reporte ciurcuito inversor cd ca y ups
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Universidad Tecnológica Del
Sureste De Veracruz
INTEGRANTES: Gapi Herrera Leonardo,
Peña Pontenciano Alexis Jonatán,
Rojas Ruiz Diego Armando,
Hernández Hernández José Alberto
Campechano Gapi Alexis Yair
Betanzos Sánchez Emmanuel
MATERIA: Electricidad Industrial
DOCENTE: Jesús Tadeo García Morales
TEMA: “Reporte de Circuito inversor de CD a CA”
FECHA DE ENTREGA: 24 de Octubre del 2014
1. INTRODUCCION
En este documento usted podrá encontrar información
detallada sobre el proyecto que se llevó a cabo en la
Universidad tecnológica del sureste de Veracruz (UTSV)
localizada en Nanchital, Ixhuatlán; en la materia a nivel
ingeniería Electricidad Industrial a cargo del profesor Ing.
Jesús Tadeo García Morales.
El contenido del presente documento fue redactado con la
mayor claridad posible para que todas aquellas personas
interesadas en adquirir un conocimiento práctico en un inversor
de corriente directa a corriente alterna, el cual nos puede servir
para conectar algún electrodoméstico a este circuito que se
encuentra alimentado por una batería de carro de 12V (CD).
En la universidad anteriormente mencionada, el equipo
conformado por 6 integrantes finiquitaron el proyecto con
mucha dedicación y esfuerzo.
Esperamos que esta información sea de su agrado.
2. MARCO TEORICO
2.1 Electricidad
La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos
relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se
manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos,
la electricidad estática, la inducción electromagnética o el flujo
de corriente eléctrica. La electricidad es una forma de energía
tan versátil que tiene un sinnúmero de aplicaciones, por
ejemplo: transporte, climatización, iluminación y computación.
2.2 Electricidad industrial
Existen tres categorías:
Domestico
Comercial
Industrial
En el caso de la industrial por lo regular se maneja mucho
voltaje y mucho amperaje es donde se encuentra una variedad
inmensa de aplicaciones. Constituye una sección de la
electrología en la que se estudia la electricidad en movimiento,
así como los efectos que produce.
A diferencia de la domiciliaria que es monofásica (un cable con
tensión y uno neutro) y de 220 voltios (en EE UU 110 V), la
industrial es trifásica y en Sudamérica es de 380 voltios y tiene
3 cables con tensión desplazada 120º cada una de la siguiente,
esto favorece el uso de motores eléctricos ya que desde la
usina llega como un campo rotativo.
Si en un motor invierte dos cable cualquiera el motor gira al
revés y son muy económicos (motores asincrónicos trifásicos).
2.3 Corriente eléctrica
La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga
eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. 1 Se
debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en
el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades
se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se
denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata
de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un
fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.
El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente
eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se
llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya
intensidad se desea medir.
2.3.1 Corriente alterna
Se denomina corriente alterna a
la corriente eléctrica en la que la
magnitud y el sentido varían
cíclicamente. La forma de
oscilación de la corriente
alterna más comúnmente
utilizada es la de una oscilación senoidal, puesto que se
consigue una transmisión más eficiente de la energía. Sin
embargo, en ciertas aplicaciones se utilizan otras formas de
oscilación periódicas, tales como la triangular o la cuadrada.
Utilizada genéricamente, la CA se refiere a la forma en la cual
la electricidad llega a los hogares y a las industrias. Sin
embargo, las señales de audio y de radio transmitidas por los
cables eléctricos, son también ejemplos de corriente alterna.
En estos usos, el fin más importante suele ser la transmisión y
recuperación de la información codificada (o modulada) sobre
la señal de la CA.
2.3.2 Corriente Directa
La corriente continua se refiere
al flujo continuo de carga
eléctrica a través de un
conductor entre dos puntos de
distinto potencial, que no cambia de sentido con el
tiempo. A diferencia de la corriente alterna, en la corriente
continua las cargas eléctricas circulan siempre en la misma
dirección. Aunque comúnmente se identifica la corriente
continua con una corriente constante, es continua toda
corriente que mantenga siempre la misma polaridad, así
disminuya su intensidad conforme se va consumiendo la carga
(por ejemplo cuando se descarga una batería eléctrica).
También se dice corriente continua cuando los electrones se
mueven siempre en el mismo sentido, el flujo se denomina
corriente continua y va (por convenio) del polo positivo al
negativo.
2.4 Voltaje
El Voltaje o la “diferencia potencial eléctrica” es una
comparación de la energía que experimenta una carga entre
dos ubicaciones.
2.5 Transformador
Se denomina transformador a un
dispositivo eléctrico que permite
aumentar o disminuir la tensión
en un circuito eléctrico de
corriente alterna, manteniendo la
potencia. La potencia que
ingresa al equipo, en el caso de un transformador ideal (esto
es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las
máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de
pérdidas, dependiendo de su diseño y tamaño, entre otros
factores.
El transformador es un dispositivo que convierte la energía
eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía
alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de
la inducción electromagnética. Está constituido por dos
bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo
cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí
eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la
constituye el flujo magnético común que se establece en el
núcleo. El núcleo, generalmente, es fabricado bien sea de
hierro o de láminas
apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar
el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan
primario y secundario según correspondan a la entrada o salida
del sistema en cuestión, respectivamente. También existen
transformadores con más devanados; en este caso, puede
existir un devanado "terciario", de menor tensión que el
secundario.
2.6 Sistema de alimentación ininterrumpida (UPS)
Sistema de alimentación
ininterrumpida (SAI), en
inglés uninterruptible power
supply (UPS), es un
dispositivo que gracias a sus
baterías u otros elementos
almacenadores de energía, puede proporcionar energía
eléctrica por un tiempo limitado y durante un apagón 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.
Los SAI dan energía
eléctrica a equipos llamados cargas críticas, como pueden ser
aparatos médicos, industriales o informáticos que, como se ha
mencionado anteriormente, requieren tener siempre
alimentación y que ésta sea de calidad, debido a la necesidad
de estar en todo momento operativos y sin fallos (picos o
caídas de tensión).
La unidad de potencia para configurar un SAI es el voltiamperio
(VA), que es la potencia aparente, o el vatio (W), que es la
potencia activa, también denominada potencia efectiva o
eficaz, consumida por el sistema. Para calcular cuánta energía
requiere un equipo de SAI, se debe conocer el consumo del
dispositivo. Si la que se conoce es la potencia efectiva o eficaz,
en vatios, se multiplica la cantidad de vatios por 1,4 para tener
en cuenta el pico máximo de potencia que puede alcanzar el
equipo. Por ejemplo: (200 vatios × 1,4) = 280 VA. Si lo que
encuentra es la tensión y la corriente nominales, para calcular
la potencia aparente (VA) hay que multiplicar la corriente
(amperios) por la tensión (voltios), por ejemplo: (3 amperios ×
220 voltios) = 660 VA.
3. DESARROLLO
3.1 OBJETIVO
Realizar un inversor de corriente directa para generar corriente
alterna (batería de carro 12v) a corriente alterna (120v a 220v
– 400w) con cargador.
3.2 Lista de materiales
No. De Materiales Descripción Costo
CIRCUITO INTEGRADO
1 555 $6.9
1 CD 4013BP $6.9
TRANSISTOR
4 TIP3055 $103.45
2 TPI 125 $22.41
2 2N3904 $6.9
RESISTENCIA
4 820 ohmios a 1/4W $1.72
4 1 ohmio a 1W $0.87
2 33 ohmios a 5W $7.76
1 0.75 ohmios a 5W $4.31
1 33K a 1/4W $0.43
2 2.2K a 1/4W $0.87
2 100 ohmios a 1/2W $0.87
2 5.6K a 1/4W $0.87
1 560 ohmios a 1/4W $0.43
1 1K a 1/4W $0.43
CONDENZADOR
1 0.1 uF (104)
11oliéster 1 C 100 uF
a 16V
$25.86
DIODO
1 1N5407 $3.48
1 1N4007 $3.44
OTROS
1 relevo (Relay) de
110V o 220V
dependiendo del
voltaje de salida del
transformador, a 10
amperios como
mínimo
$300.00
1 porta fusible y fusible
de 10 amperios
$6.04
1 Regulador Lm7805 $13.5
1 reóstato de 100K $8.62
2 LED uno intermitente
y el otro normal
$11.21
1 disipador de aluminio $--
1 clavija macho $--
1 toma sencilla o doble $--
1 metro de cable 1x 16
o 1x14
$--
1 metro de cable 2x 16 $--
1 interruptor doble de
10 amperios 250
voltios
$--
1 transformador de
12x12 voltios, 8
amperios o más
$--
1 Hoja de acetato,
impresión láser,
baquelita de $48 y
otra pequeña de
$29.31
$ 79.31
6 Transistor 2N3055G $237.96
2 Capacitor electrolítico $2.61
2 150R10 – 150 Ohms
10w
$10.44
2 Rectificador de 6A
1000v
$13.79
2 Base para CI´s $1.72 + $2.59
3.3 Circuito inversor de CD a CA
3.3.1 Diagrama esquemático del inversor
3.3.2 Circuito para imprimir en baquelita
3.4 Vista previa del trabajo terminado
3.4 Procedimiento para finiquitar el proyecto Circuito inversor
de voltaje CD – CA y cargador automático.
El inversor de voltaje
es un sistema que
convierte la corriente
continua en corriente
alterna elevando el
voltaje según se
requiera.
Se utiliza en infinidad
de aplicaciones como por ejemplo para alimentar todo tipo de
electrodomésticos en el automóvil.
Este inversor consta con un oscilador que controla unos
transistores los cuales conmutan o switchean la corriente
proveniente de la batería generando una onda cuadrada.
Esta onda alimenta un
transformador que
eleva el voltaje y
suaviza la forma de
onda para que parezca
una onda sinodal.
Un sistema de alimentación ininterrumpido (UPS) es
básicamente un inversor y cargador de corriente de batería
automatizado con algunos circuitos de protección adicionales.
Aprovechando este circuito de mediana complejidad queremos
enseñar el principio de funcionalidad de la UPS.
El 555 es un circuito integrado usado para generar oscilaciones
y retardos de precisión, en este caso se usa para crear un
oscilador estable y el Flip – Flop que entrega una onda
cuadrada.
La frecuencia de trabajo se regula mediante dos resistencias
externas y unidas a un condensador.
El CD4013BP es un Flip – Flop doble tipo D, la señal
proveniente del 555 llega al CD4013BP que genera en sus
pines 1 y 2 una onda cuadrada perfecta, es decir, cuando el pin
1 está en cero o estado bajo, el pin está en estado 1 o estado
alto y viceversa.
Las señales cuadradas que entrega el CD4013BP son
recibidas por dos transistores 2N3904, como su base es
positiva, solo conducen al recibir el estado alto. El emisor de
esos transistores está conectado a tierra por lo que al momento
de conducir el colector se polariza negativamente, excitando la
base de los transistores TIP 125 de polaridad PNP.
Los TIP 125 activan los transistores de salida. La corriente
positiva que va del emisor al colector de los TIP 125, excita la
base de los transistores de salida NPN, haciendo oscilar los
extremos del devanado primario del transformador.
Como el tap central del transformador está conectada a la
batería es en ese momento que la corriente DC se convierte
en corriente AC para que el transformador pueda elevarla y
entregar el voltaje deseado en el devanado secundario.
Debido a que los aparatos electrónicos trabajan a una
determinada frecuencia es necesario calibrar la frecuencia del
inversor de acuerdo a sus necesidades o requerimientos
técnicos.
Para calibrar la frecuencia, es necesario colocar las puntas del
frecuencímetro a la salida DC del inversor e ir girando el
reóstato de 100k hasta encontrar la frecuencia desea.
La batería es un dispositivo de almacenamiento, que convierte
la energía química en energía eléctrica. Para este inversor
usamos una batería de 12v a 7 A.
Es necesario implementar
un relevo (relay) de 8 pines
a 120v/240v que se
encarga de desconectar el
inversor de la batería y
conectar la alimentación de la red pública al transformador.
El led intermitente indica cuando la batería está trabajando,
esto sucede solo cuando se ha desconectado el suministro de
la red pública. Al momento de ser restablecido el suministro, el
led se apaga.
El interruptor de encendido doble es indispensable ya que de
no colocarlo, tendría que desconectar tanto la batería como el
enchufe cada que quiera apagar la UPS.
A continuación algunas fotos trabajando con mucha
responsabilidad en el circuito inversor. Una vez terminado
nuestro circuito inversor fue puesto a prueba para mandar a
encender un foco y arrancar un taladro de al menos 300 watt
ya que nuestro circuito fue diseñado para alcanzar los 400 watt,
ok tomando en cuenta las variaciones del voltaje, encontramos
que con una batería de carro que tenía alrededor de 13 voltios
de corriente directa el inversor nos elevó ese voltaje a 96.1
voltios en corriente alterna y al conectarle un solo foco el voltaje
bajo a 85 voltios en C.A, con respecto al taladro cuando fue
conectado y energizado el voltaje bajo a 55 voltios
aproximados en corriente alterna, mi equipo se dio por servido
al ver los grandes resultados en la materia de electricidad
industrial bajo el mando del capitán del barco el ing. Jesús
Toledo García. Muchas Gracias por avernos acompañados en
esta experiencia tan maravillosa de nuestra carrera de
ingeniería mecatrónica área automatización de la Universidad
UTSV.
Esperamos que les sea de utilidad y les deje algún
conocimiento práctico.
CONCLUSION
En esta práctica se ha observado y comprobado los
conocimientos técnicos que hemos adquirido a lo largo de
nuestra vida estudiando en la universidad tecnológica del
sureste de Veracruz, por ejemplo el funcionamiento de cada
uno de los dispositivos en circuitos eléctricos contenidos en
este inversor de corriente directa a corriente alterna. Está claro
que los circuitos integrados nos ayudan a hacer una
modificación de la onda de corriente directa, sabemos que la
onda de corriente alterna es una onda senoidal entonces
gracias al 555 (Flip – Flop) y el TC4013BP (Flip – Flop doble)
generan una señal cuadrada y por consiguiente los dispositivos
posteriores hacen una onda senoidal aceptable para los
electrodomésticos más comunes como una televisión,
computadora, refrigerador, etc.
El trabajo finiquitado exitosamente…