ieee ups

UPS ONLINE SENA CIMM

ESTUDIO, SIMULACION, MONTAJE Y VERIFICACION DEL SISTEMA DE ALIMENTACION ININTERRUMPIDA(Uninterruptible Power Supply)

Mantenimiento Electrónico e Instrumental Industrial

Chaparro Andrés Felipe, Escobar Castro Juan Camilo, Merchán Gina Dayana, Niño Rojas Diego Alexander, Siabato González Juan Carlos, Tay Torres Jairo Elias

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

Instructor: Ing. Josué Ignacio Acero Vargas [email protected]

ABSTRACT

U.P.S type that avoids the milliseconds without power when a power failure occurs, because it provides constant power from the battery and not directly. The latter typical off-line UPS, where the change from the power supply to the battery line, consuming a time that can affect devices connected to the UPS.This technology is the most expensive of all but which offers the highest level of protection. Therefore it is ideal for sensitive or important equipment such as central servers.The UPS Online has a mode called bypass, which is a parallel step that derives power directly from the input to the UPS output, if there is any problem in the circuit of the apparatus by damage on the inverter, connected devices overload, over temperature, etc.

I. INTRODUCCIÓNLa U.P.S, es un dispositivo que gracias a sus baterías u otros elementos almacenadores de energía, puede proporcionar energía eléctrica por un tiempo limitado y durante unapagón eléctrico a todos los dispositivos que tenga conectados. Otras de las funciones que se pueden adicionar a estos equipos es la de mejorar la calidad de la energía eléctrica que llega a las cargas, filtrando subidas y bajadas de tensión y eliminando armónicos de la red en el caso de usar corriente alterna. La realización de éste Proyecto se hizo por medio de etapas las cuales cumplen una función especifica que ayudan a obtener un desarrollo totalmente functional y adecuado para el mismo.

Marco teórico

Arduino:Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. (Fig. 1).

El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. Los microcontroladores más usados, el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, y Atmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque que es ejecutado en la placa. Se programa en el ordenador para que la placa controle los componentes electrónicos.

Arduino puede tomar información del entorno a través de sus entradas analógicas y digitales, puede controlar luces, motores y otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programación Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador.

También cuenta con su propio software que se puede descargar de su página oficial que ya incluye los drivers de todas las tarjetas disponibles lo que hace más fácil la carga de códigos desde el computador.

MANTENIMIENTO ELECTRONICO E INSTRUMENTAL INDUSTRIAL 865366

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https://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_alterna

https://es.wikipedia.org/wiki/Apag%C3%B3n_el%C3%A9ctrico

https://es.wikipedia.org/wiki/Apag%C3%B3n_el%C3%A9ctrico

https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

https://es.wikipedia.org/wiki/Bater%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina

mailto:[email protected]








Fig. 1. Arduino UNO. ( Imagen tomáda de Internet ).

NI ELVIS:

NI ELVIS II es un componente fundamental de la Plataforma de Educación para Electrónica junto con NI Multisim, la herramienta líder para simulación SPICE y captura de esquemáticos y NI LabVIEW (Fig. 2). La Plataforma de Educación para Electrónica ayuda a enseñar conceptos de diseño de circuitos al relacionar la teoría con el mundo real. Los estudiantes pueden estimular los conceptos teóricos en Multisim, generar prototipos del circuito actual con NI ELVIS y comparar la simulación con medidas del mundo real con LabVIEW y LabVIEW Signal Express. Con NI ELVIS II y Multisim 10.1, aprender sobre circuitos se vuelve más interactivo con características como 3D NI ELVIS II y la habilidad de tener acceso a los instrumentos de NI ELVIS II dentro de Multisim.

NI ELVIS II incluye 12 instrumentos de laboratorio más usados incluyendo osciloscopio, DMM, generador de funciones, fuente de alimentación variable, analizador de señal dinámica (DSA), analizador de bode, analizador de corriente-voltaje de 2 cables y 3 cables, generador de forma de onda arbitraria, lector/escritor digital y analizador de impedancia. Este conjunto de instrumentos tanto compacto como potente traduce los ahorros para el laboratorio en términos de espacio así como menores costos de mantenimiento. Además, los instrumentos NI ELVIS como todos los diseñados usando el lenguaje para diseño gráfico de sistemas LabVIEW, los educadores pueden rápidamente personalizarlos para cumplir con sus necesidades específicas.

Fig. 2. Plataforma NI Elvis ||+ ( Imagen tomáda de Internet ).

II. PROCEDIMIENTOLa UPS está compuesta por varias etapas las cuales en su respectivo orden son: Fases, rectificación, filtro, baterías, control, potencia y cargas. A continuación se explicara dicho proceso.

Fases:

En esta etapa se puede notar la entrada de las 3 fases que tienen un desfase de 120° cada una (Fig. 3). Cada señal de entrada cuenta con frecuencia de 60Hz, Amplitud de 170 Vpp, y un tiempo de retardo lo cual genera el desfase entre las mismas.

Fig. 3. Simulación señal Trifasica. Proteus.( Imagen propia del proyecto ).

RECTIFICACIÓN:


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En esta etapa se puede observar que la corriente alterna pasa a ser corriente continua debido a los diodos rectificadores. Los cuales en tal modo de configuración reciben la señal una señal trifásica y actúan por defecto según su modo para alimentar la batería. Se puede apreciar que el voltaje pico a pico, frecuencia y cualquier otra variación, queda eliminado durante la conversión. (Fig. 4).

Fig. 4. Simulación etapa rectificación. Proteus.( Imagen propia del proyecto ).

FILTRO:

A la salida del rectificador se anexa un condensador el cual actúa como circuito de filtrado, para obtener corriente continua, el circuito de filtrado se encarga de disminuir el rizado de la señal con el filtro condensador, dando como resultado una señal eléctrica, además reduce el ruido que viene con el voltaje de alimentación para que de como resultado niveles más seguros en la carga, usualmente se trabaja en el orden de los milisegundos a nanosegundos.

Como podemos apreciar Fig. 5, nuestra señal rectificada y filtrada, lo cual nos elimina ruidos y perturbaciones para alimentar la etapa de Baterías.

Fig. 5. Simulación etapa Filtro. Proteus.( Imagen propia del proyecto ).

BATERIAS:

Esta es una etapa muy importante para la U.P.S, es uno de los componentes mas importantes pues permitira hacer que nuestro elemento aparacto electrico conectado a la salida, siga encendido aun y cuando haya un corte de fluido electrico (Fig. 6); y dependiendo de la elección puede ser off-line u on-line.

La U.P.S on-line funciona de una forma directa, ya que debe estar constantemente alimentada por la fase, esto quiere decir que la bateria se cargara siempre y por lo tanto se reduce su tiempo de vida.

La U.P.S off-line es mucho mas efectiva, ya que funciona directamente con la fase siempre y cuando exista, pero al momento en el que esta desaparezca el sistema se alimentara con las baterias. Las baterias se cargaran automaticamente cuando la fase exista, lo que hara que su tiempo de vida sea mas extenso.

Fig. 6. Simulación etapa Baterias. Proteus.( Imagen propia del proyecto ).

CONTROL:


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Esta etapa es de vital importancia para el buen funcionamiento de la UPS. En ella se creara el código necesario que requiera el sistema, los pulsos se envían directamente a la etapa de potencia. En este caso utilizamos un Arduino UNO (Fig. 7), y la programación consta de una secuencia de 6 instantes con retardos de 2.75mS, y con diferente estado para cada uno, juntamente entre cata instante de tiempo hay un intervalo de 0.06mS para asegurar que dicho instante se desactive para dar paso al siguiente; tal programación consiste en:SALIDAS INSTANTES DE TIEMPO 1t 2t 3t 4t 5t 6t

S1 1 1 1 0 0 0S2 0 1 1 1 0 0S3 0 0 1 1 1 0S4 0 0 0 1 1 1S5 1 0 0 0 1 1S6 1 1 0 0 0 1

Fig. 7. Simulación etapa Control con Arduino UNO. Proteus.( Imagen propia del proyecto ).

POTENCIA:

La etapa de potencia, sera la encargada de recibir los datos que llegan de la etapa de control, los transistores se activaran según el

codigo a ejecutar, juntamente con los diodos los cuales evitan que el envio del código se devuelva sino que por el contrario realice en elvio del dato correctamente según lo esperado. (Fig. 8). Esta etapa sirve como comunicación entre la etapa de Control y el actuador que en este caso seria la etapa de Cargas.

Fig. 8. Simulación etapa Potencia. Proteus.( Imagen propia del proyecto ).

CARGAS:

En esta etapa se observa que hay dos tipos de configuracion de cargas, entre ellas encontramos la carga en estrella y la carga triangulo. Esta etapa es la encargada de recibir las señes de potencia, debido a ser un circuito trifásico balanceado, las tres fases de entrada tienen voltajes con la misma magnitud pero desfasados en 120°, y dependiendo de ello, obtendremos señal de salida a cada punto en determinada configuración.CARGAS EN TRIANGULO.

Haciendo un análisis, podemos observar que al intermedio de cada resistencia llega la señal de control accionado por la etapa de potencia, y se aprecia en cada en cada gráfico la señal obtenida dependiendo del pulso entrande, cada una con un desfase de 120°, lo cual se puede apreciar en Fig. 9; el orden de salidas cada una con su respectivo desfase en un tiempo de 0nS hasta 200nS, y con una amplitud de 1v.


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Fig. 9. Simulación etapa cargas en configuración Delta. Proteus. ( Imagen propia del proyecto ).

CARGAS EN ESTRELLA

En este tipo de configuración el análisis debe ser un poco mas centrado, pues igualmente llegan las señales de de potencia a cada resistencia, pero observamos que estan con referencia a tierra, lo cual indicaria los como salidas a:Va-b, Va-TierraVb-c, Vb-TierraVc-a, Vc-Tierra

Y tal descripción la podemos ver ilustrada en la Fig. 10, cada gráfica con un tiempo de 0nS hasta 200nS, y con amplitud de 1v.

Fig. 10. Simulación etapa cargas en configuracion Estrella. Proteus. ( Imagen propia del proyecto ).

A continuación, en la Fig. 11, se puede apreciar la señal de salida en configuración estrella de nuestro montaje real en la etapa de cargas; en el osciloscopio del software Multisim y en la plataforma NI Elvis ||+. También en la (Fig. 12); se observa el montaje en 3D, lo cual es una herramienta de Multisim, juntamente con su diseño en PCB (Fig. 13), la cual se puede utilizar principalmente como aprendizaje o imagen a seguir para realizar un montaje real (Fig. 13).

Fig. 11. Simulación etapa cargas en configuracion Estrella. Multisim. ( Imagen propia del proyecto ).

Simulación 3D en software Multisim


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Fig. 12. Simulación montaje.Multisim.( Imagen propia del proyecto ).

Fig. 13. Diseño de U.P.S en PCB.

Montaje real en plataforma NI Elvis ||+

Fig. 13. Montaje real en plataforma Elvis ||+.( Fotografia propia del proyecto ).

Link Video simulación en software Multisim, en el cual se muestran las

salidas de las cargas en configuración Y.

https://www.youtube.com/watch?v=0OM4J9JuWag

III. CONCLUSIONES

El software empleado en este proyecto (Multisim), cuenta con varios elementos utilizados frecuentemente, tales como, multímetro, osciloscopio, generador de señales, entre otros. Y por medio de este se reduce todo el uso de los instrumentos anteriormente mencionados, a la ilustración de los mismos en la pantalla de nuestro ordenador.

El hardware utilizado (Plataforma NI Elvis ll+), nos ayuda eficientemente a disminuir espacio en nuestro banco de trabajo, y así hacer todo de manera más profesional y visualmente agradable.

A la hora de hacer el montaje en físico, hay que tener precaución con el manejo de tierras para evitar complicaciones y posibles daños en los equipos. Pues la plataforma NI Elvis ll+, contiene una tarjeta de adquisición de datos a la cual llegan las tierras de todos los instrumentos que contiene la plataforma, aparte de ello la alimentación general de la plataforma y la tierra del ordenador, las cuales debemos referenciarlas. Se utilizó un covertidor de 3 a 2, para la conexión de alimentación en la Plataforma, y así evitar interconexión entre las demás.

En la etapa de fases, se requiere el uso de transformadores a la salida de las mismas, las cuales se adaptan a una configuración en dicho transformador para así poder entrar a la etapa de rectificación.

En la etapa de rectificacion, se reciben las señales en corriente alterna provenientes de los transformadores, y aquí estas se convierten en señales de corriente directa, estas luego ingresan a la etapa de filtro, compuesta por un condensador electrolítico, el cual se encarga de disminuir el rizado de la señal dando como resultado una señal eléctrica apta para


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alimentar las Baterías.

En la etapa de potencia, es importante tener en cuenta el orden los transistores en la conexión hacia el microcontrolador para tener seguridad al obtener la señal deseada.

En el proceso de la elaboración de la U.P.S, se presentó un inconveniente, al momento de verificar la etapa de cargas pues las señales no eran tal y como se esperaban, pero ello se solucionó colocando una resistencia a la base de los transistores en la etapa de potencia, para que actuara como elemento de protección y así la señal de salida.

Cuando un transistor se calienta, su ganancia tiende alterarse, lo cual genera un cambio notable en nuestra señal de salida, para evitar esto debemos observar detalladamente nuestro montaje y aún más la programación, pues puede haber un problema en ellos, posibles causantes del daño.

En un montaje de la vida real los transistores deben contar con buenos disipadores de calor para su correcto funcionamiento.

El software (Multisim), contiene elementos más complejos, lo cual hace que el desarrollo de proyectos sea más sofisticado e interactivo, pues al desarrollar la simulación, montaje en 3D, y PCB; podremos comprender aún más el trabajo a realizar.

El desarrollo del diseño a PCB fue un poco complicado debido al poco conocimiento acerca del manejo del Software Utilboard 12.0, del cual la noción era nula; pero después de varios intentos, se logró obtener un buen diseño.

Al momento de seleccionar el tipo de U.P.S, debemos analizar varios factores, tales como, rendimiento, calidad, eficiencia, entre otros. El tipo de U.P.S que brinda más ventajas, es el OFF-LINE, pues funciona aun con la ausencia de la alimentación externa (AC), debido a las

baterías, las cuales se accionan al momento de no haber fluido eléctrico, pues ellas siempre están en continuo proceso de carga, si así lo requieren.

IV. REFERENCIAS.

Página Web, descripción U.P.S

http://www.xatakahome.com/iluminacion-y-energia/SAI-SISTEMAS-DE-ALIMENTACION-ININTERRUMPIDA-POR-QUE-SON-RECOMENDABLES

Página web oficial de National Instruments

http://www.ni.com/NI-ELVIS/ESA/

Referencia Bibliográfica:

Electrónica de potencia (||) de ALECOP. Autor: pedro Gómez Fernández, profesor E.U.I.T.I.


Diseño Electrónico - C. J. Savant Jr., Martin S. Roder & Gordon L. Carpenter - 2da Ed


Electrónica de potencia: circuitos, dispositivos y aplicaciones. Segunda Edición. Autor: Muhammad H. Rashid.

Video YouTube, diseño UPS. Ing. Josué Acero.

https://www.youtube.com/watch?v=4XLsiFlSjAI


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https://www.youtube.com/watch?v=4XLsiFlSjAI

http://www.ni.com/NI-ELVIS/ESA/




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