Electronica Industrial - Semana 01

Ing. Edgard Oporto

2015

ELECTRONICA INDUSTRIAL

Semana 01

Introduccin a la Electrnica de Potencia

INTRODUCCION A LA

ELECTRONICA DE POTENCIA

Transistor IGBT

1200V, 75A, 600W

ORIENTACIONES

- Estudiar el material de ayuda antes de la sesin respectiva.

- Escuchar atentamente la tutora

- Para intervenir y hacer preguntas levantar la mano

- Ingresar con sus apellidos y nombres, no con seudnimo

- Desarrollar los ejercicios propuestos

- Revisar otras fuentes de informacin complementarias

CONTENIDOS TEMTICOS

Introduccin

Aplicacin de la electrnica de potencia

Diseo de automatismos industriales

Clasificacin de automatismos

Estructura bsica de un automatismo industrial

Automatismo con y sin ciclo de trabajo

Elementos empleados en automatismos industriales

Rels y contactores

El interruptor transistorizado

Lgica de estado slido

Compuertas lgicas

Bloques funcionales de la lgica de estado slido

El interruptor transistorizado en aplicaciones de memoria y conteo

Decodificadores, One Shots y temporizadores

INTRODUCCION

Aplicacin de la electrnica de estado slido para:

- Control de potencia elctrica

- Conversin de la potencia elctrica

Con la mayor eficiencia posible.

INTRODUCCION

Control de la potencia elctrica

Consiste en graduar el paso de energa de la fuente a la carga segn

sea necesario.

Conversin de la potencia elctrica

Consiste en convertir la energa elctrica de una forma a otra:

AC a DC RECTIFICACION

DC a AC INVERSION

AC a AC Cicloconvertidores

DC a DC Convertidores DC DC

INTRODUCCION

El control y la conversin de la potencia elctrica requiere:

Conmutar dispositivos de potencia mediante circuitos de control de

baja potencia

ETAPA DE CONTROL ETAPA DE POTENCIA

Caractersticas de conmutacin

- Tiempos de activacin y desactivacin (cortos)

- Capacidad de manejo de corriente y voltaje (altos)

INTRODUCCION

Historia de la electrnica de potencia

1900 Rectificador de arco de mercurio

Luego hasta 1950, gradualmente:

- Rectificador de tanque metlico

- Rectificador de tubo al alto vaco de rejilla controlada

- Ignitrn

- Fanotrn

- Tiratrn

1948 Invencin del transistor de Si, Bell Telephone Laboratories

1956 Invencin del transistor de disparo PNPN (SCR o tiristor)

1958 Desarrollo del tiristor comercial por General Electric Company.

Desde entonces diversos tipos de dispositivos de potencia.

Rectificador de vapor de mercurio en el Museo

Vasco del Ferrocarril se conserva en estado

original la instalacin suministrada en 1925 por la

empresa suiza Brown

APLICACIN DE LA ELECTRNICA DE

POTENCIA


POTENCIAP

OT

EN

CIA

(W

)

FRECUENCIA (Hz)


POTENCIA

Controles de calentamiento, calentamiento por induccin (cocinas)

Controles de iluminacin

Control de motores (posicin, velocidad, aceleracin, par, arranque)

Control de factor de potencia

Fuentes de alimentacin (conmutadas)

Sistemas de propulsin de vehculos, ferrocarriles

Sistemas de corriente directa de alto voltaje (HVDC)

Electrlisis (fabricacin de aluminio)

Carga de bateras

Sistemas de alimentacin ininterrumpida

Interfaces entre fuente de energa renovables y red elctrica comercial

Control numrico

Soldadura de arco

HVDC

http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=811

http://pes.ieeechile.cl/wp-content/uploads/2014/01/HVDC-18-12-2013-IEEE.pdf


La automatizacin de una mquina o proceso consiste en el control de

los mismos sin mayor intervencin del hombre.

Ventajas

- Mayor eficiencia de produccin

- Menores costos de produccin

- Menores tiempos

- Mayor calidad

- Mayor seguridad

- Facilidad de mantenimiento

- Integra gestin y produccin


- ElctricosEmplea rels, pulsadores, conmutadores, etc.

- MecnicosLos ms antiguos. Consta de engranajes, palancas, etc.

- NeumticosEmplean aire comprimido. Baja potencia, accionamiento rpido

- HidrulicosEmplean lquido comprimido (aceite). Alta potencia, lentos

- Electrnicos

PLC Logo de Siemens


- Automatismos cableados

Automatismos no programables

Lgica cableada

Son automatismos que solo sirven para la funcin para la que han

sido diseados y/o construidos.

Para modificar su funcin, se deben cambiar sus elementos

fsicamente.

Ejemplo:Sistemas electro-mecnicos


- Automatismos programables

Son automatismos que pueden servir para diversas funciones.

La funcin se cambia mediante programacin.

- PLCs

- PCs

Heavy-Duty Industrial PC with 15" LCD Flat Panel

Computadora abordo industrial - AEC-6635SIEMENS PLC SIMATIC S7 1200


Planta Sistema a controlar Horno, faja transportadora

Accionadores Motor, solenoide

Preaccionadores Contactores, rels

Captadores Sensan parmetros Sensor de temperatura

Sistema de control PLC, PC, lgica cableada

Comunicaciones Local y/o remota Ethernet, RS-485, inalmbrica

HMI Interfaces para monitoreo y control

Seales de sensores y de mando Emplea buses adecuados(Largas distancias, ruido, entorno agreste)


Los automatismos industriales trabajan habitualmente de dos formas

completamente diferentes:

Automatismos sin ciclo de trabajo

Las salidas se activan sin seguir un orden o pasos preestablecidos.

No existe una secuencia de trabajo repetitiva.

No realiza una secuencia predeterminada de activaciones de sus salidas.

Depende solamente de cmo se vayan activando el conjunto de sus

entradas.


Los automatismos sin ciclo pueden trabajar de dos formas:

* Automatismos sin memoria del ltimo estado de salida.* Automatismos con memoria del ltimo estado de salida.

Sin memoria

La respuesta no depende de la salida previo a la aplicacin de una entrada.

Con memoria

La respuesta depende del valor de la salida previo a la aplicacin de una

entrada.

Los automatismos sin ciclo de trabajo se caracterizan por poseer los

siguientes tipos de entradas:

* Entrada/s de activacin o

* Entrada/s de deteccin o


Los automatismos con ciclo de trabajo

Las salidas se activan secuencialmente en un orden preestablecido y

repetitivo.

Pueden ser de dos tipos:

a) De ciclo nico

El automatismo inicia su trabajo al recibir una orden de marcha y se

detiene al terminar

b) De ciclo automtico

El automatismo inicia el trabajo al recibir la orden marcha y cuando llega

al final comienza un nuevo ciclo de trabajo sin necesidad de otra orden

de marcha.

Elementos empleados en automatismos

industriales

Rels y contactores

Rels y contactores

Contactos de fuerza: NA

Contactos auxiliares: NA o NC

3-4 1-2

Rels y contactores

Elementos de mando

Interruptores de posicin

Sensores fotoelctricos

a) De barrera

b) De reflexin

c) De proximidad

Arranque y parada directo de un motor


Adems de ser usando como amplificador, el transistor se emplea como

interruptor y presenta ventajas respecto a interruptores mecnicos.

Como interruptor trabaja en modo de corte y saturacin (CONMUTACION).

Lgica de estado slido

Funcin OR

Funcin AND

Compuertas lgicas

Bloques funcionales de la

lgica de estado slido

Estn constituidos por compuertas lgicas.

Tambin elementos de memoria como FLIP FLOPs y LATCHs.

En base a ellos se implementa o construye funciones ms complejas:

Codificadores

Decodificadores

Multiplexores

Comparadores

Registros de corrimiento

Memorias

Contadores

El interruptor transistorizado en

aplicaciones de memoria y conteo

Se emplean FLIP-FLOPS y LATCHs como dispositivos de memoria.

LATCH No emplea seal de reloj

Responde por nivel, no por flanco

FLIP FLOPS Emplean seal de reloj

Responde por flanco

Seal de reloj


en aplicaciones de memoria y conteo

LATCH RS



FLIP FLOP Tipo D

Respuesta en flanco de subida

Smbolo

Tabla de verdad



FLIP FLOP Tipo D

Respuesta SOLO en flanco de subida



FLIP FLOP JK

Smbolo Tabla de verdad

Al aplicar energa, un flip flop tiene un estado inicial que puede ser 1 0.

PR: Preset, pone la salida a 1, sin importar las otras entradas

CLR: Clear, pone la salida a 0, sin importar las otras entradas



FLIP FLOP JK

Estado inicial Q=0

Respuesta en flanco positivo o de subida

Toggle: es inversin



Temporizadores (LOGO!)



Temporizadores (retardo a la desconexin)

Multivibradores

Es un circuito oscilador de seal cuadrada.

Pueden ser:

- Astable Genera seal cuadrada peridica, no requiere

disparo, solo estar alimentado.

- Por disparo Genera un pulso de salida, con cierta duracin, al

ser disparado.

Existen dos tipos:

Monoestable.- Tiene un solo estado estable posible

(One-shot)

Biestable.- Tiene dos estados estados posibles

(Flip-flop)

One-Shots

Es un multivibrador monoestable.

T : Trigger

Es la entrada de disparo

Un pulso de disparo breve provoca que la salida se active por cierto tiempo tf

El disparo es en flanco de bajada, aunque en otros puede ser en flanco de subida.

One-Shots

Diagrama esquemtico de un temporizador monoestable con transistores

One-Shots

Temporizador monoestable con circuito integrado 555

One-Shots

Temporizador monoestable con compuertas y red RC

Oscilador astable

Es un multivibrador generador de onda cuadrada.

No requiere seal de disparo.

CONCLUSIONES Y/O ACTIVIDADES DE

INVESTIGACIN SUGERIDAS

a) Revisar las caractersticas tcnicas de los

contactores.

b) Investigar sobre las redes de transmisin de

energa elctrica en alta tensin HVDC.

c) Revisar conceptos generales acerca de lgica

cableada.

d) Simular los circuitos lgicos basados en

transistores presentados en esta ayuda.

GRACIAS

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