en la etapa de interfase.Con el uso de interfase ptica y dispositivos de potencia de estado slido, se puede aumentar la carga a controlar.El circuito de mando digital es el inicio para abrir el horizonte a nuevos sistemas de control de motores con el uso de los autmatas programables con PLC o LOGOSUn circuito de mando electrnico es ms econmico que un circuito de mando elctrico convencional.

  • ARRANQUE ESTRELLA TRINGULO DE MOTORES DE INDUCCIN TRIFSICOSVentajas: La configuracin estrella tringulo hace que el motor arranque a baja tensin (127v) 58% de la tensin nominal (220v), por lo tanto se reduce la corriente de arranque.Se disminuye los costos por consumo elctrico, especialmente en las plantas industriales que usan motores de alta potencia ( mayor de 5 HP ).

    Al reducir la corriente de arranque, se disminuye la potencia reactiva Q que normalmente lo paga el usuario ( la empresa que suministra la energa elctrica puede multar por el uso excesivo de potencia reactiva .. est normado.Es un sistema tpico para arranque de compresores, equipos de bombeo , grandes ventiladores. El arranque estrella tringulo se seguir usando porque es ms econmico que usar un arrancador de estado slido que resulta ms caro.Desventajas: La conmutacin con contactores produce desgaste y picos de corriente transitorios que afectan a la lnea de alimentacin.Necesitan adicionar un sistema de mando para el arreglo estrella - triangulo Se generan sobre tensiones ; al pasar a directo tiene un "salto" de corriente y tensin (cuando el motor se encuentra con carga). Requiere de un motor con los 6 bornes accesibles y preparados para una conexin tringulo a tensin Un y arranque con raz de 3.

  • ARRANQUE ESTRELLA TRINGULO DE MOTOR TRIFSICO: CIRCUITO DE FUERZA

  • ARRANQUE ESTRELLA TRINGULO DE MOTOR TRIFSICO: CIRCUITO DE MANDO ELCTRICO

  • OBTENCIN DE ECUACIONES LGICAS A PARTIR DEL CIRCUITO DE MANDO ELCTRICOK1 = S1(S2+K1)

    K1 = S1(S2+K1) = S1+ (S2+K1)

    K1 = S1+(S2.K1) = S1. (S2.K1)

    K1 = S1 (S2.K1)

  • ESQUEMA DEL CIRCUITO DE MANDO ELECTRNICO A PARTIR DE LAS ECUACIONES LGICAS

  • ESQUEMA DEL CIRCUITO CON INTERFASE PTICA

  • ARRANQUE ESTRELLA-TRINGULO DE MOTOR TRIFSICO CON INVERSIN DE GIRO: CIRCUITO DE FUERZA

  • ARRANQUE ESTRELLA-TRINGULO DE MOTOR TRIFSICO CON INVERSIN DE GIRO: CIRCUITO DE MANDO ELCTRICO

  • ARRANQUE ESTRELLA TRINGULO DE MOTOR TRIFSICO CON INV. DE GIRO: CIRCUITO DE MANDO ELECTRNICO - 1

  • ARRANQUE ESTRELLA TRINGULO DE MOTOR TRIFSICO CON INV. DE GIRO: CIRCUITO DE MANDO ELECTRNICO - 2

  • ARRANQUE ESTRELLA TRINGULO DE MOTOR TRIFSICO CON INV. DE GIRO: CIRCUITO DE MANDO ELECTRNICO - 3

  • ARRANQUE DE MOTOR TRIF. EN SEC. FORZADA: CIRC. DE FUERZA

  • ARRANQUE DE MOTOR TRIF. EN SEC. FORZADA: CIRC. DE MANDO

  • ARRANQUE DE 3 MOTORES TRIFSICOS EN SECUENCIA FORZADA CCLICA: CIRCUITO DE FUERZA

  • ARRANQUE DE 3 MOTORES TRIFSICOS EN SECUENCIA FORZADA CCLICA: CIRCUITO DE MANDO ELCTRICO

  • ARRANQUE DE 3 MOTORES TRIFSICOS EN SECUENCIA FORZADA CCLICA: CIRCUITO DE MANDO ELECTRNICO

  • ARRANQUE DE MOTOR TRIFSICO USANDO TERMISTOR NTC Y REL COMO INTERFASE: CIRCUITO DE MANDO ANALGICO

  • ARRANQUE DE MOTOR TRIFSICO USANDO TERMISTOR NTC Y REL COMO INTERFASE: CIRCUITO DE FUERZA

  • ARRANQUE DE MOTOR TRIFSICO USANDO TERMISTOR NTC Y FOTOTRIAC COMO INTERFASE: CIRCUITO DE FUERZA

  • ARRANQUE DE MOTOR TRIFSICO USANDO TERMISTOR NTC Y FOTOTRIAC COMO INTERFASE: CIRCUITO DE FUERZA ALIMENTADO CON TRIACs

  • CONFIGURACIN DEL C. I. TCA 785 PARA LA GENERACIN DE PULSOS DE DISPARO

  • DIAGRAMA DE TIEMPOS DEL C. I TCA 785

  • Motores de corriente continua

  • MOTOR DCEst compuesto por el estator y el rotor-armaduraEl estator consiste en un bobinado que origina un campo magntico fijoEl rotor-armadura est compuesto por una serie de bobinados que crean un campo magntico conectados a travs del conmutador que busca alinearse con el campo del estator, originndose el giro del motor

  • CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES C. C.1.- Motor de excitacin independiente Usualmente los motores c.c. de excitacin independiente son los ms usados cuando se requiere un control fino de su velocidad. Un motor de este tipo se representa de la siguiente manera :

  • 2.- PARMETROS ELCTRICOS DEL MOTOR C.C. Vf = Tensin de campo If = Corriente de campo f = Flujo magntico de campo E = Tensin inducida en la armadura ( f.c.e.m. ) Ra = Resistencia de la armadura Rf = Resistencia del campo Ia = Corriente de armadura Va = Tensin de alimentacin al inducido

  • n = velocidad angular (RPM). M = torque o par motor. Pe = potencia elctrica de entrada =Va x Ia. Pm = potencia mecnica en el eje. v = Cada de tensin de debido al contacto escobilla-colector1v K1,K2,K3,K,Kf=constantes de proporcionalidad numrica.

  • 3.- Torque o par motor ( M ) Se llama torque a la fuerza giratoriaproducida por la interaccin del campo magntico del inducido con el campo magntico de los polos del campo.

  • Ecuacin Fundamental: M= F x

    En mdulo o valor absoluto: M=F sen donde : ngulo que forma el vector fuerza con el vector distancia.Ejemplo : Cul es el torque de un motor que produce una fuerza tangencial de 6 Kg. en la superficie del rotor de 30 cm de diametro?Solucin: M=F sen M=(6kg)(0.15m)sen90 M=0.9kg-m M=0.9(9.8N)-m M=8.82N-m

  • El torque tambin se define as:

    M=K1 f Ia ; pero f =Kf IfM=K1(Kf If) Ia = K2 Ia If; M=K2 Ia If

    La potencia mecnica se define as :Pm = M x n = (K1f Ia )n= (K1n f )Ia=E Ia;Pm=E .Ia

  • 4.-TENSION INDUCIDA (E) Llamada tambin fuerza contra electromotriz (f. c. e. m), es la tensin originada por el movimiento (giro) del eje del motor.

  • 5.-ECUACION FUNDAMENTAL DE LOS MOTORES DE C.C.

    Va = V armadura +E +2 v Va = Ra la +K1n f +2V; 2 V es una cantidad que podemos omitir.Va = Ra Ia + K1n f

    n = Va-Ra Ia = E K1 f K1 f

    Ecuacin para la velocidad de un motor de C.C.

  • El producto Ra la (cada de tensin en el devanado del inducido ) es de un valor pequeo comparado con Va Luego : n= Va K1 f

  • Notas : 1.- las mquinas de c.c trabajan como motor o como generador ( son mquinas reversibles)2.- el incremento de la velocidad n produce dos efectos. - la f. c. e. m aumenta - la disminuye3.- si f=0 ---n= Va = Va K1 f K1(0)= RPM (el motor se embala)primero energice la bobina del campo para evitar que f =0 y el bobinado rotrico se queme

  • 6.- Control tradicional de la velocidad de los rotores de C.C. el mtodo tradicional de controlar la velocidad de un motor c.c con excitacin independiente se encuentra en la siguiente figura : 1: mnima velocidad2: mxima velocidad

  • Restato de arranquea : marchaB : arranque

  • En 1 : lf aumenta --- f aumenta --- velocidad disminuyeEn 2 : lf disminuye --- f disminuye --- velocidad aumentaEn a : Ia aumenta --- velocidad disminuye

    En b : Ia disminuye --- velocidad aumenta.

    Este motor se caracteriza por excitar su inductor con una fuente de tensin Vf, externa a la del motorLa velocidad se controla actuando sobre el flujo del inductor ( restato de campo) o sobre la tensin de alimentacin al inducido (restato de arranque)

  • 7.- Control electrnico de la velocidad de los motores de c.c El mtodo electrnico de controlar la velocidad de un motor de c.c con excitacin independiente se muestra en la siguiente figura .If= Vf Rf

  • Ia = Va RaRf >Ra

  • En los motores de c.c la tensin de campo Vf es constante, lo que origina que lf tambin sea constante y por lo tanto f tambin es constante ( K 3 ). Note que ya no se usa restato de campo ni restato de arranque. Aqu lo que se cambia es el valor de la tensin Va de alimentacin al inducido usando tiristores .Entonces : n = Va K1 f

    = Va K1 K3=KVan= K Va

  • CONCLUSIN: Para controlar la velocidad de los motores de c.c por mtodo electrnico , se realiza variando la tensin de alimentacin a la armadura .

  • RECTIFICADOR CONTROLADO DE MEDIA ONDA CON C. I. TCA 785, FOTOTRANSISTOR Y SCR

  • CIRCUITO DE MANDO CON UJT E INTERFASE PTICA PARA RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

  • CIRCUITO DE FUERZA PARA RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA

  • INTERFASE PTICA PARA EL C. I TCA 785 OPERANDO COMO RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA PARA EL CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR C. C.

  • CIRCUITO DE MANDO CON C. I. TCA 785 Y TRANSFORMADOR DE PULSOS PARA EL CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR DE C. C.

  • CIRCUITO DE FUERZA PARA CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR DE C. C. CON EXCITACIN INDEPENDIENTE

  • CIRCUITO DE MANDO CON C. I. TCA 785 PARA EL CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR C. C. USANDO INTERFASE PTICA

  • INTERRUPTOR ESTTICO DE C. A. CON C. I. TCA 785, TRANSFORMADOR DE PULSOS Y TRIAC

  • INTERRUPTOR ESTTICO DE C. A. CON C. I. TCA 785, FOTOTRIAC Y TRIAC

  • INTERRUPTOR ESTTICO DE C. A. CON C. I. TCA 785, TRANSFORMADOR DE PULSOS Y DOS SCR EN CONFIGURACIN BACK TO BACK

  • DIAGRAMA EN BLOQUES DEL INTERRUPTOR ESTTICO EN MODO FORZADO

  • FORMAS DE ONDA DEL INTERRUPTOR ESTTICO EN MODO FORZADO - 1

  • FORMAS DE ONDA DEL INTERRUPTOR ESTTICO EN MODO FORZADO - 2

  • INTERRUPTOR ESTTICO EN MODO FORZADO - 1

  • INTERRUPTOR ESTTICO EN MODO FORZADO - 2

  • INTERRUPTOR ESTTICO EN MODO FORZADO - 3

  • CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFSICO NO CONTROLADO DE ONDA

  • FORMA DE ONDA EN LA CARGA DE CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFSICO NO CONTROLADO DE ONDA

  • CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFSICO NO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA

  • FORMA DE ONDA EN LA CARGA DE CIRCUITO RECTIFICADOR TRIFSICO NO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA

  • CIRCUITO DE CONTROL DE POTENCIA CON TRIAC SIN HISTERESIS

  • CIRCUITO DE CONTROL DE POTENCIA CON TRIAC DISPARADO POR UJT CON AISLAMIENTO PTICO

  • CIRCUITO DE CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR DE C. A. CON DOS SCR EN CONFIGURACIN BACK TO BACK (TRIAC)

  • CIRCUITO CHOPPER PWM CON EL C. I. 555

  • CONDUCCIN CON CARGA RESISTIVA

  • CONDUCCIN CON CARGA INDUCTIVA

  • CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTOR C. C. POR PWM