Objetivo:

Diseñar y construir una fuente regulada de voltaje de CD y Protecciones, que opere en un rango de voltaje controlado de 0 a 220 VCD, y que pueda ser utilizada para alimentación de sistemas de control o de cualquier carga a utilizar.

Introducción:

Las fuentes reguladas de voltaje de CD tienen una gran aplicación como elemento actuante en sistemas de control industrial, en la regulación de velocidad de motores y generadores de CD, sistemas de temperatura y como fuentes de alimentación en planteles educativos.

Planteamiento del Problema:

Las fuentes reguladas de voltaje pueden ser construidas con elementos de estado sólido para proporcionar un voltaje variable controlado, ya sea de corriente directa o de corriente alterna.

Planteamiento del Problema

Las fuentes reguladas de voltaje de CD pueden diseñarse a partir de una fuente de corriente alterna, tales como, rectificadores controlados, o de una fuente de corriente directa, como los troceadores.

Hipótesis:

Con los conocimientos teóricos y prácticos de un estudiante de octavo semestre de las carreras de Ing. Eléctrica y Electrónica es posible diseñar y construir una fuente regulada de voltaje de CD y protecciones.

Razones y Justificaciones:

Este proyecto surge de la necesidad de contar con una fuente de voltaje de CD regulada, para satisfacer la demanda de este tipo de dispositivos en la realización de prácticas dentro de los laboratorios de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de las Instituciones de educación superior y media superior del país.

Rectificador Trifásico SemiControlado

Salida

D1R

eact

or

Rea

cto

r

Rea

cto

r

A B C

R

C

R

C

TH1

Circuito de Control

El circuito de control para el disparo de SCR’s está basado en el control del ángulo por el método de comparación por coseno.

Diseño del Transformador de Sincronía

Requerimientos:

V1 = 220 Vca.V2 = 10 V (con derivación central).

V3 = 12 V. I2 = 200 mA.(Sincronía)

I3 = 2 A. (Fuente) B = 1 Wb/

Resultados de diseño: Aútil = 5.5

N1 = 1501 vueltas N2 = 36 vueltasN3 = 86 vueltas

2cm

2m

Transformador de Sincronía

5 VmaxA COS A

- COS A

5 VmaxB COS B

- COS B

5 VmaxC COS C

- COS C

ALIMENTACIÓN220 VCA rms

a 4 hilos

Generador de Impulsos de Control

Q1

Q2

+V

DisparoFase AR2

R4

R5

R3

R1

R1

+

-

+

-

COS A

COS C

V Referencia

COS B

Oscilador

D

Sistema de Control Automático

Parámetros

del sistema

Diagrama equivalente del motor

a

T(t) w(t)

va

Ra La

egia

Ja

Ecuaciones eléctricas y mecánicas del motor

aa

aa

a

aa

NdtdN

JTm

ikT

NkEg

Egdtdia

LaiRVa

1

Función de transferencia del motor:

1)()(

1

sTk

sVsN

m

m

e

a

Gráfica de aceleración del motorConstante de tiempo eléctrica del motor

63.2%

m1

90 V

m1 = 0.428 Seg. 63.2% :. 56.88 V

Gráfica de desaceleración del motor

Constante de tiempo mecánica del motor90 V

36.8 %

Tm t0V

Tm = 1.469 Seg. 36.8 % :. 33.12 V

Ganancia del rectificador semi-controlado:

Generador de pulsos de control

V

Vcc

Salida

D1

Rea

cto

r

Rea

cto

r

Rea

cto

r

A B C

R

C

R

C

TH1

Ganancia del Rectificador

Voltaje del Rectificador

AVrectificador

AVoltaje de control

2V

60V

0V

Voltaje de control

Ka= AVrectificador/ AVcont = 42.28

Ganancia del tacogeneradorRPM

Volts2V

1000Avel

Av

Kv = Av / Avel. :. Kv = 10.648 mV · Seg / Rad

Parámetros obtenidos

Ra = 7Ω

La = 70 mH

Tm = Ja/βa = 1.469 seg.

Tm1 = 0.428 seg.

Rectificador semi - controlado

Ka = Ganancia del rectificadorKa = 42.28

Transductor

Kv = Ganancia del transductorKv =10.648 mVseg./rad

Diagrama de bloques para seleccionar el controlador

+ _ KaVe(s)

Kv

Gc(s) ++

T(s)

Kmtm 1 s + 1

E(s) Na(s)

El sistema debe cumplir con las siguientes condiciones:

ess = 0Ve(s) = V / ST(s) = 1 / SECUACIÓN CARACTERÍSTICA COMPLETA Y CON SIGNOS POSITIVOS

Diagrama de bloques con el controlador P + I

+_

Ka

Ve(s)

Kv

Na(s)

Kp(1 + )

1

tis

Km

t m1s + 1

N sV s

Ks

K K K Ks K K K K

K K K K

a

e

m

i m

m v a p

i m v a p i

m v a p

( )( ) ( )

1

21

Controlador P+I

A1

A2

A3

R2

R

R1

CR3

R

R

Entrada alcontrolador

Salida delcontrolador

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Respuesta del sistema a lazo abierto

MG

Respuesta del sistema a lazo cerrado

T1 T2 T3 T4

Referencia

Velocidad

Control

T1 T2 T3 T4

Circuito de Arranque y Paro

R1

R2

Q1

R4

Q3

R6

CR2

R7

SW1

CR1

R8

Q4

R5

Q2R3

SEÑAL 1

SEÑAL 3

SEÑAL 2

CR1

PB2 PB3

PB1

CR2

L1

L2

L3

+V +V

PB1 (Sello)PB2 (Paro)PB3 (Arranque)

Circuito de Protección Contra Sobrecorriente

+

-

-

+

-

+

TC

R

R1

R

R

RR2

-

+

R

R-

+

-

+

R

R

R

R6

P1

R7

Señal 3

R5R4 R3

C

R

D1

D2

+V

Circuito de Protección contra Pérdida de Fase

R1

R2

A

B

C

TH1

Señal 1

C R

-V

+V

Protección Contra Pérdida de Excitación de Campo

A

220 Vcc

TH2

+V

R2R1DZ

Señal 21:100

Campo

Conclusiones y Resultados

La primera etapa de la fuente reguladora de voltaje de CD, que es el diseño e implementación del puente rectificador semi-controlado trifásico y protecciones, cumplen con los datos de diseño especificados.

Impacto Social

La aplicación de la fuente de voltaje regulada de CD y protecciones en los laboratorios de ingeniería eléctrica y electrónica, es muy importante en la realizacion de prácticas como apoyo didáctico, así como en la industria en los sistemas de control autómatico.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN