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1
ELECTRONICA DE POTENCIA
M.C. JUAN MANUEL GONZALEZ ROSAS
2
ELECTRONICA DE POTENCIA
ES LA APLICACIÓN DE LA ELECTRÓNICA DE ESTADO SÓLIDO
PARA EL CONTROL Y LA CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA
ELÉCTRICA
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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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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APLICACIONES DE LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA
6
RECTIFICADORES
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
2π
2ππ
VL
Vs = Vm sen ωt
Vm
-Vm
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
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
10
PUENTES DE DIODOS MONOFASICOS
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
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.
13
PRACTICA 4 (PROCEDIMIENTO)
RECTIFICADOR DE ONDA COMPLETA A 127 VCA
-
Alimentación
127 vca IL
RL =
-
-
-
-D2
D3 D4
D1
10 kΩ C1
-
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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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
16
PUENTES RECTIFICADORES TRIFASICOS
17
TIRISTORES
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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MODOS DE ACTIVACION DEL TIRISTOR
* Térmica
* Luz
* Alto voltaje
* dv / dt
* Corriente de compuerta
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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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RECTIFICADOR CONTROLADO DE SILICIO (SCR)
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.
23 39
24
PRESENTACIONES DEL SCR
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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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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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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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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
29 41
ESTRUCTURA INTERNA DEL SCR
COMPUERTA
CÁTODO
ANODO
P
N
P
NP
N
30
COMPUERTA
CÁTODO
ANODO
PN
P
NP
N
+
IA
IG
-
VG
DISPARO DEL SCR
31 43
CONDUCCION DEL SCR
COMPUERTA
VG = 0
CÁTODO
ANODO
PN
P
NP
N
+
-
IA
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
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
+
-
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
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
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
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
38
MODOS DE APAGADO DEL SCR
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
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
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.
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
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
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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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
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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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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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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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
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.
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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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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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
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
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
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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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.
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
59
DIAC
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
61
TRIAC
62
TRIAC
* Dispositivo de control de 3 terminales.
* Formado por 2 scr en antiparalelo.
* Maneja voltajes AC.
63
ESTRUCTURA DEL TRIAC
.
.
.
TERMINAL PRINCIPAL 1
TERMINAL PRINCIPAL 2
COMPUERTA
TERMINAL PRINCIPAL 2
TERMINAL PRINCIPAL 1
COMPUERTA
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.
65
CURVA CARACTERISTICA DEL TRIAC
IH
-IH
VMT1-2(BR)
-VMT1-2(BR)
IG
-IG
IT
I CUADRANTEII CUADRANTE
IV CUADRANTEIII CUADRANTE
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.
67
CUADRANTES DE DISPARO DEL TRIAC
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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
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
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
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.
79
TRANSISTOR MONOUNION
(UJT)
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)
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)
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
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)
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
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:
86
INTERRUPTOR APAGADOPOR COMPUERTA (GTO)
87
INTERRUPTOR APAGADOPOR COMPUERTA (GTO)
p
n
p
n
Anodo
Cátodo
Compuerta
Construcción básica
Anodo
Cátodo
Compuerta
Símbolo
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.
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
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.
91
RELEVADORES
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.
93
ESTRUCTURA DE UN RELEVADOR
CIRCUITO DE
MANDO
SISTEMA DE
ACOPLAMIENTO
CIRCUITO DE
CONMUTACIONVOLTAJE DE
MANDOVOLTAJE DE
CONMUTACION
SALIDAENTRADA
94
TIPOS DE RELEVADORES
1.- ELECTROMECANICOS: Convencionales
Polarizados
Reed inversores
2.- HIBRIDOS.
3.- ESTADO SÓLIDO
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
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
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
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).
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
100
RELEVADOR TIPO ARMADURA
Son los más antiguos y utilizados
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).
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.
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).
104
RELEVADORES POLARIZADOS
RELÉ SELLADO HERMÉTICAMENTERELÉ DE ENCLAVAMIENTO RELÉ DE TRINQUETE EXCLUSIVO
RELÉ ENCHUFABLE RELÉ DE POTENCIA MINIATURA
RELÉ DE ALTA CAPACIDAD
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.
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
107
RELAY DE ESTADO SOLIDO
108
RELEVADORES DE ESTADO SÓLIDO
RELÉ ESTÁTICO TRIFÁSICO RELÉ MONOFASICORELÉ INDUSTRIAL MONOFÁSICO
RELÉ ESTÁTICO TRIFÁSICORELÉ SALIDA A TRIACRELÉ ESTÁTICO MONOFÁSICO
109
OPTOACOPLADORES
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.
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.
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
113
TIPOS DE OPTOACOPALADORES
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
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
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.
117
BANCO y CARGADORES DE BATERIAS
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.
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
120
TIPOS DE BATERIAS
Tipo
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.
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
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
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.
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.
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
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.
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.
129
BANCO DE BATERIAS EN SERIE y PARALELO
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
131
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.
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.
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.
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.
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
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
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)
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
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.
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.
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)
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.
144
CIRCUITOS DE PROTECCIÓN VOLTAJE O CORRIENTE
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)
146
LIMITADORES DE CORRIENTE
* ELECTRÓNICOS
* TERMOMAGNÉTICOS
* CINTA FUSIBLE
147
PROTECCION A PICOS DE VOLTAJE (VARISTORES)
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
149
TIPOS DE VARISTORES
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
151
PROTECCION A PICOS DE VOLTAJE (SCR-PALANCA)
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
153
PROTECCION PICOS DE VOLTAJE (DIODO RECORTADOR)
154
PROTECCION A PICOS DE VOLTAJE (LIMITADORES DE PICO)
155
PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION ZENER)
156
PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION FIJA POSITIVA)
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
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
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
160
PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION FIJA NEGATIVA)
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
162
PROTECCION A LIMITADORES DE VOLTAJE (REGULACION VARIABLE)
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)
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
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
FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE DE 0 a 127 VCD
El funcionamiento de la fuente variable inicia en la toma del mismo de
la línea de energía de CFE, pasando por el puente rectificador formado
por los diodos D1, D2, D3, y D4, el cual entrega un voltaje pulsante de
127 VCA, que al pasar por el capacitor el voltaje se elevará por un
factor de 1.4142.
• Vi = √2 ( Vlinea) = (1.4142 )( 127 VCA) = 179.6 VCA
Este voltaje se visualiza sin carga alguna, en cuanto tenga carga, el
voltaje de salida será igual al de entrada (127 VCA), La entrada del
circuito integrado TL783 recibe dicho voltaje, ver figura siguiente::
166
FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE DE 0 a 127 VCD
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
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.
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
170
LIMITADORES DE CORRIENTE (TERMOMAGNÉTICOS)
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.
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.
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.
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.
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.
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).
177
INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO
178
INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO
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
180
LIMITADORES DE CORRIENTE (CINTA FUSIBLE)
181
FUSIBLES
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.
183
CLASIFICACION DE FUSIBLES
* Rango de Voltaje:
* Rango de corriente: (desde miliamperios hasta miles de amperes)
* Fusión: lentos, rápidos y extrarápidos
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.
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.
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
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.
188
SIMBOLOGIA DE FUSIBLES
Fusible * Fusible
Fusible Fusible
FusibleFusiblede operación lenta
Fusiblede operación rápida
El lado anchoes el lado de la red
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
190
SIMBOLOGIA DE FUSIBLES
Resistenciade protección
Resistenciade protección
Fusible con aceitepara altos voltajes
Dispositivode corte térmico
Retardo
191
LIMITADORES DE CORRIENTE (ELECTRÓNICOS)
192
REGULACION ALTO-BAJO VOLTAJE (FERRORESONANTE)
193
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 %.
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.
196
CARACTERÍSTICAS
* PRUEBA DE AISLAMIENTO A 1500 V. COMO MÍNIMO.
* VOLTAJE DE SALIDA PRACTICAMENTE SENOIDAL.
* CONTENIDO TOTAL DE ARMONICAS, NO EXCEDE AL 3 %.
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
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
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
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
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
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
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.
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.
205
REGULADOR ELEMENTAL
BP
Derivación magnética
NS ESEPC
SecundarioPrimario
NP
BS
206
CIRCUITO ELÉCTRICO
Devanado de compensación
Secundario
Primario
C
..
.
.
Devanado de compensación
SecundarioDevanado de neutralizaciónPrimario
C
Salida regulada
REGULADOR “SOLA” TIPO CVH
207
INVERSOR
208
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
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.
211
INVERSORR4
R5
1 kΩ
100 kΩ
+
6 V
VS
1N4001
D1
3 -
R1
560 Ω
127/12 VCA 500 mA
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
213
INVERSOR TRIFÁSICO
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
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
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
217
v1 v2 v3 v4 v5 vq
V
vm
-vm
0 ωt2πππ/2
90o 120o 180o 240o 360o
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
219
REGULACION TOTAL DE VOLTAJE (UPS)
220
UPSSISTEMA DE POTENCIA ININTERRUMPIBLE
221
MINUTOS A MEDIA CARGA SUPERPROMOCION
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
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.
224
APLICACIONES DE LAS UPS
* CAJAS REGISTRADORAS.
* TERMINALES DE COMPUTADORAS.
* COMPUTADORAS.
* SISTEMAS DE SEGURIDAD.
* SISTEMAS DE CONTROL.
* EQUIPO DE COMUNICACIONES.
* EQUIPO MEDICO DE EMERGENCIA
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.
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.
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.
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.
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
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).
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)
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
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.
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.
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
236
MOTORES
237
TIPOS DE MOTORES
* MOTOR DE C.D.
* MOTOR DE C.A.
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.
239
PARTES PRINCIPALES
* CAMPO MAGNETICO.
* CONDUCTOR MÓVIL (BOBINAS DEL ROTOR).
* CONMUTADOR.
* ESCOBILLAS.
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.
241
MOTOR ROTOR DEVANADO
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
243
OPERACIÓN DEL MOTOR CC
244
CONTROL DE VELOCIDAD DEL
MOTOR CD
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
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
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
248
CONTROL DE VELOCIDAD MOTOR
UNIVERSAL SERIE
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)
250
ROTADOR DE GIRO MOTOR CD
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
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
253
INVERSOR
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
255
MOTORES DE PASO
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
257
TIPOS DE MOTORES DE PASO
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
259
MOTOR DE PASO (IMAN PERMANENTE)
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
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
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
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
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
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
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
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
268
CIRCUITO DE CONTROL
S1
N3
S3
N1
S2
N2
A
D
C
B
.-
CIRCUITOS DE CONTROL
.+Vs
A B C D
.+Vs
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
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
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.
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
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
274
CONTROLADORES EN CIRCUITO INTEGRADO
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
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
277
DRIVE MOTOR DE PASO 74LS194
278
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
280
CONEXION EN MOTORES DE 6 PINES
281
CONTROLADOR DE MOTORES DE PASO A PASO MPPC01
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.
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
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
285
286
CONTROL DE MOTOR DE PASO
287
CONTROLADOR DE MOTORES DE PASO A PASO ULN2003
288
DRIVER ULN2003
289
DRIVER ULN2003
290
CONTROL MOTOR DE PASO POR EL PUERTO PARALELO
291
OCTAL PERIPHERAL DRIVER ARRAYS ULN2803
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.
293
CARACTERISTICAS DEL ULN2803
294
ESTRUCTURA DEL ULN2803
295
1/8 ULN2803
296
MOTOR DE CA
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
298
PARTES PRINCIPALES
Estator Rotor
0
- Vm
Vm
Vs = Vm sen ωt
t
Fuente de voltaje CA
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.
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.
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
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
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
304
MOTOR DE CA DE INDUCCION
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”
306
OPERACIÓN MOTOR CA INDUCCION
307
INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION CON CAPACITOR
308
INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION L N
ROTOR
CONTACTOR A CONTACTOR B
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
310
L N
ROTOR
CONTACTOR A CONTACTOR B
311
INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION
312
INVERSION DE GIRO DEL MOTOR CA INDUCCION
313
MOTOR DE CA SINCRONO
314
OPERACIÓN MOTOR CA SINCRONO
315
VARIADORES DE VELOCIDAD
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
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.
318
COMPONENTES DEL VARIADOR DE FRECUENCIA
* Etapa Rectificadora.
* Etapa intermedia.
* Inversor o "Inverter".
* Etapa de control.
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.
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.
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.
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.
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.
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)
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")
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)
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:
328
ETAPAS DEL VARIADOR
Un sistema de variador de frecuencia (VFD) consiste generalmente en:
* Motor AC,
* Controlador y
* Interfaz operador.
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.
330
GRAFICA FRECUENCIA-VELOCIDAD
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).
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.
333
CONTROLADOR DEL VFD
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.
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.
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.
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.
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,
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,
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,
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,
342
APLICACIONES DEL VARIADOR DE VELOCIDAD
Otras aplicaciones. Tornillos sinfin, Válvulas rotativas, Calandras, Tejedoras, Chipeadoras, Extractores, Posicionadores, etc.
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.
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.
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.
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.
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
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
349
INTERRUPTORES ESTATICOS
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.
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
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
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
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
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
356
INTERRUPTOR INVERSOR TRIFASICO
T4
T1
T6
T3
T2
T5
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
RL
RLRL
i1
A
B
C
n
a
b c
T8
T7
T10
T9
..
.
.
.
.
.
.
357
INTERRUPTOR DE C.A. PARA TRANSFERENCIA DE BUS
RL
T1
T2V1
+
-
V2
T1’
T2’Vo
+
- -
. . ..
.
.+
-
358
TRANSFERENCIA DE BUS TRIFASICO
T1’
T4’
T3’
T6’
T5’
T2’
T1
T4
T3
T6
T5
T2
.
RL
RLRL
bc
n
.
.
. .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
A
B
C
A’
B’
C’
359
ARMONICAS
360
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.
361
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.
DISTORSION ARMONICA
362
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.
363
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.
DEFINICION DE ARMONICAS
Este concepto proviene del teorema de Fourier y define que, bajo ciertas
condiciones analíticas, una función periódica cualquiera puede
considerarse integrada por una suma de funciones senoidales,
incluyendo un término constante en caso de asimetría respecto al eje de
las abscisas, siendo la primera armónica, denominada también señal
fundamental, del mismo período y frecuencia que la función original y
el resto serán funciones senoidales cuyas frecuencias son múltiplos de
la fundamental. Estas componentes son denominadas armónicas de la
función periódica original.
364
365
GENERACION DE ARMONICAS
* Equipos electrónicos
* Equipo de computo
* Hornos de microondas
* Convertidores de voltaje
* Lámparas fluorescentes
* Rectificadores
366
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
367
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
368
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
369
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