Manual Magnetorques Pala Electrica 2100bl Pyh Potencia Control Sistemas Electricos

ELECTRICIDAD MINA TOQUEPALA

ENTRENAMIENTO

MAGNETORQUES

PALAS 2100BL

PREPARADO POR: M. LLAGUNO

AGOSTO

Magnetorques

Electricidad Mina 1998 2 M.LLaguno

MAGNETORQUES

INTRODUCCION El presente curso de MAGNETORQUES, es un estudio de la Pala 2100BL

que he desarrollado para cumplir tres objetivos:

1. Dar al tcnico electricista el fundamento terico necesario que le permita comprender totalmente el funcionamiento del Magnetorque como sistema, los otros sistemas elctricos asociados a los movimiento de la Pala, los procedimientos de calibracin de parmetros de trabajo de motores DC y Generadores y los procedimientos de seguridad que debe observar cuando se trabaje en estos equipos.

2. Ampliar su bagaje con el objeto de que entienda sin mucho problema el

funcionamiento de otros equipos, que circuitalmente puedan ser diferentes, pero cuyo principio o filosofa de diseo sea el mismo, esto es hacer un anlisis del sistema desde el punto de vista de la teora de control de tal modo que a la luz de estos conceptos, no interese que tipo de tecnologa se usa si no permitir al tcnico analizar el funcionamiento del equipo desde sus variables de entrada y salida y el proceso de comparacin de estas seales para controlar motores, generadores, Magnetorques, etc.

3. Servir de fundamento al Electricista para comprender el Sistema

Electrotorque de la Pala 4100A por que muchos dispositivos electrnicos que aqu se tocan son empleados por el Control Electrotorque y la teora de sistemas de control realimentados es igualmente aplicable y vlida para ambos mtodos de control.

El curso est dividido en seis captulos, el primero hace un repaso muy

breve de electricidad bsica y de los dispositivos rectificadores que se emplean, el Segundo explica en una forma muy general, el fundamento terico de un sistema de control de lazo cerrado, pudiendo aplicarse estos conocimientos a cualquier otro sistema que tenga la misma funcin no importando la tecnologa que emplee.

El Tercer captulo, es una aplicacin de los dos anteriores captulos al caso

especfico del control de la excitacin del Campo del Magnetorque, y detalla el principio de funcionamiento de un reactor saturable en su aplicacin al MFA, sin embargo la teora desarrollada facilitar al electricista comprender su aplicacin en los transformadores de corriente de reactor saturable usados en la pala 4100A para sensar la corriente de campo.

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El Cuarto captulo, hace un anlisis del Magnetorque desde el punto de

vista del Campo Magntico, es decir del fundamento fsico, hace referencia a su funcin en la pala y da el mtodo de calibracin de su excitacin en relacin con la corriente del Motor Principal para obtener un Torque Optimo. El Quinto Captulo detalla los otros sistemas elctricos que trabajan en la Pala y hace una descripcin resumida de ellos.

El Sexto Captulo presenta el mtodo de calibracin de todos los

movimientos de la pala, de tal modo que el tcnico est familiarizado con el procedimiento y lo use como mtodo para la solucin de problemas.

Se ha credo conveniente poner ejercicios de aplicacin para ser

desarrollados por el participante, para que El tambin haga su propio anlisis respecto a los temas tocados. Al final se inserta un cuestionario con el objeto de plantear situaciones reales y buscar la explicacin terica necesaria.

Para finalizar, el curso tiene un nivel intermedio, que si bien es cierto se

hubiera podido simplificar en gran medida, no cumplira con el objetivo central trazado, el de elevar el criterio tcnico para solucionar problemas y proyectarlo a la comprensin de otros sistemas posiblemente mas complejos en circuitera, pero bajo el anlisis de sistemas de control, cumple con los mismos principios.

Miguel Llaguno 80487

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CONTENIDO

CAPITULO I: VARIACION DE POTENCIA POR ANGULO DE CONDUCCION: EL SCR

11.- Principios de Corriente Alterna 12.- Rectificadores 13.- El SCR - Principio y Caractersticas 14.- Variacin del Angulo de Conduccin. 141.- Variacin del Angulo de Conduccin por Generacin de Rampa y Escaln.

CAPITULO II: SISTEMAS DE CONTROL REALIMENTADOS 21.- Sistema de Control de Lazo Cerrado 22.- Diagrama de Bloques de un Sistema de Control de Lazo Cerrado: Excitacin del Campo del Magnetorque.

CAPITULO III: ELEMENTOS DE DISPARO: EL MFA 31.- Fundamento Terico 32.- El MFA: Funcionamiento 33.- Circuito de Control del Magnetorque

CAPITULO IV: EL MAGNETORQUE 41.- Fundamento Terico: El Experimento de Foucault 42.- Generacin de Campos Magnticos 43.- Partes del Magnetorque 44.- Funcionamiento del Magnetorque 45.- Caractersticas de Torque/Velocidad 46.- Calibracin de Torque Optimo

CAPITULO V: SISTEMAS ELECTRICOS DE LAS PALAS 2100BL 51.- Movimiento de Izar 52.- Giro - Empuje - Avance 53.- Aparatos Auxiliares 54.- Frenos de Giro - Empuje - Avance 55.- Rectificador Esttico

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56.- Transformadores 57.- Transferencia Empuje - Avance 58.- Transferencia Avance - Empuje 59.- Vires 510.- Sistema de Lubricacin 511.- Programa Ladder del PLC de lubricacin

CAPITULO VI: FUNCIONAMIENTO Y PRUEBA DE LA PALA 61.- Pruebas Generales 64.- Pruebas Dinmicas 62.- Ajustes 65.- Pruebas a Circuito Abierto 63.- Ajustes estticos 651.- Giro

631.- Izar 652.- Avance 632.- Giro 653.- Empuje 633.- Empuje/Avance 66.- Pruebas a Corto Circuito 633A.- Avance 661.- Giro 633B.- Empuje 662.- Avance

663.- Empuje

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CAPITULO I

VARIACION DE POTENCIA POR ANGULO DE CONDUCCION: EL SCR

11.- Principios de Corriente Alterna

En el sentido mas general es toda variacin de voltaje que se produce repetidamente en funcin del tiempo, para nuestro caso solo nos interesa la tensin alterna senoidal conocida comnmente como corriente alterna.

La Corriente Alterna (AC) se caracteriza por que va tomando valores positivos y negativos conforme transcurre el tiempo, describiendo una forma de onda sinusoidal. La Figura 1, muestra una onda de corriente alterna con sus parmetros mas importantes. Figura (1) .- Una onda de corriente alterna y sus parmetros.

La corriente alterna es cclica por que cada cierto tiempo llamado Periodo, vuelve a repetir la variacin de valores anterior; esto es, repite cada

cierto tiempo la misma forma de onda.

Los parmetros principales de una onda AC son: Tensin de Pico (Vm).- Es la mxima tensin que alcanza la onda. Periodo (T).- Es el tiempo en el que la onda hace un ciclo o variacin

completa de valores. Este tiempo es expresado en segundos. Frecuencia (f).- Es el nmero de veces que se repite un ciclo en 1 segundo. Valor Eficaz (Vrms).- Es el valor cuadrtico medio de la onda, est expresado

en voltios y es el valor que comnmente leemos en los voltmetros de AC, la frmula siguiente relaciona los valores eficaz y de pico:

Vrms = 0.71 x Vm

2 3 4 5 6 wt

T

Vm

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En su forma mas general la onda de tensin alterna puede ser expresada de la siguiente manera:

V(t) = Vmsen(wt) Donde: V(t) es la tensin instantnea en funcin del tiempo Vm Es la Tensin de pico w Es la velocidad angular de la onda t Es el tiempo generalmente expresado en segundos.

La relacin entre la Velocidad angular (w), el periodo (T) y la frecuencia (f) viene expresada por:

w = 0 6.28 x f y f = 1/T Para nosotros la frecuencia de red o de trabajo es de 60Hz.

12.- Rectificadores

Rectificador es todo dispositivo capaz de convertir la corriente alterna en corriente continua o DC. Nos ocuparemos de los dispositivos de estado slido o semiconductores.

Un primer elemento rectificador es el diodo semiconductor de cuyas

caractersticas vamos a tratar.

Diodo Semiconductor Un diodo Semiconductor es un dispositivo que deja pasar la corriente en

un solo sentido, dependiendo de su polarizacin. La Figura 2, representa el smbolo de un diodo y un simple circuito rectificador. Figura (2).- Un diodo donde A = Anodo, K = ctodo y un circuito rectificador Simple.

La forma como trabaja un diodo es como sigue:

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Cuando la tensin en el nodo (A) es positiva y mayor, al menos en 0.6 Volts. Para un diodo de silicio y 0.2 Volts. Para uno de Germanio, que la del ctodo (K), el diodo est polarizado directamente y por lo tanto conducir, comportndose como un interruptor cerrado.

Cuando la tensin en el nodo (A) es menor o negativa respecto al ctodo (K), el diodo estar polarizado inversamente y por lo tanto no conducir, comportndose como un interruptor abierto.

Para el circuito de la Figura 2, si la tensin de entrada es la mostrada en la

Figura 3(a), vemos que la tensin de salida Vo(t), tiene la forma de onda de la Figura 3(b), donde, solo los semiciclos positivos aparecen y los negativos son cancelados producto de la rectificacin. Figura (3).- (A) Tensin de entrada al circuito de la Figura 2 y (B) Tensin rectificada de salida.

Para el circuito rectificador de la Figura 2, llamado tambin circuito rectificador de media onda, es fcil calcular el Voltaje en corriente continua o DC:

Vcc = 0.45 x V Donde: V Es la tensin eficaz o Vrms Vcc Es el valor medio de la tensin rectificada y es la que leeramos en un Voltmetro DC.

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Las principales caractersticas que debemos tener en cuenta para seleccionar un diodo son: (a) Tensin Inversa de Pico (PIV), es la mxima tensin que puede caer en el

diodo cuando est polarizado inversamente. (b) Corriente Promedio (Irms), es la corriente media o de trabajo que puede

suministrar el diodo.

Estos 2 parmetros son muy importantes para el uso del diodo como rectificador, sin embargo, una consideracin importante es la frecuencia de trabajo, cuando se le de otra aplicacin donde la rapidez de conmutacin sea importante. EJERCICIO (1).- Para el circuito mostrado en la Figura 4, dibujar la onda de salida en la carga.

Vo = ?

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Figura (4).- Figura del Ejercicio (1), dibujar la forma de onda de salida Vo(t) para el circuito rectificador mostrado.

13.- El SCR - Principio y Caractersticas

Un segundo grupo de rectificadores son los SCR o Rectificadores

Controlados de Silicio, los cuales presentan una caracterstica fundamental, la

de poder controlar a voluntad el momento en el cual se inicia la conduccin, a travs de una seal de mando aplicada a su puerta o Gate, siempre y cuando el SCR est al igual que un diodo, polarizado directamente.

La Figura (5), muestra un SCR y sus terminales respectivos Figura (5).- Smbolo del SCR o TIRISTOR y sus terminales.

El SCR tambin llamado TIRISTOR tiene 3 terminales, se le considera un rectificador por que solo conduce en un sentido cuando recibe una seal de mando en el Gate.

Un circuito sencillo que ilustra el funcionamiento del SCR, se muestra en

la Figura 6, cuando S1 est abierto, no hay tensin entre Gate y Ctodo, por lo tanto el SCR se comporta como un interruptor abierto. Cuando S1 se cierra, circula corriente de Gate a Ctodo y el SCR conduce, comportndose como un interruptor cerrado y el foco se enciende.

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Figura (6).- El SCR usado como interruptor de potencia. EJERCICIO (2).- Para el circuito de la Figura (6), si la tensin de entrada es una onda senoidal, dibujar la forma de onda de la tensin que cae en el foco.

La aplicacin mas interesante de los SCRs, es el control de potencia por mando sncrono, esto consiste en retrasar el momento de la conduccin del Tiristor respecto a la tensin de entrada.

Las caractersticas mas importantes para la seleccin de un SCR son:

Tensin Inversa (Vr), es la mxima tensin inversa o negativa que puede soportar el SCR.

Tensin Directa de Pico en Bloqueo (Vfdm), es la mxima tensin directa nodo-ctodo, sin seal de mando en el Gate, que puede soportar el SCR sin conducir.

Corriente de Enganche (Il), es la mnima corriente necesaria para hacer conducir al Tiristor, despus de aplicar tensin a la puerta.

Corriente de Mantenimiento (Ih), es la mnima corriente que necesita el SCR, para permanecer en estado de conduccin.

Corriente de Puerta (Igt), es el valor mximo de corriente que aplicada al Gate, asegura el disparo del SCR.

Tensin de Disparo (Vgt), es la tensin mxima aplicada a la puerta, para asegurar el disparo, es de alrededor de 1 volt.

14.- Variacin del Angulo de Conduccin.

Dado que la Potencia elctrica aplicada a una carga, es directamente proporcional al cuadrado de la tensin aplicada, es posible variar la potencia suministrada a una carga, variando el ngulo de conduccin de la tensin aplicada a ella. Esta variacin del ngulo de conduccin se puede dar tanto en AC como en DC rectificada, tanto para sistemas monofsicos como polifsicos. Para este curso solo consideraremos el caso: VARIACION DE POTENCIA POR ANGULO DE CONDUCCION POR RECTIFICACION MONOFASICA.

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La Figura (7), muestra una onda rectificada completa y las diferentes

formas de onda resultantes de variar el ngulo de conduccin de la tensin rectificada. Figura (7).- Formas de onda resultantes al variar el ngulo de conduccin de la tensin rectificada para diferentes ngulos.

Es lgico suponer, que el valor promedio de la tensin rectificada o valor DC es diferente para cada forma de onda; as por ejemplo, una tensin rectificada del Tipo (D), ser mayor que la del tipo (C) o (B).

Para el caso (D), cuando el ngulo de conduccin se inicia en 60, mayor

tiempo estar recibiendo tensin la carga, que en el caso (B) cuando el ngulo de conduccin se inicia en 150.

En general, para un ngulo A de conduccin, es fcil demostrar que la

tensin continua que leeramos en un multmetro DC es:

Vcc = 0.45 x V(1 + Cos A) donde: Vcc Es la tensin continua de salida V Es la tensin eficaz RMS de entrada o AC

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A es el ngulo a partir del cual se aplica la tensin rectificada. La frmula anterior podemos aplicarla a la frmula de potencia para una

carga resistiva R: 2 2

P = Vcc /R = (0.25 x V x (1 + Cos A)) /R

Evidentemente estamos observando que la frmula de la potencia obtenida anteriormente, depende exclusivamente del ngulo A de la tensin

aplicada ya que V y R son constantes. La variacin del ngulo de conduccin de la tensin aplicada a la carga, se

consigue mediante el uso de circuitos rectificadores a tiristores o SCRs, aprovechando para ello su caracterstica de conmutacin rpida, cuando una seal elctrica es aplicada en el Gate, para ello se emplean diversos circuitos de control y casi todos ellos basados en el principio de Generacin de RAMPA y ESCALON como mtodo de control de Disparo.

141.- Variacin del Angulo de Conduccin por Generacin de Rampa y Escaln.

Casi todos los circuitos de disparo de SCR para mando sncrono, funcionan con este principio, el cual consiste en generar una onda diente de sierra, como la mostrada en la Figura (8), en sincronismo con la tensin alterna de entrada o con la tensin rectificada a partir de la alterna.

Esta onda diente de sierra, puede abarcar los 180 del periodo o solamente

90, en esta explicacin trataremos con una onda diente de sierra de 180. La onda diente de sierra es comparada con un nivel de continua (Escaln),

variando este escaln, obtendremos una salida de pulsos rectangulares de ancho variable que pueden ser aplicados a los Gate de los SCR rectificadores y as, variar el ngulo de conduccin de los mismos.

Este principio es aplicado no solo en circuitos monofsicos, si no tambin

en circuitos trifsicos, esto debido a la relativa facilidad de generar las formas de onda necesitadas para el control.

En la actualidad, se emplean circuitos electrnicos transistorizados o con

circuitos integrados para generar las seales requeridas, tal es el caso del sistema Electrotorque que usan las palas P&H 4100A, sin embargo, en las dcadas pasadas, cuando la electrnica no estaba tan evolucionada, existan otros medios

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para generar estas seales, tal es el caso del control del Magnetorque, el cual estamos estudiando.

Sin embargo, como ya hemos mencionado, no es importante la forma

como se generan las seales de control si no mas bien, el comprender que ocurre con estas seales para poder disparar los SCRs de nuestro sistema rectificador y

como es que se produce la variacin de Voltaje DC de salida de este. Figura (8).- Principio bsico de la variacin del ngulo de conduccin. En la Figura (8), se muestra una onda de corriente alterna (A), a travs de un circuito rectificador de onda completa es rectificada y se obtiene la onda que se muestra en (B), a partir de esta onda, se genera una onda diente de sierra que como se ve est en sincronismo con la onda rectificada como se muestra en (C);

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finalmente esta onda ser comparada contra la onda continua mostrada en (D) y que permitir obtener pulsos de ancho variable que se usaran para disparar los SCRs de nuestro puente rectificador.

En la Figura (9), se muestra la comparacin de la onda diente de sierra y diferentes niveles de continua, generndose pulsos de ancho variable, cuyo flanco de subida, es aprovechado para el disparo del Tiristor o SCR. Figura (9).- Comparacin de una onda diente de sierra y tres diferentes niveles de continua. La forma como funciona el sistema es como sigue: Para el caso (I) de la Figura (9), cuando el nivel de continua es V1, solo aparecer un pulso de salida cuando en cada ciclo, la rampa supere el valor de V1; esto es igual para los casos (II) y (III).

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Ejercicio (3).- La Figura (10), muestra una onda diente de sierra que solo barre 90; dibujar la forma de la onda de salida en la carga para los niveles de continua mostrados. Figura (10).- Figura del Ejercicio (3), dibujar las formas de onda resultantes para cada uno de los niveles de continua mostrados.

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CAPITULO II

SISTEMAS DE CONTROL REALIMENTADOS Un sistema de control realimentado es aquel que tiende a mantener una relacin preestablecida entre la salida y la entrada de referencia, comparando ambas y utilizando la diferencia como parmetro de control. Es decir, el sistema toma una muestra de la salida y la compara con la entrada para autocorregirse y tener siempre la salida deseada.

21.- Sistema de Control de Lazo Cerrado Un sistema de Control de lazo cerrado, es aquel en el que la seal de salida tiene efecto directo sobre la accin de control. Esto es, los sistemas de control de lazo cerrado, son sistemas realimentados. La seal de error actuante, que es la diferencia entre la seal de entrada y la de realimentacin (puede ser la seal de salida o una funcin de la seal de salida), entra al detector o control, de manera que se reduzca el error del sistema. La explicacin anterior es una generalizacin del funcionamiento de un sistema de control de lazo cerrado, la cual no solamente es vlida para los sistemas elctricos, si no, para cualquier sistema, pudiendo ser este mecnico, biolgico, qumico, econmico, etc. Una caracterstica fundamental de estos sistemas es que se autorregulan y limitan, impidiendo que la seal de salida crezca desmesuradamente; la Figura (11), muestra un DIAGRAMA DE BLOQUES (Representacin Esquemtica) de un sistema de control de lazo cerrado. Figura (11).- Diagrama de Bloques de un Sistema de Control de Lazo Cerrado

-

+

SALIDA ENTRADA

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La explicacin del funcionamiento del Sistema de Control de la Figura (11)

es muy simple; cuando ingresa una seal al Controlador, este genera una seal de comando al sistema, que a su vez origina una seal de salida, esta seal de salida, es muestreada por el elemento de medicin, el cual le da un adecuado tratamiento para enviarla al controlador (en algunos casos convierte la seal), este compara la seal de entrada con la muestra de salida tomada por el elemento de medicin y generar una seal de correccin hacia el sistema con el objeto de aumentar o disminuir la seal de salida, en caso de existir diferencia entre la entrada y la muestra.

Como vemos, siempre que exista diferencia entre la entrada y la muestra

se originar una seal de correccin, por lo tanto el sistema completo se hace inmune a ciertas perturbaciones externas.

Hasta aqu se han considerado los sistemas de control realimentados sin

definir los tipos de realimentacin, pues bien existen dos tipos de realimentacin: 1. REALIMETACION POSITIVA.- Este tipo de realimentacin se considera

como una PERTURBACION y no como un elemento de control, esto debido a que la seal de realimentacin no se resta de la seal de referencia, si no que se suma a esta originando un incremento en la salida ; as de esta manera, la salida comienza a crecer en forma desmedida debido al incremento continuo de la realimentacin y por lo tanto no existir control alguno sobre la salida. Este tipo de realimentacin tiene una aplicacin prctica en los osciladores.

2. REALIMENTACION NEGATIVA.- Corresponde a este tipo de realimentacin la aplicacin a todos los sistemas de control, pues permite el gobierno y la limitacin de la seal de salida de un sistema. La realimentacin negativa, toma as su nombre, por que es una seal que se resta a la de mando o referencia, permitiendo tener en todo momento accin directa sobre la salida.

De la explicacin anterior se desprende que la nica realimentacin til es

la NEGATIVA y de ahora en adelante, cada vez que mencionemos la realimentacin, nos estaremos refiriendo a la realimentacin negativa.

22.- Diagrama de Bloques de un Sistema de Control de Lazo Cerrado: Excitacin del Campo del Magnetorque

De la teora general tratada en el artculo anterior, vamos a pasar al caso especfico que nos interesa: Control de la excitacin del campo del Magnetorque. La Figura (12) muestra un diagrama de Bloques de este control. El Sistema completo, funciona de la siguiente manera:

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Cuando el Operador acciona la palanca de mando de Izar, pone una seal de referencia al MFA, este a su vez da una seal de disparo a los SCRs del Rectificador, la salida del rectificador excita al campo del Magnetorque en una cantidad proporcional a la seal de referencia puesta, una muestra de corriente es tomada por el sensor (Resistencia Shunt) y enviada al MFA, la diferencia entre la seal de mando y la realimentacin, es detectada por el MFA, el cual corrige la salida del rectificador variando el ngulo de conduccin de los SCRs, para esto

modifica la fase de los pulsos de disparo hacia los SCRs. FIGURA (12) .- Diagrama de Bloques del Control de la Excitacin del Campo del Magnetorque. El sistema as constituido, es inmune a las variaciones de la Tensin de Alimentacin en ciertos rangos dados por P&H, por ejemplo, si la tensin cayera, disminuira la corriente en el Campo del Magnetorque, la cual sera inmediatamente detectada por el sensor de corriente y enviada al MFA; habr una diferencia positiva entre la referencia y la realimentacin, (la

realimentacin es proporcional a la corriente), con lo cual el MFA, variar el ngulo de disparo de los SCRs (aumentar el ngulo de conduccin) con el

objeto de incrementar la corriente al valor requerido por el Operador desde su control, hasta antes de que ocurriera la cada de tensin.

Si la cada de tensin est dentro del rango +/- 10% de la nominal, el sistema podr restablecerse. Ejercicio (4) .- Para el ejemplo anterior, explicar: (a) Qu ocurrira si hubiese un brusco aumento de la tensin de alimentacin. (b) Qu ocurrira si la corriente de excitacin del campo por alguna razn

aumentara.

Para finalizar el presente captulo, es conveniente mencionar que un sistema de control del tipo del de excitacin del Campo del Magnetorque, corresponde a un control lineal tipo proporcional; por que la accin de control, es proporcional a la diferencia entre la referencia y la realimentacin.

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CAPITULO III

ELEMENTOS DE DISPARO: EL MFA El MFA (Magnetic Firing Asembly), es un amplificador y comparador magntico, cuyo fundamento radica en una propiedad de los materiales ferromagnticos: la Saturacin. 31.- Fundamento Terico La Saturacin magntica, es un fenmeno fsico que se presenta cuando al ir incrementando la intensidad de campo magntico H para un ncleo ferroso,

la densidad de campo magntico B aumenta hasta un valor, a partir del cual permanece constante por mas que aumentemos la intensidad H. A este punto, donde la densidad de flujo B y por lo tanto el flujo magntico u encerrado en el ncleo, permanecen constantes, se llama punto de

saturacin. La Figura (13) muestra una tpica curva de Magnetizacin para un determinado material ferromagntico. Figura (13) .- Curva de Magnetizacin de cierto Material Ferromagntico. Las caractersticas mas importantes de esta curva son: 1. Cuando un ncleo se satura, el flujo magntico encerrado en el interior de el

se hace constante. 2. El rea encerrada en la curva de magnetizacin, puede considerarse como

prdidas y son irrecuperables, dependen exclusivamente de las caractersticas del ncleo usado.

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Sea el transformador mostrado en la Figura (14) al que llamaremos REACTOR SATURABLE. Figura (14).- Reactor Saturable elemental con sus respectivos componentes El Reactor Saturable, est compuesto de un ncleo ferroso de elevada permeabilidad magntica, que lo hace fcilmente saturable para un campo magntico originado por una corriente continua, tiene una bobina de trabajo que generalmente se alimenta con corriente alterna y una bobina de mando que se energiza con corriente continua, con el objeto de producir la saturacin del ncleo.

La Figura (15) muestra un circuito tpico de disparo de un SCR, usando el reactor saturable. Figura (15).- Circuito de trabajo tpico de un Reactor Saturable

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El funcionamiento del circuito de la Figura (15), puede describirse de la siguiente manera: Cuando S1 est abierto, el nico circuito en funcionamiento corresponde al de la bobina de trabajo, la expresin que describe este circuito es:

v = Ri + Ndu/dt

Expresin que nos dice que la tensin alterna de alimentacin se reparte en la resistencia de carga R y en la bobina de trabajo. El trmino (Ndu/dt) es igual a la fuerza electromotriz o cada de tensin para una bobina con ncleo donde N es el nmero de espiras de la bobina.

Como la Permeabilidad Magntica del ncleo es elevada, du/dt tambin

es elevada y la mayor parte de la tensin cae en la bobina, pudiendo considerarse esta como un interruptor abierto y por lo tanto la corriente i es despreciable.

Cuando S1 se cierra, aparecer una corriente continua, que de acuerdo con

la relacin de Amper-Vueltas de la bobina de mando, saturar rpidamente al ncleo.

Debido a la Saturacin del ncleo, la variacin del flujo respecto al tiempo

en el circuito de trabajo ser cero, comportndose este como un interruptor cerrado o un simple alambre; en consecuencia, toda la tensin de la alimentacin aparecer en la resistencia de carga R.

Si ahora la resistencia R fuera sustituida por los terminales Gate-Ctodo

de un SCR, podramos disparar al SCR. Es as como este circuito se usa para controlar el ngulo de disparo de un SCR.

Quizs la mayor dificultad en la comprensin del funcionamiento del

reactor saturable, est en la interpretacin fsica del efecto que se produce al saturar un ncleo sobre el cual est bobinado un alambre alimentado con corriente alterna. Esto puede explicarse fcilmente a partir de la impedancia que aparece en una bobina al ser recorrida con una corriente alterna; esta impedancia tambin llamada inductancia, es proporcional a la variacin del flujo magntico concatenado en su interior, por lo tanto, si la variacin del flujo es elevada, la inductancia tambin ser elevada.

Para concluir, al reactor saturable elemental podemos adicionarle mas

bobinas de control con el objeto de obtener un sumador de campos magnticos o flujos en el interior del ncleo. El dispositivo as constituido es un MFA.

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32.- El MFA: Funcionamiento En el artculo anterior vimos como trabaja un reactor saturable y su fundamento fsico. Si a un reactor saturable, le agregamos varios bobinados de control tendremos un MFA. El MFA es usado como generador de pulsos de disparo para los circuitos a SCR, los circuitos controlados por el sistema MFA-SCR son los de los Campos de los Generadores de Empuje/Avance y Generador de Giro, el campo del motor de Avance y el Campo del Magnetorque de Izar. Cada MFA contiene dos reactores saturables, dos diodos y dos transformadores de pulsos. Cada reactor saturable tiene una bobina de trabajo y cinco de control, las bobinas de control estn conectadas en serie como se muestra en la Figura (16), que es la representacin de un MFA. T1 - Transformador de Alimentacin y de Sincronismo. T2, T3 - Transformadores de Pulsos. L1, L2 - Bobinas de Trabajo de Reactor Saturable. LC1,, LC10 - Bobinas de Control de Reactor Saturable. Figura (16).- Un MFA y sus elementos.

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Los diodos permiten que la corriente circule en una sola direccin a travz de las bobinas de trabajo, dependiendo en todo caso de la saturacin del reactor. Cuando el reactor est saturado se comporta como un interruptor cerrado o cortocircuito y todo el voltaje es aplicado al primario del transformador de pulsos, apareciendo entonces un pulso en su salida.

Las corrientes que circulan por las bobinas de control, generan campos magnticos cuya suma en el ncleo del reactor determinan el instante en el cual el reactor se saturar y en consecuencia el instante de salida de los pulsos de disparo.

Ahora bien, en el Captulo (1) vimos la variacin del ngulo de conduccin por el mtodo de Rampa y Escaln; aplicaremos este mtodo al sistema de control MFA-SCR por ser totalmente anlogo. En vez de una rampa usamos una onda senoidal rectificada completa, la que es generada a travs del transformador de alimentacin T1, las semiondas positivas circulan por la rama D1-L1-T2 y las semiondas negativas circulan por la rama D2-L2-T3. La tensin continua de referencia o escaln es aplicada a una de las bobinas de control y el efecto de comparacin se realiza a travs del ncleo por medio de la suma de los campos magnticos generados por la tensin de sincronismo (Onda Rectificada Completa) y por la referencia. La tensin de referencia tiene una polaridad tal que cuando la palanca del operador se encuentra en la posicin OFF, mantiene al reactor en estado de corte (no saturado), impidiendo que para cualquier valor de la onda senoidal, el ncleo se sature.

A medida que el operador desplaza la palanca de izar desde la posicin OFF hacia FORWARD, va disminuyendo la tensin de referencia,

permitiendo que para algn valor de la onda de sincronismo, el reactor se sature y la tensin del Transformador T1, aparezca directamente en uno de los transformadores de pulsos, segn la polaridad de la semionda que est entrando a T1. La Figura (17) muestra como varia el ngulo de conduccin (ngulo de disparo) segn se vare la referencia. Figura (17).- Variacin del ngulo de disparo con el uso del MFA

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Si bien es cierto que en el grfico se representa la variacin del ngulo de conduccin o disparo, por medio de la comparacin de las tensiones de referencia y de sincronismo, es en realidad a travs de la comparacin de los campos magnticos producidos por estas tensiones, el verdadero gobierno de los SCRs.

Un dato importante es que para saturar los ncleos de los reactores en el

MFA, se necesita un nmero dado de amper-vueltas. La salida mxima (conduccin mxima) del SCR se obtiene cuando los

ncleos de los reactores estn saturados al principio del ciclo. Por ejemplo, si se necesita 1 ampere-vuelta para saturar el ncleo del reactor y en consecuencia poner en mxima conduccin los SCRs, una bobina de control de 10 vueltas

necesitara 0.1 amperios para producir la saturacin, una de 100 vueltas solo necesitara 0.01 amperios.

Es por este motivo, muy importante que la corriente en los distintos

arrollamientos de control, pueda ser diferente segn el nmero de vueltas, siempre que el producto NxI (Nmero de vueltas de la bobina por los amperios que circulan) necesario para obtener la condicin de saturacin, sea el mismo para todos los arrollamientos de control; esto es para poder sumar o restar campos magnticos producidos por diferentes niveles de corriente que circulan en los circuitos de realimentacin.

33.- Circuito de Control del Magnetorque El artculo (22) del Captulo 2, explic en un diagrama de bloques el funcionamiento del control de la excitacin del Campo del Magnetorque: ahora haremos una revisin del circuito. La Figura (18) muestra el circuito en cuestin; para el movimiento de levante o Izar, se usan 3 bobinas de control del MFA; una para la seal de sincronismo de corriente alterna, otra para polarizacin o referencia y que es directamente gobernada por el Operador; y la ltima es de realimentacin de corriente a travs de la cada de tensin de la resistencia en serie (Shunt) con el campo del Magnetorque. En la posicin OFF, la bobina de referencia o control, recibe una tensin de polarizacin, que evita que el MFA se sature, por lo tanto, no existen pulsos de disparo hacia los SCRs y no circular corriente por el campo del

Magnetorque.

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Figura (18).- Circuito de Control del Campo del Magnetorque Conforme el Operador varia la tensin de referencia, la polarizacin inversa que recibe la bobina de referencia va decreciendo, el MFA se saturar en un punto tal, que el valor de la tensin de sincronismo supere a la polarizacin y aparecer pulsos de disparo hacia los SCRs para un ngulo correspondiente; entonces, circular corriente por el campo del Magnetorque que ser detectada por la resistencia Shunt y la bobina de realimentacin, esta corriente polarizar a la bobina en sentido negativo, es decir el flujo magntico siempre se opondr a la saturacin del MFA. Al flujo producido por la referencia, se resta el flujo de realimentacin, el resultado se compara con la onda de sincronismo y entonces queda determinado el ngulo de disparo de los SCRs. Para cualquier posicin de la palanca del Control del Operador, se ha de generar una referencia tal, que produzca una corriente de realimentacin proporcional a esta, de manera que el punto de encendido (conduccin) de los SCRs, regula la corriente de campo a un valor dado para una determinada posicin de la palanca de control de Izar.

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Para terminar esta explicacin, en el artculo anterior se vio como las bobinas de control, tenan un valor distinto de NxI o Amper - Vueltas, esto con la finalidad de adaptar las diferentes seales, pues mientras la referencia o mando del operador es un voltaje DC expresado en Voltios, la seal de realimentacin viene expresada en milivoltios o milsimas de voltio. Obviamente, para poder comparar unidades tan diferentes en magnitud, la nica posibilidad es a travs de la conversin de las relaciones Ampere - Vueltas de las bobinas del MFA. Ejercicio (5).- Explique en forma grfica como trabajan las diferentes seales en el control del campo del Magnetorque.

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CAPITULO IV

EL MAGNETORQUE

Magnetorque es un diseo registrado por P&H y es usado para manejar elctricamente el tren de Izar del cucharn. Este aplica con xito un concepto muy refinado basado en el principio de las corrientes parsitas. El Magnetorque puede considerarse como un embrague electromagntico. En la aplicacin del Magnetorque el miembro rotativo exterior es el campo y el miembro interior es

el rotor. El conjunto de Magnetorque doble tiene 2 campos montados sobre un

eje comn. Los dos rotores estn montados sobre la manga de un pin. No hay contacto fsico entre los miembros exteriores e interiores y por lo tanto ellos estn separados por una luz uniforme.

41.- Fundamento Terico: El Experimento de Foucault Si se coloca una lmina conductora en un campo magntico uniforme como se muestra en la Figura (19) y tratamos de sacarla del campo o tratamos de meterla todava mas aplicando una fuerza , automticamente aparece una fuerza resistente en sentido opuesto al de la fuerza aplicada sobre la lmina. Figura (19).- El experimento de Foucault, por convencin se representan las lneas de fuerza de un campo magntico como puntos (.) si estn saliendo del plano de vista o (x) si estn ingresando a el pensando en los extremos de una flecha. Esta fuerza que se opone al movimiento de la lmina, aparece como resultado de la induccin de corrientes en la misma, por efecto de la variacin del flujo magntico que la atraviesa al desplazarse por el campo magntico.

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La explicacin formal de este experimento es como sigue: Sea un campo magntico B1, cuyas lneas de fuerza mostradas, son entrantes al plano de vista

de la Figura (19), una lmina conductora es colocada frente a el y jalada con una fuerza F1. Inmediatamente, aparecen corrientes elctricas inducidas como resultado dela variacin del flujo magntico, cuya direccin y sentido est dad por la Regla de la Mano Derecha. La suma de todas esas corrientes origina una corriente resultante I que circula por el borde de la lmina. Esta corriente neta origina a su vez un segundo campo magntico B2, cuya direccin y sentido viene dad por la regla del tornillo; donde el campo B2

tiene la direccin de un tornillo entrando en la direccin de la corriente I, por

lo tanto B2 tiene sus lneas de fuerza saliendo del plano de la Figura (19). La interaccin de los campos B1 y B2, originan una fuerza F2 resultante opuesta a F1, cuya magnitud es proporcional a la intensidad de B1

y F1. Ahora bien, el mismo efecto se presenta si fuera el campo magntico B1 el que se mueve y la lmina est en reposo, ya que al desplazarse el campo magntico B1, induce corrientes en la lmina, entonces, se origina un campo

B2 opuesto y una fuerza resultante F sobre la lmina, pero cuya direccin es la de desplazamiento del campo magntico B1. Es el principio fundamental del

MAGNETORQUE. Ejercicio (6).- Explique lo que ocurre si la lmina est completamente sumergida en el campo B1 de la Figura (19) y de pronto se jala con una fuerza F1.

42.- Generacin de Campos Magnticos Para generar un campo magntico se usa un electroimn simple, este est formado por una barra de hierro dulce en forma de U y de una bobina de

campo arrollada con alambre aislado alrededor de la U y colocada entre sus 2 lados, tal como se muestra en la Figura (20). Cuando una corriente continua fluye a travs de la bobina, la barra se transforma en un electroimn, la fuerza del campo magntico o campo primario, est determinada por la cantidad de corriente que est circulando y por el nmero de vueltas de la bobina; esta est representada por la cantidad de lneas de fuerza que circulan entre las caras polares del electroimn.

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Figura 20.- Electroimn simple.

El uso de electroimanes est ampliamente extendido en aplicaciones industriales,

estas varan desde las gras para levantar chatarra, hasta la propulsin de trenes de alta

velocidad sobre vas magnetizadas.

43.- Partes del Magnetorque

El Magnetorque es un embrague que opera electromagnticamente; este consiste de dos miembros concntricos giratorios; un miembro exterior o Campo y un miembro interior o rotor; ambos mostrados en la Figura (21).

En el Magnetorque, el Campo contiene bobinas cuyas terminaciones estn conectadas a anillos deslizantes los cuales estn montados en los extremos del eje de acople. Unas escobillas de carbn en contacto con los anillos deslizantes son usadas para suministrar excitacin controlada a las bobinas de campo.

El rotor no tiene bobinas elctricas. Este miembro interior es un anillo de acero el cual gira en la parte interior del miembro exterior. El rotor est fijado y apretado sobre un eje tipo tubo llamado simplemente tubo. El tubo contiene

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un pin cortado helicoidalmente. El pin del tubo es usado como primera reduccin en la transmisin de Izar.

Figura (21).- Campo y Rotor del Magnetorque

La operacin del Magnetorque depende del Motor Principal. El Motor Principal mueve a los campos del Magnetorque en una sola direccin a una velocidad cercana a la velocidad de sincronismo del motor principal. La direccin de rotacin del Motor Principal de Corriente Alterna (A.C.) nunca se invierte y por lo tanto la direccin de rotacin de los campos tampoco se invierte.

Ambos miembros estn separados por una luz uniforme no existiendo

contacto fsico entre ellos. Esta luz provee el espacio necesarios donde se producir la interaccin entre los dos campos magnticos. La Figura (22) muestra algunas partes del acoplamiento mecnico del Magnetorque.

Los Magnetorques tienen ventiladores externos montados sobre los

campos, estos ventiladores son usados para forzar el aire a travs del Magnetorque con propsitos de enfriamiento.

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Figura (22).- Partes del Magnetorque

44.- Funcionamiento del Magnetorque Antes de explicar el funcionamiento del Magnetorque debemos hacer la

siguiente consideracin; dada la forma como estn construidos los miembros que forman el Magnetorque, el miembro interior o rotor formado por segmentos, cada uno de ellos se puede suponer como una lmina conductora y por su disposicin radial, siempre estn perpendiculares a las lneas de fuerza generadas por el miembro exterior o campo. La superficie interior del campo est compuesta de muchas piezas polares, las cuales estn dispuestas de tal manera que los polos magnticos estn alternados N-S-N-S, como se muestra en la Figura (23).

La intensidad del campo magntico desarrollada en el campo del

Magnetorque , est determinada por el aumento de la excitacin o corriente aplicada a las bobinas, esta excitacin puede ser variada por medio del control de Izar desde la cabina del Operador.

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Figura (23).- Generacin e interaccin de Campos Magnticos entre el Rotor y el Campo del Magnetorque.

Poniendo el rotor en el interior del campo, las lneas de fuerza magntica

que aparecen al excitar el campo, atraviesan los segmentos o lminas que forman el rotor en forma perpendicular a ellas.

El campo est acoplado al Motor Principal, el cual es un Motor de

Induccin AC de jaula de ardilla, de bajo deslizamiento y est especficamente diseado y construido para su aplicacin en palas elctricas; el campo por lo tanto girar a una velocidad cercana a la de sincronismo del motor y en una sola direccin (No reversible). El motor desarrolla un torque de salida de aproximadamente 310 % de su capacidad de diseo en comparacin con un motor comercial del mismo tipo de aproximadamente 240% de su capacidad de diseo. Este motor especialmente diseado, nuca alcanzar este valor de torque (310%) de salida aun cuando el conjunto Magnetorque-Cucharn, llegue a la condicin de rotor bloqueado.

Cuando el Operador mueve el control de Izar a la posicin ON, una

excitacin es aplicada a los bobinados de campo a travs de un circuito elctrico.

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Con esta excitacin aplicada a los campos, un campo magntico rotatorio es inducido en los campos y rotores del Magnetorque. Las lneas de fuerza atraviesan perpendicularmente los segmentos del rotor, entonces se produce una variacin del flujo magntico que lo atraviesa y se producen las corrientes de Foucault. Estas a su vez generan un segundo campo magntico opuesto al primario que al interactuar arrastra al rotor en la direccin de giro del campo.

El movimiento del cucharn ser el resultado del movimiento de los

rotores que al estar montados sobre el tubo, movern el tren de la caja de Izar.

MAGNETORQUE DOBLE

Dos unidades de Magnetorque estn montadas sobre un eje comn y un tubo comn para proveer la potencia requerida de izar para las palas, cuya capacidad sea de hasta 15 yardas cbicas. El efecto de la fuerza centrfuga es desmultiplicada por que fsicamente los acoplamientos mas pequeos del Magnetorque son considerablemente menores que el que producira un simple acoplamiento mas grande de igual capacidad.

La manipulacin de esta baja inercia resulta en una rpida respuesta in

aceleracin y desaceleracin, as como tambin en una rpida respuesta para invertir la direccin de rotacin.

En la operacin normal de Izar de una pala, podran encontrarse ciertos

estndares; De acuerdo con las condiciones de la carga, el movimiento de Izar debera ser capaz de suministrar un elevado Torque a bajas velocidades (Alta resistencia del banco) y disminuir el Toque a elevadas velocidades (Baja resistencia del Banco) con un torque mximo definido bajo condiciones de bloqueo del movimiento del cucharn a mxima excitacin.

Para un rendimiento optimo, la maquinaria elctrica y el sistema de la caja

de Izar empleados deberan tener propiedades de baja inercia.. La unidad de Izar debera tambin ser capaz de disipar incidentalmente considerable calor por prolongados periodos en los que se necesite elevada potencia.

45.- Caractersticas de Torque/Velocidad

Las caractersticas de operacin son tales que un pequeo decremento en la velocidad del rotor, causado por la resistencia del banco sobre el cucharn, automticamente resultar en un incremento significativo en el torque de Izar; debido a la mayor concentracin de lneas de fuerza que atraviesan los segmentos del rotor.

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Esto explica la gran capacidad de levante en el Izar y por lo tanto su capacidad de carga. Al observar las curvas de Torque (Carga)/Velocidad del Magnetorque, como se aprecia en la Figura (24), se requiere un promedio de 21.5% (Punto A) del Torque mximo para levantar el cucharn vaco y moverlo; la potencia de Tara representada por el rea bajo la curva no puede ser aprovechada por la Pala.

Figura (24).- Curva Torque/Velocidad Aproximadamente el 65% (Punto B) del Torque de Izar se puede considerar como el mnimo requerido para un trabajo efectivo de la Pala. Encima de este punto mnimo, en todo caso, para condiciones muy duras, la ventaja de trabajar con el Magnetorque se hace evidente.

46.- Calibracin de Torque Optimo (solo Palas 2100BL) Para obtener un Torque optimo de salida del Magnetorque, se debe seguir el siguiente procedimiento de ajuste de la excitacin del campo: 1. Ponga el Switch de Run/Test en la Posicin Test y ajuste la corriente del

Campo del Magnetorque a 130 Amperios.

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2. Ponga el Switch de Run/Test en la posicin Run. Arranque la Pala, instale

el cucharn en el banco de material, aplique los frenos de Izar y Empuje y apague la pala.

Remueva la cubierta inferior del Motor Principal y coloque una pinza amperimtrica de 500 Amperios en una fase del Motor Principal. USE GUANTES AISLANTES DE ALTO VOLTAJE PARA MANIPULAR LA PINZA. NO TOME LAS LECTURAS EN LA CABINA DE ALTO VOLTAJE.

Ponga una Pinza de 200 Amperios en una lnea del campo del Magnetorque.

Ponga un voltmetro AC en la escala mayor a 500 Voltios en el secundario del transformador Principal (Terminales A1 y A2) o en el primario del Transformador de Anodo del circuito de Izar. NO USE EL METER EN LA CABINA DEL OPERADOR PARA TOMAR LECTURAS.

1. Arranque la Pala y ponga el control de Izar en la posicin FULL ON. NI

EMPUJE O GIRO DEBEN SER APLICADOS. La corriente del Motor principal debe ser medida tan pronto como la fuente de Voltaje Auxiliar (Primario del Transformador de Anodo) y el campo de Magnetorque sean excitados. Estas lecturas deben ser tomadas simultneamente.

El valor de corriente en el Motor Principal, debe estar de acuerdo con la

tabla mostrada a continuacin:

Valores Trabajo Volt/PH/Hz

Motor Principal N

Secundario Transformador

Auxiliar (Voltios AC)

Corriente Motor Principal Amperios

400 212 420 200

4,160/3/60 11438-5 440 185 460 177 480 162

PRECAUCION.- EL TIEMPO QUE SE APLICA EL MAXIMO IZAR NO DEBE EXCEDER A LOS 10 SEGUNDOS.

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CAPITULO V

SISTEMAS ELECTRICOS DE LA PALA 2100BL

51.- MOVIMIENTO DE IZAR El cucharn se levanta a travs del sistema de Motor Principal -

Magnetorque, el Motor Principal es un Motor de Induccin de Jaula de Ardilla de bajo deslizamiento y que gira en un solo sentido, este impulsa al Magnetorque y este a su vez mediante un tren de engranajes y un cable de Izar al cucharn. El detalle de mayor inters de este sencillo sistema de Izar, es el acoplamiento Magntico llamado Magnetorque, nombre registrado por Harnishfeger (P&H). El acoplamiento consiste de dos acoplamientos giratorios concntricos, el elemento externo, que tiene la forma de un tambor sostenido por una araa que le sirve de soporte, es impulsado a velocidad constante por el Motor Principal. En el elemento exterior van metidos unos arrollamientos distribuidos circunferencialmente que producen un Campo magntico cuando son excitados por corriente continua. La superficie interna del elemento externo ha sido proyectada para formar polos magnticos, con polos vecinos de polaridad opuesta. El elemento interno, hecho de piezas, totalmente soldadas, es un anillo de acero de aleacin magntico de bajo momento de inercia, que est soportado por fuertes rayos; entre los polos del elemento externo y el anillo del elemento interno, se establece una distancia dielctrica uniforme. No existe contacto mecnico alguno entre los elementos interno y externo. Por consiguiente, no ocurre desgaste como sucede en un embrague de friccin. Cuando el elemento externo giratorio es excitado, se inducen Voltajes en el anillo de acero del elemento interno que causan el flujo de corrientes parsitas (de Foucault) en dicho anillo. Estas corrientes producen un campo magntico giratorio del elemento externo. El deslizamiento o la diferencia de RPM entre el elemento interno y el elemento externo, depende de la excitacin a la que es sometido el elemento externo y de la carga en elemento interno. Para una cantidad dada de excitacin, el esfuerzo de torsin mximo se desarrolla cuando la velocidad del elemento interno es cero (el cucharn inmvil). El Magnetorque continua desarrollando mas o menos el mismo esfuerzo de torsin hasta que el deslizamiento sea de un pequeo porcentaje. La operacin de Izar del Magnetorque se desarrolla como sigue: La posicin OFF del Controller del Operador (Palanca del lado derecho) se

encuentra en la posicin extrema delantera, en esta posicin el Magnetorque no recibe excitacin alguna de DC. Moviendo hacia atrs la palanca del controller

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del Operador, se aumenta gradualmente la excitacin que se aplica al Magnetorque, aplicndose la excitacin mxima cuando la palanca llega a su posicin extrema posterior. Las posiciones intermedias entre FULL ON y

OFF pueden emplearse para sujetar al cucharn en una determinada posicin. Al mover la palanca hacia atrs , o sea hacia la posicin FULL ON, se

suministra excitacin mxima; moviendo hacia adelante la palanca se disminuye la excitacin, con el resultado de que el cucharn baja.

52.- GIRO - EMPUJE - AVANCE

Para los movimientos de Giro, Empuje y Avance; se utiliza un convencional sistema Ward-Leonard modificado, con un generador para el movimiento de Giro y otro para los movimientos de Empuje y Avance. Estos generadores de corriente continua suministran energa a los dos motores de Giro, al motor de Empuje y al motor de Avance. Los campos de los motores de Giro y empuje estn constantemente excitados por un rectificador esttico. El campo del Motor de Avance est controlado por 2 SCRs. El sentido de rotacin de estos motores puede cambiarse invirtiendo el voltaje de la armadura. Todos los Motores y Generadores de Corriente continua (DC) son construidos con un bastidor de dos partes para facilitar las operaciones de mantenimiento y reparacin. El control de Empuje se realiza de la siguiente manera: El generador va dotado de dos campos de derivacin que se excitan separadamente , con la palanca del controller de empuje (Palanca del lado izquierdo) en la posicin vertical (Posicin OFF), los dos campos de derivacin en el generador de Empuje se desexcitan. Moviendo hacia adelante la palanca del Controller, la corriente en uno de los arrollamientos varia de acuerdo con los requisitos de carga, mientras la corriente en el otro arrollamiento permanece en cero. Con la palanca del Controller en la posicin delantera, la polaridad de la armadura del Generador es tal que la rotacin del motor de empuje hace avanzar los brazos del cucharn. El movimiento hacia atrs de la palanca del, controller desde la posicin OFF, sirve para excitar el otro arrollamiento

independiente, mientras que el primer arrollamiento no se excita; de esta manera se cambia el sentido de rotacin del motor, con el resultado de que los brazos del cucharn retroceden. Para perfeccionar el funcionamiento, se mejoran las caractersticas inherentes al generador usando la realimentacin del Voltaje de armadura del Generador, en combinacin con la realimentacin de corriente. El campo del Motor de Avance, que recibe corriente del mismo generador que alimenta al motor de Empuje, es controlado por un circuito que usa dos

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SCRs. El campo es regulado automticamente con el objeto de obtener un

potente campo magntico para lograr mximo esfuerzo de traccin (Torque) cuando esto se requiera, y un campo magntico dbil para lograr velocidad mxima cuando se requiera poco esfuerzo de traccin. El funcionamiento del Control de Giro, es anlogo al del control de empuje, con exepcin de que el controller es accionado por pedal. Lo mismo que sucede con el Generador de Empuje/Avance, las caractersticas del Generador de Giro son tambin mejoradas mediante el uso de combinaciones de realimentacin de Voltaje de Armadura y Corriente para obtener relaciones de velocidad y esfuerzo de torsin (Torque) que sean especialmente adecuadas para este tipo de movimiento de la Pala.

53.- APARATOS AUXILIARES Se usan motores de induccin AC para la ventilacin, para abrir el

cucharn y para bombear aceite a las cajas de Izar y de cadena; la ventilacin es por lo tanto forzada, el aire es admitido por un conducto de filtros situados en el techo de la sala de mquinas, mediante los ventiladores de cabina con el objeto de pasar aire limpio por todos los aparatos elctricos que requieran enfriamiento; el aire escapa por las aberturas de la cabina diseadas para la correcta circulacin del aire. La sala de mquinas de la pala 2100, es del tipo de sobrepresin, por esto es importante tener presente que las puertas de la sala de Mquinas deben estar cerradas para obtener la ventilacin adecuada de los aparatos elctricos. Un ventilador de empuje va instalado en el piso de la sala de mquinas, los motores de giro tambin llevan motores ventiladores. La operacin de abrir el cucharn la realiza un motor de induccin con rotor bobinado, fijado a un pequeo tambor de Cable. El botn para abrir el cucharn est situado en el controller de Izar; estando la palanca del switch para abrir el cucharn en la posicin OFF, existe alta resistencia en el circuito del rotor, lo cual produce suficiente Torque para eliminar el aflojamiento en el cable con que se abre el cucharn, mas no as para llegar a abrirlo. Cuando se presiona el Switch (ON), un contactor pone en cortocircuito la mayor parte de la resistencia del rotor, y el motor produce un Torque suficiente para accionar el pestillo dl cucharn.

54.- FRENOS DE IZAR, EMPUJE Y AVANCE

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Todos estos movimientos tienen frenos que se sueltan por medio de mecanismos electroneumticos. Estos frenos son empleados por el Operador cuando la mquina no est funcionando y se APLICAN AUTOMATICAMENTE CUANDO LA MAQUINA SE QUEDA SIN ENERGIA. Normalmente no se emplean durante el trabajo de carguo, excepto cuando se espera la llegada de los volquetes. Los frenos de Izar y Empuje se controlan mediante Switches; uno para frenar SET y otro para liberar los frenos RELEASE. Los frenos de Giro se

controlan mediante un switch de codo. Todos los switches e interruptores elctricos estn situados en la consola a uno y otro lado del Operador.

55.- RECTIFICADOR ESTATICO El rectificador esttico est compuesto por seis diodos rectificadores de Silicio conectados en un puente rectificador trifsico. Estn instalados en una plancha metlica para disipar el calor. El voltaje de entrada es de 115 VAC y el de salida es de 145 VDC aproximadamente. Se utilizan tcnicas de supresin para aminorar las variaciones de tensin momentnea tanto en AC como en DC. En el lado de entrada se usa una red de condensadores y resistencias para absorber los transitorios de la lnea, en tanto que para suprimir los efectos transitorios en el lado de DC se usan resistores de tirita.

56.- TRANSFORMADORES El Transformador Principal de corriente trifsica, tiene sus primarios conectados en tringulo y sus secundarios conectados en estrella. En los primarios hay conexiones en tringulo tanto para 2,300 VAC como para 4,160 VA. Se han provisto derivaciones para funcionamiento a 2,300 Voltios, y para 4,160 Voltios los arrollamientos se usan totalmente. Esto es lo normal para frecuencias de 60 ciclos. El voltaje en el arrollamiento completo del secundario es de 440 VAC (Motores AC) a 60 HZ, se han provisto derivaciones de capacidad apropiada para 105 VAC (Iluminacin) y 115 (Excitacin esttica y control)VAC en el secundario. El neutro del secundario est conectado a tierra mediante una resistencia, obtenindose de esta manera una limitacin de corriente a tierra. Empleando este sistema, el funcionamiento de la pala no ser interrumpido por simples fallas de conexin a tierra. En la cabina del operador hay una lmpara de nen que indica

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las fallas de conexin a tierra, cuando la luz se enciende quiere decir que existe conexin a tierra de los circuitos de baja tensin (Secundario del Transformador Principal). Los operadores de la Pala deben estar enterados acerca de este indicador de tierra a fin de que puedan incluir dichas fallas en sus reportes para que el defecto sea corregido. Corrigiendo en forma rpida cualquier falla a tierra que se presente, se reduce a un mnimo el peligro de que la falla produzca corrientes altas en cortocircuito que puedan causar dao al equipo. Tres transformadores reductores monofsicos de doble bobinado secundario, son usados para alimentar voltaje a los nodos de los SCRs.

57.- TRANSFERENCIA EMPUJE - AVANCE Este cambio se realiza moviendo la palanca del conmutador que se encuentra en el lado izquierdo del Operador, a la posicin ya sea de Empuje (Crowd) o Avance (Propel). El Controller de Empuje/Avance debe estar en la posicin neutra ciando se realice esta transferencia. La transferencia se realiza en el circuito de Armadura del Generador mediante dos grandes contactores accionados magnticamente, uno para el motor de Empuje y otro para el motor de Avance. Los dos contactores est dispuestos mecnica y elctricamente de tal manera que no puedan ser energizados simultneamente. El conmutador de transferencia debe estar en la posicin de empuje o avance para que pueda verificarse la transferencia. La transferencia no se efectuar en una posicin intermedia. Para evitar la transicin bajo carga, se ha incorporado un relay detector de voltaje de armadura que se excita con una tensin de 30 Voltios aproximadamente, y que se desenergiza con voltajes menores de 15 VDC. Para poder seguir la explicacin que a continuacin se hace sobre la transferencia de Empuje a Avance, es necesario que tenga Ud. a mano sus diagramas elctricos de la Pala 2100BL. 1. En la posicin de Empuje, los contactos 1,2 y 8 del conmutador (64A = Switch

de transferencia Empuje/Avance o Transfer Switch) estn cerrados. Los contactos 3, 4, 5, 6 y 7 estn abiertos. El freno de empuje no est aplicado, y se suministra energa al freno de Empuje. El voltaje al controller se reduce mediante una resistencia cuando est en la posicin de Empuje.

2. Cuando se acciona el conmutador (64A), el contacto 7 se cierra en las

posiciones intermedias de la palanca lo mismo que en la posicin de traslacin. Tan pronto se cierra el contacto 7, el relay detector de voltaje de armadura (51) mide le voltaje de la armadura. Cuando el conmutador (61A) se halla en una posicin intermedia entre las posiciones de empuje y avance,

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los contactos 1, 2, 3, 4 , 5 y 6 se abren, y los contactos 7 y 8 se cierran. El contacto 1 prepara el freno de empuje, y el contacto 2 suspende la alimentacin del Controller de empuje/avance.

3. Cuando el conmutador est en la posicin de Avance (Propel), los contactos 3,

4, 5, 6 y 7 se cierran, y los contactos 1, 2 y 8 se abren. Cuando el Voltaje de armadura queda reducido a unos 15 VDC, el relay detector de voltaje de armadura se desexcita y permite que el relay de transicin (92) se excite. El contacto del relay de transicin desexcita al contactor del motor de empuje (12A) y excita al contactor del motor de avance (12B), efectuando de esa manera la transicin del circuito de armadura del generador al motor de avance.

4. Despus de que los contactores de las armaduras de empuje y avance han

llegado a sus nuevas posiciones, se reaplica el voltaje al controller de empuje/avance mediante la conexin (12B) y el contacto 6 de conmutador (61A). En la posicin de traslacin se aplica el voltaje completo al Controller.

El contactor del freno de avance (27) se energiza mediante la conexin (12B) y el contacto 5 del conmutador. El contacto 3 del conmutador elimina parte de la resistencia en serie con el arrollamiento del control de referencia del MFA del campo del motor de Avance; esto establece corriente de valor mximo en el campo del motor de avance. La mquina estar ahora lista para la operacin de avance.

58.- TRANSFERENCIA AVANCE - EMPUJE Cuando se vuelve a poner el conmutador (61A) en la posicin de empuje, se realiza un procedimiento semejante al anterior pero en orden invertido. Al estudiar el circuito se observa lo siguiente: 1. El freno de Avance se aplica y el controller de Empuje/Avance se

desenergiza. 2. El relay de voltaje de armadura mide el voltaje de armadura, esto es est

energizado y no permite el cambio de posicin de los contactores 12A y 12B. 3. Cuando el voltaje de armadura desciende a por lo menos 15 voltios, los

contactores de avance cambian de posicin. 4. El freno de empuje se suelta y vuelve a aplicarse voltaje al controller de

Empuje/Avance.

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Aunque la descripcin del proceso de transicin es larga, la transicin en realidad ocurre rpidamente.

59.- VIRES La direccin de Avance se cambia con un interruptor de tres posiciones, situado en el panel de control del lado derecho. La direccin puede cambiarse empleando una u otro oruga segn se mueva el interruptor a su posicin superior o a su posicin inferior. El interruptor controla dos vlvulas neumticas situadas en la estructura inferior de la mquina (carbody). Cada vlvula acciona un embrague de mordaza, uno para cambiar la direccin de la oruga del lado derecho y el otro para cambiar la direccin de la oruga del lado izquierdo. Cuando se cambie de direccin, puede Virarse en una u otra direccin moviendo hacia adelante o hacia atrs la palanca del controller de Empuje/Avance.

510.- Sistema de Lubricacin Las Palas 2100BL tienen un sistema de Lubricacin Farval, que se encarga de lubricar tres zonas importantes: 1. Monturas y Brazo 2. Tornamesa 3. Orugas de avance Para controlar los ciclos de lubricacin en forma automtica usaba tres temporizadores dobles, uno para cada zona de engrase; cada doble temporizador tena dos funciones: La primera, para programar el tiempo de los ciclos de engrase, para esto se colocaban unos pines sobre un disco dividido en 60 partes, equivalente a 60 minutos, que giraba a razn de una vuelta por hora; si queramos programar que cada 15 minutos se engrasara la zona correspondiente de la pala al Temporizador en cuestin, colocbamos 4 pines equidistantes, as el disco al dar una vuelta completa cada hora hacia actuar un Switch interior cada 15 minutos. Para la segunda funcin tenia otro temporizador en el que se programaba el tiempo de falla con un rango de 0 a 6 minutos, para esto se usaba una perilla. El tiempo de falla corresponda al periodo en el cual la caja de cambio, que verificaba la presin alcanzada por la bomba de engrase, deba actuar y accionar mediante un pin, al switch de cambio para que el temporizador de los ciclos de engrase iniciara otro ciclo de temporizacin. Si esto no ocurran cuando el tiempo de falla era alcanzado por este temporizador, el engrase era cortado y el doble temporizador en su conjunto dejaba de funcionar.

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Este sistema de temporizador en la actualidad, ha sido reemplazado por un PLC Micrologix 1000, que controla las 3 zonas de engrase; para programar los ciclos de lubricacin, se usa una Computadora porttil (Lap Top Computer) con lo cual es muy sencillo cambiar los tiempos de los ciclos de lubricacin y tiempo de falla. La Figura (5.10) Muestra el sistema actual de lubricacin de las Palas 2100BL para una zona de engrase.

Temporizador

Tiempo de Falla

Temporizador

Ciclo de Lubricacin

Bomba de Lubricacin

Vlvula

Solenoide de

Aire

Control de Presin

Lnea de Aire

Se

a

l El

ctric

a In

icio

Lnea de Aire

Lnea de Engrase

Switch de Cambio

Se

a

l El

ctric

a F

in

Pin de Cambio

Seal Elctrica Inicio

FallaSwItch

Engrase

Manual

PLC MICROLOGIX 1000 - 1/3

Se

a

l El

ctric

a F

alla

Luz de Falla

Figura (5.10).- Diagrama de Bloques del sistema de Lubricacin actual de las Palas 2100BL. El sistema est compuesto por el PLC que controla los ciclos de engrase y tiempo de falla, la vlvula solenoide de aire que cuando es energizada permite el paso de aire hacia la bomba de engrase, la bomba de engrase que trabaja con aire y bombea a travs de mangueras, grasa hacia los puntos de lubricacin, el control de presin que es regulado mecnicamente para que cuando alcance una determinada presin mueva un pin que accione un switch de cambio, generalmente esta presin es fijada entre 1,800 y 2,200 Libras; presin que como sabemos es proporcional al volumen desplazado en la lnea de lubricacin.

Tiene adems un switch de cambio que al ser accionado por el pin que sale de la caja de control de presin, detiene el engrase y el temporizador de falla, as como inicia otro ciclo de temporizacin de engrase; un switch de

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engrase manual, que permite al operador o al personal de mantenimiento engrasar la zona deseada con solo presionarlo, finalmente tiene un foco sealizador que cuando se cumple el tiempo de falla por que la presin no alcanz a accionar al pin de la caja de control de presin, se enciende parpadeando indicando que hay una falla en el sistema de engrase.

511.- Programa en Escalera (Ladder) del PLC de Lubricacin En las pginas siguientes, se encuentra el Programa en escalera del PLC de lubricacin de la Pala 2100, ser necesario tenerlo a mano para la explicacin de funcionamiento, la cual se centrar en una zona de lubricacin, sin embargo es vlida para las otras dos y ser tarea del lector hacer el anlisis correspondiente. Los dispositivos conectados al PLC de acuerdo a las direcciones de entrada para la zona que analizaremos corresponde a las Orugas y son mostrados en la siguiente tabla:

Direccin de Entrada Dispositivo Conectado

I:0/0 Switch de Cambio

I:0/3 Switch de Engrase Manual/Reset

O:0/0 Vlvula solenoide de aire

O:0/3 Foco de Falla

Para esta zona el funcionamiento es como sigue:

1. La entrada I:0/0 corresponde a la conexin del switch de cambio, que

controla el fin de los ciclos de lubricacin, supongamos que el switch de cambio se ha accionado por que termin de engrasar y est ahora cerrado, la lnea 2 del programa ser verdadera y el temporizador T4:2 inicia un conteo, cuando este llegue a 1800 segundos (Lo muestra el programa), el contacto lgico del temporizador se cerrar en la lnea 9 del programa y la salida O:0/0 se energiza, enviando 120 VAC a la vlvula solenoide de aire conectada a ella.

2. Al llegar aire a la bomba de engrase a travs de la vlvula solenoide, la bomba empieza a bombear grasa y el control de presin detecta la presin existente en la lnea. Cuando la presin en lnea alcance la presin programada en el control de presin (Entre 1800 y 2200 libras), este mover un pin que accionar al switch de cambio, que ahora se abrir, las lneas 9 y 2 del programa sern ahora falsas, la salida O:0/0, se desenergizar, la vlvula solenoide de aire tambin se desenergizar y por lo tanto se cortar el engrase; el Temporizador T4:2 se restablecer a cero y ahora la lnea 1 del programa ser verdadera.

3. Al hacerse la lnea 1 verdadera, el Temporizador T4:1 inicia su conteo hasta llegar tambin a 1,800 segundos (30 minutos), en ese momento, se cierra el contacto lgico del T4:1 en la lnea 9 del programa, la salida O:0/0 enva 120

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VAC a la vlvula solenoide de aire y la bomba de engrase bombea grasa a la lnea. Esto continua hasta que el control de presin detecte que se ha alcanzado la presin programada (entre 1,800 y 2,200 libras), accione con el pin al switch de cambio y este se cierre haciendo las lneas 1 y 9 del programa falsas, cortando el engrase e iniciando otro ciclo de temporizacin al hacerse ahora la lnea 2 del programa verdadera.

Programa Ladder Sistema de Lubricacin Pala 2100

I:0 T4:7 +TON---------------+

1--]/[---]/[-----------------------------------------TIMER ON DELAY +-(EN)-

0 DN Timer T4:1+-(DN)

Time Base 1.0

Preset 1800

Accum 0

+------------------+

I:0 T4:7 +TON---------------+

2--] [---]/[-----------------------------------------TIMER ON DELAY +-(EN)-


Time Base 1.0

Preset 1800

Accum 0

+------------------+

I:0 T4:8 +TON---------------+

3--]/[---]/[-----------------------------------------TIMER ON DELAY +-(EN)-


Time Base 1.0

Preset 900

Accum 0

+------------------+

I:0 T4:8 +TON---------------+

4--] [---]/[-----------------------------------------TIMER ON DELAY +-(EN)-


Time Base 1.0

Preset 900

Accum 0

+------------------+

I:0 T4:9 +TON---------------+

5--]/[---]/[-----------------------------------------TIMER ON DELAY +-(EN)-


Time Base 1.0

Preset 600

Accum 0

+------------------+

I:0 T4:9 +TON---------------+

6--] [---]/[-----------------------------------------TIMER ON DELAY +-(EN)-


Time Base 1.0

Preset 600

Accum 0

+------------------+

I:0 T4:7 I:0 B3

7---] [---]/[---]/[-------------------------------------------------------( )--

3 DN 0 1

B3

+-] [-+

1

I:0 T4:7 I:0 B3

8---] [---]/[---] [-------------------------------------------------------( )--

3 DN 0 2

B3

+-] [-+

2

T4:1 O:0

9---] [-------------------------------------------------------------------( )--

DN 0

T4:2

+--] [----+

DN

B3

+--] [--+

1

B3

+-] [-+

2

I:0 T4:8 I:0 B3

10--] [---]/[---]/[-------------------------------------------------------( )--

4 DN 1 3

B3

+-] [-+

3

I:0 T4:8 I:0 B3

11--] [---]/[---] [-------------------------------------------------------( )--

4 DN 1 4

B3

+-] [-+

4

T4:3 O:0

12--] [-------------------------------------------------------------------( )--

DN 1

T4:4

+--] [----+

DN

B3

+--] [--+

3

B3

+-] [-+

4

I:0 T4:9 I:0 B3

13--] [---]/[---]/[-------------------------------------------------------( )--

5 DN 2 5

B3

+-] [-+

5

I:0 T4:9 I:0 B3

14--] [---]/[---] [-------------------------------------------------------( )--

5 DN 2 6

B3

+-] [-+

6

T4:5 O:0

15--] [-------------------------------------------------------------------( )--

DN 2

T4:6

+--] [----+

DN

B3

+--] [--+

5

B3

+-] [-+

6

T4:1 +TON---------------+

16--] [----------------------------------------------TIMER ON DELAY +-(EN)-

DN Timer T4:7+-(DN)

T4:2 Time Base 1.0

+-] [-+ Preset 40

DN Accum 36

+------------------+

Magnetorques


4. Los ciclos de engrase continuaran as indefinidamente hasta que alguna condicin de falla se presentara, esto es detectado a travs del switch de cambio que deja de trabajar, y puede ser debido a alguna de las siguientes causas: hay fuga de aire y la bomba no tiene suficiente presin para trabajar, hay una rotura en la lnea de engrase y por lo tanto no alcanza la presin requerida, el control de presin est daado y no acciona al pin o el switch de cambio est malogrado. Si observamos la lnea 16 del programa, vemos que el Temporizador de falla T4:7 inicia su conteo cuando T4:1 o T4:2 llegan a su tiempo programado de 1,800 segundos, esto es, cuando empieza a engrasar la bomba, durante el tiempo que est engrasando la bomba, el T4:7 est contando los segundos, si el switch de cambio no es accionado antes de llegar a los 40 segundos, el T4:7 cerrar un contacto lgico en la lnea 17 del programa, la salida O:0/3 se energizar con 120 VAC y encender al foco de falla; adems, el T4:7 abrir sus contactos lgicos en las lneas 1 y 2 del programa, restableciendo a cero al temporizador que estaba trabajando y cortando el engrase, iniciando otro ciclo de temporizacin.

5. Cuando se necesite borrar alguna condicin de falla hacer algn ciclo de engrase manual, se puede presionar el switch de engrase Manual/Reset conectado a la entrada I:0/3, cuando esto ocurre, la lnea 7 o la lnea 8 del programa se hace verdadera, segn sea la posicin del switch de cambio conectado en la entrada I:0/0, abierto o cerrado. Si suponemos que el switch de cambio est cerrado, la lnea 8 del programa ser verdadera, la bobina lgica B3/2 se energizar y enclavar, cerrar su contacto lgico en la lnea 9

I:0 T4:7 O:0

17-]/[---] [--------------------------------------------------------------( )--

3 DN 3

O:0

+-] [-+

3

T4:3 +TON---------------+

18--] [----------------------------------------------TIMER ON DELAY +-(EN)-

DN Timer T4:8+-(DN)

T4:4 Time Base 1.0

+-] [-+ Preset 40

DN Accum 0

+------------------+

I:0 T4:8 O:0

19-]/[---] [--------------------------------------------------------------( )--

4 DN 4

O:0

+-] [-+

4

T4:5 +TON---------------+

20--] [----------------------------------------------TIMER ON DELAY +-(EN)-

DN Timer T4:9+-(DN)

T4:6 Time Base 1.0

+-] [-+ Preset 40

DN Accum 0

+------------------+

I:0 T4:9 O:0

21-]/[---] [--------------------------------------------------------------( )--

5 DN 5

O:0

+-] [-+

5

22-----------------------------------END+-------------------------------------

Magnetorques


y la salida O:0/0 se energizar con 120 VAC alimentando a la vlvula solenoide de aire y por lo tanto la Bomba de engrase trabajar hasta que el switch de cambio se accione por medio del pin del control de presin, terminando el ciclo de engrase manual. En el caso de querer borrar una falla, al presionar el switch de engrase manual/Reset, la lnea 17 del programa se hace falsa y la salida O:0/3 conectada al foco de falla se desenergiza instantneamente, sin embargo; al haberse iniciado al mismo tiempo un ciclo de engrase manual, en caso de no actuar el switch de cambio para terminar el ciclo, la luz volver a encenderse indicando falla y el engrase se cortar por la actuacin del temporizador de falla.

CAPITULO VI

FUNCIONAMIENTO Y PRUEBA DE LA PALA

Magnetorques


61.- PRUEBAS GENERALES 1. Para probar circuitos que contengan componentes electrnicos como diodos,

SCRs, transistores, tarjetas u otros dispositivos, debe usarse un multmetro digital en la posicin de resistencia. Jamas

Manual Magnetorques Pala Electrica 2100bl Pyh Potencia Control Sistemas Electricos

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