T€sis pR€vm n in OBTENCIÓN
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€SCU€LR POUTCCNICn NRCIONÍU FRCULTflD DC INGCNICRffl CLCCTRICA DCPflRTRMCNTO D€ €L€CTRONICR V CONTROL DIS€ÑO,CONSTRUCCION V RNALISIS D€L RCGULRDOR D€ VOLTDJC RLTCRNO €L€CTROM€CñNICO T€sis pR€vm n in OBTENCIÓN D€L TITULO D€ ING€NI€RO €N €L€CTRONICn V CONTROL Realizado por: 1&9&
Transcript of T€sis pR€vm n in OBTENCIÓN
€SCU€LR POUTCCNICn NRCIONÍU
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D€L TITULO D€ ING€NI€RO €N
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Realizado por:
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DEDICATORIA
A mis padres, por su esfuerzo ysacrificio en pos de • una"- ''dignaeducación para todos ' sus -hijos.
CERTFICACION
Certifico que el presente trabajoha sido, elaborado en su tota-lidad por el señor NicolásWladimir Saá M,ena/
J Luis CorralesDIRECTOR DE TESIS
AGRADECIMIENTO
Mi más sincero agradecimiento .alestaf de profesores del área decontrol . y electrónica ' '.depotencia, por la ayuda brindadapara la realización del presentetrabajo.
CONTENIDO
CAPITULO IINTRODUCCIÓN
1.1. INTRODUCCIÓN GENERAL . 1
!. 1.1 Justificación y Objetivo de la Tesis . 11.1.2 Definiciones 3
1.1.2.1. Transientes de voltaje 41.1.2.2. Ruido eléctrico 51.1.2.3. Variaciones de voltaje 51.1.2.4. Cortes de energía 6
1.1.3 Voltaje de trabajo de equipos típicos 6
1.2. CONFIGURACIÓN ELEGIDA 13
1.2.1 Sistemas de reducción de los efectos de lasaberraciones energéticas 131.2.1.1. Transformador de aislación 131.2.1.2. Transformador de rango variable 141.2.1.3. Regulador de voltaje 151.2.1,3 .a Autrotransformadores 151.2.1,3.b Reactancias saturables controladas
electrónicamente 161.2.1.3.C Reguladores con SCR 171.2.1.3.d Transformador ferroresonante 181.2.1.4. Acondicionadores de voltaje 191.2.1.5. Fuente ininterrumpida de voltaje 191.2.1.6. Supresores de Picos 20
1,2..2 El Regulador de Voltaje electromecánico 20
1.3. ESPECIFICACIONES BÁSICAS 22
1.3.1. Características técnicas básicas del reguladorelectromecánico 22
1.3.2. Potencia del regulador 22
CAPITULO IIDISEÑO DEL REGULADOR AUTOMÁTICO DE VOLTAJE
2.1. DISEÑO DEL REGULADOR ' 23
2.1.1. Diagrama de bloques y funcionamiento 23
2.1.2. Diseño del circuito de potencia 262.1.2.1. Conexión del variac 292.1.2.2. Relación de transformación del
BUCK&BOOST 372.1.2.3. Potencia del regulador 432.1.2.4. Servomotor 472.1.2.5. Switch de fin carrera 472.1.2.6. Contactor de conexión y desconexión de
salida 482.1.3 Diseño del circuito de control electrónico 48
2.1.3.1. Fuente de poder 512.1.3.2. Voltaje de referencia 54
2.1.3.3. Señal de maestreo 562.1.3.4. Amplificador de error 572.1.3.5. -Control ON-OFF . 592.1.3.6. Drivers y actuadores . ' 642.1.3.7. Sistema automático de reconexión 66
2.1.4. Supresor de transientes y ruido 68
2.2. PRUEBAS EXPERIMENTALES BÁSICAS 70
2.2.1. Funcionamiento del sistema 702.2.2. Ciclaje 712.2.4. Velocidad de respuesta 73
2.3. PRUEBAS EXPERIMENTALES DE LIMITE 75
2.3.1 Rango de regulación con carga 752.3.2. Velocidad de respuesta con carga 77
v 2.3.3. Distorsión armónica 792.3.4. Factor de potencia 81
CAPITULO IIIANÁLISIS DE RESULTADOS
3.1. Contraste de características dinámicas - 833.2. Eficiencia del sistema 883.3. Aspecto técnico económico del diseño 973.4. Recomendaciones 102
CAPITULO IVCONCLUSIONES 105
ANEXO 1Manual de Operación y Mantenimiento 110
ANEXO 2Bibliografía 112
ANEXO 3_V- Características Técnicos 114
CAPITULO IINTRODUCCIÓN
1.1 INTRODUCCIÓN GENERAL
1.1.1 Justificación y Objetivo de la Tesis
En el pasado, se podía ignorar las aberraciones existentes en el suministro de
energía eléctrica, debido a que éstas eran menos severas, frecuentes y sostenidas que las
que generalmente se presentan en la actualidad y por que los equipos utilizados eran
menos sensibles a dichas aberraciones^). Hoy en día, cuando elementos y dispositivos
electrónicos ocupan más áreas de aplicación, tanto en el hogar como en la industria, se
ha hecho muy importante el estudio de las aberraciones y conocer como afectan al
correcto funcionamiento de estos equipos modernos.
La civilización moderna continúa demandando más y más el uso de
computadoras, centros de procesamiento de datos y equipos electrónicos. Los
fabricantes responden con rapidez, desarrollando sistemas cada vez más complejos.
Mayor rapidez y complejidad implican mayor sensibilidad a las aberraciones del
suministro eléctrico.
Cualquier aberración eléctrica pequeña o transitoria que cause errores en el
manejo de datos, o produzca una caída total de un sistema constituye un serio problema
en el campo de las computadoras. No solamente los grandes centros de cómputo sino
también los pequeños computadores personales y sistemas procesadores de datos estarán
expuestos a este problema.
Parece difícil que las aberraciones energéticas puedan ser eliminadas por las
plantas de energía eléctrica, pues se ve que las especificaciones de regulación
implementadas han sido reducidas en algunas áreas para satisfacer la demanda de
energía eléctrica a un costo razonable.
-1-
La generalización de la demanda y utilización de equipos electrónicos sencibles
en distintas áreas tales como industriales o comerciales, a dado paso a que en el
mercado se comercialicen paralelamente, equipos de acondicionamiento de linea
necesarios para cumplir con los requerimientos de energia de los equipos modernos^).
El objetivo principal de esta tesis de grado es analizar el nivel de protección que
se puede obtener con un regulador de voltaje electromecánico de tipo comercial,
determinando su eficacia, máximos alcances de acondicionamiento, limitaciones propias
del sistema y áreas de aplicación.
Para cumplir con el objetivo establecido se procederá al diseño y construcción
del regulador, lo cual nos permitirá descubrir también, las limitaciones propias de cons-
trucción, que no podrían conocerse a fondo si se efectúa el análisis en un equipo ya
construido.
Para el diseño se tomará como referencia las características técnicas dadas por el
fabricante de reguladores electromecánicos de tipo comercial que existe en el mercado
Rango de voltaje de entrada
Salida nominal graduable
Frecuencia
Ciclaje
Control de posición del variac
Protecciones
Precisión de regulación
85 - 130 VAC
115 YAC
60 Hz
Senosoidal
Electrónico
De corriente y voltaje
+/- 2%
-2-
1.1.2 Definiciones
Aberraciones energéticas.- Definimos como aberración energética a toda
perturbación eléctrica extraña que aparece asociada a la linea de voltaje de alimentación.
Las aberraciones energéticas más comunes pueden ser agrupadas dentro de
cuatro tipos de problemas (2):
- Transientes de voltaje
- Ruido eléctrico
- Variaciones de voltaje
- Cortes de energía
-3-
(d)
PROBLEMAS ENERGÉTICOS COMUNESFIGURA 1.1
1.1.2.1 Transientes de voltaje: (figura l.la) Se denominan así a picos de voltaje de -
altísima magnitud y corta duración.
Los transientes pueden ser picos positivos o negativos y van desde pocos voltios a
miles de voltios sobre el valor RMS de la línea. Generalmente tienen un rápido tiempo
de elevación y un mayor tiempo de caída
Los transientes aparecen sobre las líneas, cuando existen equipos eléctricos que
son encendidos o apagados,
Cualquier encendido de motor o equipo eléctrico pesado genera una breve falla de
voltaje. Los rayos eléctricos en el exterior pueden introducir transientes de gran
magnitud sobre la línea y pueden ser capaces de quemar los componentes de equipos
electrónicos sensibles.
-4-
La operación normal de una linea de A.C. es alterada rutinariamente por tran-
sientes de voltaje, los mismos que pueden borrar datos almacenados y sumar o eliminar
bits en tránsito; o peor aún, destruir o causar daños en la electrónica de los equipos M>
1.1.2.2 Ruido eléctrico: (figura l.lb) Definido también como "Interferencias sobre las
líneas de A.C", constituye picos repetitivos de menor intensidad que los transientes pero
de más larga duración.
Hay dos tipos básicos: Ruido en MODO COMÚN (Interferencias entre una línea
y tierra) y ruido en MODO TRANSVERSO (Interferencias a través de las líneas).
Los ruidos en modo común ocurren más a menudo y es una causa de frecuentes
errores de datos.
El ruido es causado usualmente por interferencias de radio frecuencia (RFI), por
interferencias electromagnéticas (EMI), o por una combinacion.de ambas. En general, es
difícil encontrar un aparato que no produzca algún tipo de ruido. Como fuentes de RFI
puden incluirse: radio, televisión, transmisiones de micro onda como también soldadoras
de arco y rayos caidos en zonas distantes. Como generadores de EMI se incluyen:
calefactores, cafeteras, aire acondicionado, grafisadores, máquinas de escribir eléctricas,
termostatos controlados o equipos que operan motores.
Es virtualmente imposible para un equipo electrónico que comparte un circuito
con otro equipo eléctrico, escapar de tal ruido. A muy alta frecuencia el ruido puede
causar operaciones erráticas de elementos electrónicos sensibles y deterioro de com-
ponentes, que pueden terminar en fallas catastróficas (5).
1.1.2.3 Variaciones de voltaje: (figura l.lc) Las variaciones de voltaje son fe-
nómenos generados por la siempre demanda de energía eléctrica en todo el mundo.
-5-
Conforme crece la demanda eléctrica, las redes de distribución se sobrecargan
continuamente, originando las variaciones de voltaje. Esto sucede en las redes de
distribución de alto voltaje, en los transformadores de distribución, en las redes de ba-
rrios y por lo tanto en las casas, oficinas, edificios;etc.
Bajo estas condiciones, durante las horas de mayor consumo las sobrecargas
producen caídas de voltaje, y en las horas de poco consumo eléctrico se produce un
fenómeno inverso es decir excesivo voltaje.
Además durante el arranque de motores de refrigeradoras, ascensores, maquinaria
y otros equipos, se producen bruscos cambios de voltaje.
Se consideran bajones a las reducciones de voltaje por el orden de 5 a 15% del
voltaje nominal y esto normalmente ocurre cuando la demanda de la red eléctrica excede
la capacidad de la compañía eléctrica para satisfacerla; esta reducción voluntaria de
voltaje permite mantener el servicio de energía a la red. La mayoría de equipos están
diseñados con una aceptación del 10% de tolerancia a las variaciones de voltaje
1.1.2.4 Cortes de energía: (figura l.ld ) Es la suspensión total de energía debido a
fallas en las lineas eléctricas por caidas de estas, acción de protecciones u otras causas.
Generalmente el cincuenta porciento de todos los cortes de energía eléctrica son
corregidos dentro de seis segundos o menos, pero éstos son rnás que suficiente para
afectar a equipos electrónicos sensibles. Cuando la energía es cortada, las computadoras
pueden experimentar una completa pérdida de la memoria
1.1.3 Voltaje de trabajo de equipos típicos
Considerando que la caída de voltaje permisible entre la entrada de una
construcción y los terminales de entrada del equipo puede ser de hasta un 4% y sumando
a ésta el efecto de las siempre existentes cargas pesadas sobre las líneas da como
-6-
resultado un voltaje de alimentación que estará bordeando los límites de tolerancia de las
cargas especiales (2)
La Figura 1.2 presenta una característica típica de la energía utilizable. Los datos
de las variaciones de voltaje en lapsos de tiempos pequeños que se indican en el lado iz-
quierdo de la figura han sido obtenidos empíricamente o suministrados por el personal
de las compañías eléctricas^; al igual que las tolerancias de la rúente en lapsos de
tiempos largos. Los niveles de tolerancia de voltaje utilizable en industrias, después de
las pérdidas por construcción (+6%, -13%) son especificados por la,ANSÍ (ANSÍ C48.1).
La característica de +/- 5% y +/-10% son los niveles que las compañías eléctricas
establecen para mantenerse dentro del rango de tolerancia.
-7-
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.2.
La COMPUTER BUSSINES EQUIPMENT MANUFACTURES ASOCIATION
. (CBEMA) ha determinado un nivel de tolerancia para computadoras (Figura 1.3), Esta
envoltura define ios límites dentro de los cuales, las computadoras y equipos de
computación operaran satisfactoriamente, mientras que fuera del mismo la operación
puede ser errática o insegura. Superponiendo la curva de tolerancia de la CBEMA en la
de característica típica de energía utilizabie, (Figura 1.4) se ve que no obstante de los
mejores esfuerzos de las compañías eléctricas, no se mantienen las especificaciones de
toleracia en todo momento. Los datos históricos muestran muchos ejemplos de
desviaciones tanto bajo como sobre la tolerancia establecida.
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Imsec
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160%-
140%-
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A 1
.4.
Voltaje en estado estable
Voltaje transitorio
Voltaje continuo
Exactitud de frecuencia
1
Requerimientos tLpicos
de computadoras
(en conexiones de equipos)
120/208V + 10Í (t-10'i-ei
para equipos 1BH
Ni bajones o elevaciones
mayores al 201 en periodosrtd
mayores a 30 milisegundos
La mayoría de computadoras
no tolerara una pérdida de
voltaje por un periodo mayor
a 1S milisegundos
50 Hz + 0.5 Hz
2
Típica energía utilizable
(suministrada a la entrada
120/208V
-t
5*
(1-t-lOÍ en área industrial
Cacgas grandes en vecindad
Sobre la linea pueden
exceder limites de columna £
Completa eliminación de
servicio que exceda a 15
milisegundos, puede ocurrir
de switcheos de redes de
energia
Cargas pesadas repentina
pueden causar un cambio de
5¡l2 (más usualmente la
frecuencia es satisfactoria
3
Posible energía recibida
en conexiones de
equipos
120/208V
* 1 -91 l-t-SS-m
en área industrial
Debido a caidas entre fuente
y equipo
Con voltajes en estado
estable, mas bajos a los
listados arriba, las transi-
entes pueden sobrepasar
los limites
Discontinuidades de energia
mayores a 15 milisegundos
Adecuada exactitud de
frecuencia recibida en el
computador
4
Posibles resultados <\e
problemas energéticos
en columna 3
Errores de salida, pe
idi'
lus
de información costo y
tiempo
Errores, paradas, posibles
daños de equipos, perdidas
de información reencendidos
Paradas inesperadas danos
de equipos pérdidas tic
información costo y tiempo
reencendidos
No hay efectos
ENERGÍA SUMINISTRADA Vs. ENERGÍA REQUERIDA
TABLA 1.1
-12-
La tabla 1.1. compara el voltaje suministrado por la compañía eléctrica con los
requerimientos de un centro de procesa-miento de datos típico y se puede apreciar los
'típicos efectos de incompatibilidad entre los dos. Nótese que ios daños en equipos de
computación son causados posiblemente por alguno de los problemas energéticos
presentados, que generalmente ocasionan pérdidas de tiempo, dinero y errores en el
procesamiento de datos.
Todo lo anotado obviamente esta comenzando a devenir en que la mayoría de
sistemas de computación vengan incompatibles con la energía con la cual ellos operan,
Por lo tanto se ve que un equipo de interface se hace necesario para asegurar un correcto
funcionamiento de los equipos especiales.
1.2 CONFIGURACIÓN ELEGIDA
1.2.1 Sistemas de reducción de los efectos de las aberraciones energéticass
Como se anotó anteriormente, hay básicamente cuatro tipos de problemas
energéticos: Cortes de energía, variaciones de voltaje, transientes y ruido superpuesto
sobre la línea.
Es posible encontrar en el mercado equipos de diferentes tecnologías, que
solucionan estos problemas energéticos y se los puede clasificar dentro de los siguientes
principios de funcionamiento:
1.2.1.1 Transformador de aislación: (Figura. 1.5) Constituye un
transformador que es capaz de atenuar el paso de ruido o transientes desde su bobinado
primario a su bobinado secundario. Este equipo es solamente efectivo cuando el ruido es
introducido al circuito como modo común de voltaje, y podría detectar y eliminar ruido
de modo transverso si se construye un sistema adecuado de blindaje.
-13-
EHTRADA SALIDA
TRANSFORMADOR DE AISLACION
FIGURA 1.5
1.2.1.2 Transformador de rango variable: En realidad constituye un tipo de
autotransformador, que básicamente consiste en un switch actuador de divisor de voltaje
como el indicado en la Figura 1.6
El equipo tiene un solo propósito, el de permitir al usuario un manual incremento
o disminución de la línea de voltaje para corregir las variaciones existentes. Obviamente
no tiene ningún uso, al menos que un operador monitoree la señal de voltaje constante-
mente y realice ajustes cuando las variaciones ocurran.
Aún cuando un operador este presente es imposible para él accionar los cambios a
tiempo para prevenir las aberraciones sobre la línea de alimentación de cargas críticas.
SAIIDA AC
ENTRADA AC
TRANSFORMADOR DE RANGO VARIABLE
FIGURA 1.6
-14-
1.2.1.3 Regulador de voltaje: El regulador de voltaje es un equipo que acepta un
voltaje de entrada alterno de línea y mantine un voltaje de salida que es relativamente
constante, sin verse afectado por las variaciones de la entrada que ocurran dentro de un
rango de voltaje específico.
Entre las técnicas más comunes de regulación tenemos:
1.2.1.3a Autotransformadores
El autotransformador es utilizado en un buen número de reguladores de voltaje.
Algunos utilizan el principio de reostaro (autotransformador variable) como el indicado
en la Figura 1.7; otros usan un autotransformador de taps con un control de conexión,
como se muestra en la Figura 1,8. En cualquier caso el autotransformador es utilizado
para desarrollar un voltaje variable, el cual es añadido a la línea de voltaje AC de entrada.
Conedcm devolt aje
SAIIDÁ ÁC
AUTOTRANSFORMADOR VARIABLE
FIGURA 1.7
El regulador mostrado en la Figura 1.7 usa un servosistema para variar la salida.
Una muestra de voltaje de entrada o salida es rectificada, filtrada y añadida a la salida de
una referencia de voltaje DC de fuente; cualquier diferencia entre la muestra y la
referencia es aplicada a un amplificador, y su salida es usada para manejar un motor que
-15-
controla el autotransformador variable en la dirección deseada para corregir el cambio de
voltaje de la entrada.
El sistema de la Figura 1.8 utiliza un autotransformador de taps a cambio del
anterior de variación continua. Al igual que el sistema con servo, una muestra de DC es
derivada de la entrada o salida de voltaje y comparada con una referencia de voltaje DC.
La salida del comparador controla el sistema que maneja la posición de los switches,
cambiando la posición del del tap cuando se produzcan los cambios en el voltaje de
entrada que son suficientemente grandes para causar la salida del comparador.
i , . ,-.AljluU'dlIMUl' l l ldUUL1 O
1
1Muestra deVoltaje
ENTRADA AC
_
Voltaje deReferencia
r-u^ c . v
t b'ALiDA ACComparador • Memoria Driv'ers
AUTOTRASNFORMADOR DE TAPS
FIGURA 1.8
1.2.1.3b Reactancias saturables controladas electrónicamente
La reactancia saturada controlada electrónicamente se muestra en la Figura 1.9
que también incluye un autotransformador, pero en este caso el elemento del circuito no
es variable. En este caso el autotransformador es conectado en serie con una reactancia
saturable. La salida del autotransformador es censada y el voltaje es aplicado al circuito
de control que varía el efecto de la reactancia saturable.
-16-
ENTRADA ÁC SALIDA ÁC
REACTANCIAS SATURABLES CONTROLADAS ELECTRÓNICAMENTE
FIGURA 1.9
El circuito de control consiste de un sensor, un filtro, una fuente de referencia DC
y un amplificador. El sensor puede ser un diodo rectificador que producirá una salida
DC proporcional al valor medio AC. La salida censada es entonces comparada con el
voltaje de referencia y la diferencia es aplicada al amplificador A. Su salida es aplicada
al bobinado de control de la reactancia saturable, para variar su impedancia y consecuen-
temente la salida regulada.
1.2.1.3c Reguladores con SCR
El regulador con SCR indicado en la Figura 1.10 varía el voltaje primario de un
transformador a través de un control de fase; una ley de detección aproxima el voltaje
RMS de la salida para luego ser filtrada y comparada con un voltaje DC de referencia.
La diferencia de voltaje es amplificado y controla los pulsos de disparo que determinan
el tiempo de conducción de los SCR.
ENTRADA ÁC
S.C.ÍCON'
L[ROL
<H?>V Filtro Rectificador
b'A-LlUA Á^
ReferenciaD.C.
REGULADOR CON SCR
FIGURA 1.10
-17-
1.2.1.3d Transformador ferroresonante
Este transformador es muy similar en apariencia al transformador convencional
de potencia, pero a diferencia de él, produce un voltaje constante de salida aunque el
voltaje de entrada fluctúe.
El transfomador ferroresonante, esta diseñado para operar en saturación. La
Figura 1.11 da una representación simplificada. Las flechas indican el camino del flujo
tanto primario como secundario dentro del núcleo.
La característica de regulación depende de dos cosas: El tamaño del espacio
abierto en la sección central del núcleo y la relación entre la inductancia del bobinado
secundario Ws y la capacitancia C
Cuando una corriente alterna comienza a circular a través del bobinado primario,
el flujo resultante produce un voltaje secundario; debido a que el núcleo tiene una
abertura en su parte central presenta una alta reluctancia, el flujo acopiado esta -
principalmente en la sección del núcleo exterior, en estas circunstancias el voltaje
secundario esta determinado principalmente por la relación de vuelta del transformador.
TRANSFORMADOR FERRORESONANTE
FIGURA 1.11
Cuando Ei.se incrementa, el flujo se intensifica y con esto la inductancia de Ws.
Como la reactancia de Ws alcanza a igualar la reactancia de C, los dos entran en reso-
nancia produciéndose un voltaje que es más alto que el producido por la relación de
-18-
ENTRADA SALIDA
TRANSFORMADOR DE AÍSLACION
FIGURA 1.5
1.2.1.2 Transformador de rango variable: En realidad constituye un tipo de
autotransformador, que básicamente consiste en un switch actuador de divisor de voltaje
como el indicado en la Figura 1.6
El equipo tiene un solo propósito, el de permitir al usuario un manual incremento
o disminución de la línea de voltaje para corregir las variaciones existentes. Obviamente
no tiene ningún uso, al menos que un operador monitoree la señal de voltaje constante-
mente y realice ajustes cuando las variaciones ocurran.
Aún cuando un operador este presente es imposible para él accionar los cambios a
tiempo para prevenir las aberraciones sobre la línea de alimentación de cargas críticas.
SALIDA AC
ENTRADA AC
TRANSFORMADOR DE RANGO VARIABLE
FIGURA 1.6
-14-
1.2.1.3 Regulador de voltaje: El regulador de voltaje es un equipo que acepta un
voltaje de entrada alterno de línea y mantine un voltaje de salida que es relativamente
constante, sin verse afectado por las variaciones de la entrada que ocurran dentro de un
rango de voltaje específico.
Entre las técnicas más comunes de regulación tenemos:
1.2.1.3a Autotransformadores
El autotransformador es utilizado en un buen número de reguladores de voltaje.
Algunos utilizan el principio de reostaro (autotransformador variable) como el indicado
en la Figura 1.7; otros usan un autotransformador de taps con un control de conexión,
como se muestra en la Figura 1.8. En cualquier caso el autotransformador es utilizado
para desarrollar un voltaje variable, el cual es añadido a la línea de voltaje AC de entrada.
Conexiondevoftaje
ENTRADA AC
SALIDA AC
AUTOTRAiNSFORMADOR VARIABLE
FIGURA 1.7
El regulador mostrado en la Figura 1.7 usa un servosistema para variar la salida.
Una muestra de voltaje de entrada o salida es rectificada, filtrada y añadida a la salida de
una referencia de voltaje DC de fuente; cualquier diferencia entre la muestra y la
referencia es aplicada a un amplificador, y su salida es usada para manejar un motor que
-15»
controla el autotransformador variable en la dirección deseada para corregir el cambio de
voltaje de la entrada.
El sistema de la Figura 1.8 utiliza un autotransformador de taps a cambio del
anterior de variación continua. Al igual que el sistema con servo, una muestra de DC es
derivada de la entrada o salida de voltaje y comparada con una referencia de voltaje DC.
La salida del comparador controla el sistema que maneja la posición de los switches,
cambiando la posición del del tap cuando se produzcan los cambios en el voltaje de
entrada que son suficientemente grandes para causar la salida del comparador.
* , . t i ^AuluU'dlIiLui ' l l ldÜUL1 *->
11Muestra deVoltaie
ENTRADA AC—
Voltaje deReferencia
TXU— c,^v~
| SALIDA AC
Comparador • Memoria Dráers
AÜTOTRASNFORMADOR DE TAPS
FIGURA 1.8
1.2.1.3b Reactancias saturables controladas electrónicamente
La reactancia saturada controlada electrónicamente se muestra en la Figura 1.9
que también incluye un autotransformador, pero en este caso el elemento del circuito no
es variable. En este caso el autotransformador es conectado en serie con una reactancia
saturable. La salida del autotransformador es censada y el voltaje es aplicado al circuito
de control que varía el efecto de la reactancia saturable.
-16-
ENTRADA ÁC SALIDA ÁC
REACTANCIAS SATURABLES CONTROLADAS ELECTRÓNICAMENTE
FIGURA 1.9
El circuito de control consiste de un sensor, un filtro, una fuente de referencia DC
y un amplificador. El sensor puede ser un diodo rectificador que producirá una salida
DC proporcional al valor medio AC. La salida censada es entonces comparada con el
voltaje de referencia y la diferencia es aplicada al amplificador A. Su salida es aplicada
al bobinado de control de la reactancia saturable, para variar su impedancia y consecuen-
temente ia salida regulada.
1.2.1.3c Reguladores con SCR
El regulador con SCR indicado en la Figura 1.10 varía el voltaje primario de un
transformador a través de un control de fase; una ley de detección aproxima el voltaje
RMS de la salida para luego ser filtrada y comparada con un voltaje DC de referencia.
La diferencia de voltaje es amplificado y controla los pulsos de disparo que determinan
el tiempo de conducción de los SCR.
ENTRADA ÁC
S.C.ÍCON
1FRQL
<^A
•
f
A , . ,
Fítoo
ReferenciaD.C.
RectificadorSALIDA ÁC
REGULADOR CON SCR
FIGURA 1.10
-17-
1.2.1.3d Transformador ferroresonante
Este transformador es muy similar en apariencia al transformador convencional
de potencia, pero a diferencia de él, produce un voltaje constante de salida aunque el
voltaje de entrada fluctúe.
El transfomador ferroresonante, esta diseñado para operar en saturación. La
Figura 1.11 da una representación simplificada. Las flechas indican el camino del flujo
tanto primario como secundario dentro del núcleo.
La característica de regulación depende de dos cosas: El tamaño del espacio
abierto en la sección central del núcleo y la relación entre la inductancia del bobinado
secundario Ws y la capacitancia C
Cuando una corriente alterna comienza a circular a través del bobinado primario,
el flujo resultante produce un voltaje secundario; debido a que el núcleo tiene una
abertura en su parte central presenta una alta reluctancia, el flujo acoplado esta -
principalmente en la sección del núcleo exterior, en estas circunstancias el voltaje
secundario esta determinado principalmente por la relación de vuelta del transformador.
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1
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__^- C
T- 1 o
C Es
TRANSFORMADOR FERRORESONANTE
FIGURA t.ll
Cuando Ei.se incrementa, el flujo se intensifica y con esto la inductancia de Ws.
Como la reactancia de Ws alcanza a igualar la reactancia de C, los dos entran en reso-
nancia produciéndose un voltaje que es más alto que el producido por la relación de
-18-
transformación independiente. Esta resonancia rápidamente reduce la la reluctancia de la
sección abierta del núcleo y se incrementa el flujo del núcleo a saturación.
Adicionalmente la corriente primaria puede causar cambios del flujo, pero estos son
largamente absorvidos por el espacio abierto del núcleo haciendo que el bobinado
secundario aparezca saturado.
1.2.1.4 Acondicionadores de línea
Los acondicionadores de línea o también llamados acondicionadores de potencia,
combinan las características del transformador de aislación y regulador de voltaje, pues
provee tanto regulación como protección contra ruido.
1.2.1.5 Fuente ininterrumpida de voltaje
Para aplicaciones donde se require protección contra falta total de energía, una
fuente de energía de respaldo es la única solución; pero esta solución ofrece dos
alternativas: STANDBY POWER SOURCE (SPS) y5 UNINTERRUMPTIBLE POWER
SUPLY (UPS).
Ambos diseños SPS y UPS contienen un inversor que cambia el voltaje DC de las
baterías a un voltaje AC de salida. Sin embargo el SPS es un. equipo que mantiene su
batería cargándose, hasta que la falla de energía ocurra; el tiempo de respuesta puede ser
lo suficientemente rápido para ser tolerado por los equipos de comunicación de datos, por
lo tanto las especificaciones de ejecución tanto del SPS y del equipo al cual va ha servir,
deben ser cuidadosamente comparados.
Si el tiempo de respuesta del SPS no es lo suficientemente rápido par satisfacer la
tolerancia de los equipos, una verdadera fuente de energia ininterrumpible es requerida;
un UPS (on Une) es lo aconsejable. En el UPS el voltaje comercial alterno es manejado
por rectificadores, los cuales convierten el voltaje alterno en voltaje continuo y cargan al
.banco de baterías. •
El voltaje es nuevamente convertido en alterno por un inversor que alimenta a la
carga; sin embargo, cualquier caída de la línea de voltaje alterna será compensada por el
banco de batería, dado que esta siempre presente no hay tiempo de retardo involucrado
en la transición. Con la energía de las baterías siempre sobre la línea la salida del UPS es
permanente y la carga no detecta las pérdidas de energía.
1.2.1.6 Supresores de picos
Constituyen elementos de estado solido, cuyo propósito es la protección de
equipos eléctricos sensibles, contra transientes de voltaje; limitando estos picos de
voltaje a valores no perjudiciales.
1.2.2 El Regulador de Voltaje Electromecánico
En el mercado nacional se encuentran básicamente dos tecnologías de reguladores
de voltaje que funcionan con el principio de autotransformador y que imperan en el
campo de protección para sistemas de computo; estas técnicas son:
- Electromecánicos (autotransformador variable)
- Electrónicos (autotransformador de taps)
Para centros con gran consumo de energía, ya sean estas cargas monofásicas,
bifásicas o trifásicas, el tipo de regulador utilizado se reduce al tipo electromecánico.
Por ser el modelo más económico, se tiende a seleccionar el regulador
electromecánico y este es el sistema que se construyó para para analizar y determinar sus
- -20-
características reales de regulación. De esta forma, se podrá extraer valiosa experiencia
que permita deducir recomendaciones en cuanto a su uso y aplicaciones.
El modelo a investigarse es el de un regulador monofásico de potencia
intermedia, como prototipo de análisis de reguladores de mayor potencia y aplicable para
cargas monofásicas, bifásicas y trifásicas, bajo el mismo principio de funcionamiento.
El regulador de voltaje electromecánico está básicamente constituido de un
servomotor, variac (autotransformador variable) y un circuito electrónico de control.
El autotransformador es utilizado para obtener un voltaje variable, el cual es
añadido a la línea de voltaje de entrada, para efectuar la correción.
El servomotor controla la posición del transformador variable, ubicándolo en el
punto adecuado para corregir el cambio de voltaje de entrada.
El circuito electrónico es el encargado de hacer funcionar adecuadamente el
sistema, conviertiéndose en el cerebro del equipo, ya que analiza el voltaje de entrada y
determina si se debe o no hacer una corrección para luego comandar dicho proceso.
Adicionalmente, el sistema posee otros elementos para dar mayor seguridad al
sistema; esto es: protecciones de cortos, circuitos y sobrecargas.
-21-
1.3 ESPECIFICACIONES BÁSICAS
^
1.3.1 Características Técnicas Básicas del Regulador Electro mecánico
Como se puede ver en la figura 1.3, en la que se muestra la tolerancia de voltaje
aceptable por computadoras (CMBA), ésta depende tanto de la magnitud como del
tiempo de duración de la falla de voltaje existente; pero se limita a un rango de 4-6% y -
13% para el estado estable.
Considerando estas especificaciones mínimas necesarias para el correcto
funcionamiento de las computadoras (se toma el computador como un ejemplo típico
solamente) y las epecificaciones técnicas de un producto comercial^) que presenta una
tolerancia de regulación de +/- 2%; se decidió tomar estas especificaciones como las
mínimas necesarias que debia cumplir esta tesis:
Las especificaciones básicas de un regulador de voltaje de tipo electromecánico
pueden establecerse de la siguiente forma:
Exactitud (tolerancia) +/- 2%
Frecuencia 60 Hz
Forma de onda sinusoidal
Distorsión armónica O
Rango de voltaje de entrada 85 - 130V.
1.3.2 Potencia del Regulador
Tomando en consideración la disponibilidad económica, y la facilidad de equipos
para las pruebas finales de funcionamiento se establece la construcción de un regulador
de potencia base de 3 KVA.
-22-
CAPITULO IIDISEÑO DEL REGULADOR DE VOLTAJE
ALTERNO ELECTROMECÁNICO
2.1 DISEÑO DEL REGULADOR
2.1.1 Diagrama de bloques y funcionamiento
Como se puede observar en el diagrama de bloques de la Figura 2.1: el regulador
de voltaje electromecánico está constituido por un circuito de potencia y un circuito de
control electrónico.
El regulador efectúa la corrección del voltaje de entrada a través de la suma o
disminución (según sea necesario) de un voltaje conectado en serie con la alimentación
de entrada al regulador (Buck & Boost).
El circuito de potencia está formado por aquellos elementos que manejan la parte
pesada del sistema y que en conjunto sirven para generar el voltaje de corrección, estos
elementos son:
ÍTEM DESCRIPCIÓN CANT.
1 Variac 1
2 Motor de doble giro 1
3 Buck & boost 1
El Buck & Boost constituye un transformador reductor cuyo bobinado secundario
se conecta en serie con la entrada de voltaje del regulador. La variación de este voltaje
de correción, se logra a través de un autotransformador variable (variac), ya que su salida
variable es conectada al bobinado primario del Buck&Boost. A través de un servo motor
-23-
interconectado mecánicamente, se efectúa el movimiento de su toma variable en el
sentido requerido y determinado por el circuito de control electrónico.
El circuito de control electrónico constituye el cerebro del equipo y determina si
es o no necesaria la corrección de voltaje. Está formado por elementos electrónicos que
en conjunto, realizan la función de sensado del voltaje de salida y mandos de control, que
dan la orden para la corrección. Para lograrlo, la unidad de sensado toma una muestra de
la señal de salida, que una vez rectificada y futrada, es comparada con una referencia de
voltaje DC de la fuente; cualquier diferencia entre la muestra y la referencia es
amplificada por un amplificador, cuya salida será' comparada para dar órdenes de control
al motor que hará girar al variac en la dirección necesaria para la corrección del voltaje
de entrada.
-24-
o i 1
ENTR
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AJE
AC
FIG
UR
A 2
.1.
-25-
2.1.2 Diseño del circuito de potencia
En la Figura 2.2 se presenta el circuito de potencia del regulador implementado.
Como se puede observar, está conformado por los siguientes elementos principales:
ÍTEM DESCRIPCIÓN CANT.
1 Yariac 1
2 Servo motor 1
3 Back & boost 1
4 Contactor 1
Debido a la potencia de construcción deseada (3.5 KVA) y considerando un
diseño aplicable para grandes potencias, es necesario utilizar el transformador reductor
buck&boost, con el bobinado secundario conectado en serie con la entrada de voltaje y el
bobinado primario en paralelo con la toma variable del variac. Esta forma de conexión
permite reducir el requerimiento de potencia del variac, debido a que la corriente pesada
(de carga del regulador), circulará por el bobinado secundario del buck&boost en tanto
que, por su bobinado primario y el variac, la corriente circulante será menor.
Los diferentes niveles de voltaje en el secundario del buck&boost que se suma a
la línea de voltaje de entrada para su correción (como se puede observar en el circuito de
potencia - ñg. 2.2), es obtenida a través del voltaje variable del variac, conectado
directamente al primario del buck&boost.
El movimiento y dirección de la escobilla del variac se logra a través del servo
motor, interconectado mecánicamente (giran sobre el mismo eje) con el variac y
controlado por el circuito de control electrónico o manualente si así se desea.
-26-
Se incorporan switches de fin de carrera en serie con el servo motor/para
desconectar la alimentación del mismo, cuando el variac alcance sus límites de recorrido.
El circuito incluye además un intercepta termo magnético que dará la protección
contra cortocircuitos y sobre cargas.
Para asegurar la conexión de salida únicamente cuando el voltaje esté regulado,
existe un contactor que conectará la salida del regulador cuando haya transcurrido el
tiempo necesario requerido para la corrección.
La parte del diseño del circuito de potencia que requiere mayor atención
corresponde a la conexión correcta del variac y la determinación de la relación de
transformación del buck&boost a utilizar. Por tal motivo, se describen a continuación
los criterios considerados para el diseño.
-27-
SAL
IDA
CIR
CU
ITO
DE
PO
TE
NC
IAF
IGU
RA
2.2
.
-28-
2.1.2.1 Conexión del variac
En razón de obtener un regulador de voltaje que permita controlar un amplio
rango de voltaje de entrada (85-130Y), se hace necesario optimizar la utilización del
variac.
Si realizamos un análisis de las posibilidades de conexión del variac en el sistema
(Figura 2.3), llegamos a la conclusión de que la óptima corresponde a la presentada en la
Figura 2.3.b.
-29-
SA
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VA
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CFI
GU
RA 2
.3.
-30
-
Como se puede apreciar, la alternativa de conexión 2.3b permite tener un mayor
número de espiras sobre el punto fijo del variac, esto conlleva a obtener un voltaje mayor
sobre el primario del buck&boost en el momento que el voltaje de entrada sea bajo y por
lo tanto también un mayor voltaje en el secundario del buck&boost para compensar este
voltaje bajo de entrada.
La forma de conexión de la Figura 2.3.b permite tener un alcance de regulación
mayor, tal como el deseado (85-130V), en tanto que con la conexión 2.3a este rango se
ve limitado.
La determinación de los puntos de conexión de las tomas del variac, tanto de la
entrada de voltaje y del punto fijo de referencia de salida variable, son calculados en
función del tipo de variac disponible y de las especificaciones del rango de regulación de
entrada del regulador a construir.
El variac disponible para la conexión de nuestro regulador, presenta las siguientes
características:
Vo= OV-140V
A = 22Ai
P = 3.1KVA
F = 50/60Hz
N = 176 número de espiras totales
M = 147 número de espiras de entrada
Vin= 120V
Para la localización de las tomas de interconexión en el variac, es necesario
analizar los 2 casos extremos de funcionamiento del regulador; es decir, cuando está
actuando como un elevador (Boost-figura 2.4.a) y cuando actúa como reductor (Buck-
fígura 2.4.b); estos esquemas se presentan en la figura 2.4, donde:
-31-
- NI representa el número de espiras contadas desde el punto de referencia de entrada
(neutro) hasta el punto fijo de salida variable
- N2 el número de espiras entre el punto fijo de salida variable hasta el punto de entrada
de voltaje
- N3 el número de espiras contadas desde el punto de entrada de voltaje hasta la última
espira del variac.
-32-
ENTRADA
Q
V H3 H2
O
EN
TR
AD
AN3
SAIIDA o
N2
Vin
=]N
I
o
o
T -15v
ALIDA
FIGURA 2.4.a
FIGURA 2.4.b
CASOS EXTREMOS DE FUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR
FIGURA 2.4
-33-
Los datos predefinidos y que pueden ser calculados a partir de las
especificaciones del variac, son los siguientes:
a) Voltaje por espira permitido (V/esp).
Puede ser calculado considerando cual es el voltaje máximo que puede recibir el
variac sin que éste se dañe.
El voltaje máximo especificado de entrada del variac es 120V y si contamos el
número de espiras de entrada de una manera física, que es 147 espiras, implica que el
voltaje permitido por espira será la división de 120 para 1475 es decir 0.816, que se
puede aproximar para cálculos al valor de O.SV/esp.
b) Número total de espiras (N).
Constituye un dato implícitamente conocido,pués se puede determinar realizando
un conteo físico directo en el variac., para nuestro caso este valor es N= 176 espiras.
De las figuras 2.4.a y b se puede concluir que se entregará un máximo
voltaje/espira cuando el regulador está actuando como reductor; y esta relación
voltaje/espira estará determinada por la ecuación No. 1.
Volt/esp. = Vinmax (1)N1+N2
Donde:
Vin max = Voltaje máximo de entrada
NI + N2 = Número de espiras de entrada
-34-
Para evitar el deterioro de variac, debemos hacer que la ecuación No. 1 cumpla
.con la relación de voltaje/espira que permite el fabricante (0.8V/esp.) y por lo tanto
podremos encontrar el número de espiras N1+N2.
N1+N2 = Vinmax = 130 = 162.5
Con el número total de espiras del variac que es un dato conocido (N — 176),
podemos determinar el número de espiras N3, usando la ecuación No. 2.
N = 176 = N1+N2 + N3 . (2)
De donde:
N3= 176-(N1+N2) (3)
N3= 176-163
N3= 13
Si: Vx = voltaje en el bobinado primario del buck&boost cuando el regulador está en su
conexión extrema "elevador"
Vx— voltaje en el bobinado primario del buck&boost cuando
regulador está en su conexión extrema "reductor".
En el caso elevador:Vol/esp = Vmin = 85V = 0.5215
N1+N2 163esp
Vx = Volt*(N2+N3)esp.
Vx = 0.5215 N2 +0.5215 N3
Vx = 0.5215 N2 +0.5215 * 13
Vx = 0.5215 N2 +6.7795 ' (4)
-35-
En el caso reductor:
Vol/esp = Vin max « 130 = 0.7975N1+N2 163
Vx' = 0.7975 * NI (5)
Si la relación de transformación del BUCK&BOOST es r y conociendo que los
voltajes en el secundario son:
30V como elevador
15V como reductor
Se deberá cumplir la siguiente igualdad:
Vx = r = Vxi30 15 (6)
Si se reemplaza (4) y (5) en (6):
0.5215 N2 + 6.7795 = 0.7975 NI30 15 • (7)
Utilizando las ecuaciones 2 y 7 se concluye:
N2 = 120
NI = 43
N3 = 13
-36-
2.1.2.2 Relación de transformación del BUCK & BOOST
Hasta el momento se ha logrado determinar únicamente las tomas de conexión
del variac NI, N2 y N3; ahora se hace necesario conocer los datos del BUCK&BOOST
a ser utilizado, es decir la potencia de éste y su relación de transformación.
Existen 2 formas para determinar la relación de transformación del buck&boost
que se utilizará en el diseño. Analicemos cual es la más adecuada:
1. Si diseñamos el circuito a partir de la carga, tomaríamos los siguientes datos de las
necesidades de la carga:
Datos para construcción (requerimientos de la carga)
Potencia de carga: P = 3500 VA
Voltaje de alimentación: Vo = 115V
Frecuencia: F = 60 Hz
Amperaje: A = 3500 = 30.4A .
115
La relación de transformación del BUCK&BOOST será escogida de acuerdo a
nuestro criterio; y así, con la corriente de carga (conectada en el secundario del
BUCK&BOOST) y la relación de transformación escogida se puede determinar la co-
mente en el primario del BUCK&BOOST y con esto el tipo de variac (capacidad de
corriente) que se requiere para el diseño. Este procedimiento puede llevarnos a
determinar la necesidad de un variac que no existe en el mercado, por lo tanto no es
conveniente.
-37-
2. Es más conveniente para el diseño, partir de la utilización de un variac de tamaño
standar conocido, lo cual nos permitirá construir un regulador de potencia base y a partir
de éste poder construir reguladores de mayor potencia a través de conexiones en
paralelo de acuerdo con las necesidades de carga.
Por lo anotado en los puntos 1 y 2, para nuestro diseño consideraremos como dato el
variac disponible del laboratorio y llegaremos a determinar la máxima potencia del
regulador a construir con este variac, así como también la relación de transformación del
BUCK&BOOST requerido.
De lo desarrollado para la determinación de las tomas del variac, se concluye que:
Vx1 = 0.7975* NI
Vx1 = 0.7975 * 13 = 34.29
Vx = 0.5215(N2+N3)
Vx = 0.5215* 163 = 69,36
Con los voltajes del primario y secundario podemos obtener la relación de
transformación'del BUCK&BOOST, es decir:
Vx = 69.36 = 2.31230 30
Vx'- 34.29 = 2.28615 15
Lo que nos indica que la relación de transformación de nuestro BACK&BOOST a
construir es de r = 2.2.
Para el diseño y construcción del Buck&Boost partimos de Jas condiciones
establecidas:
-38-
Corriente por su bobinado secundario =41A
Máximo voltaje de salida en secundario -30V
• Relación de transformación = 2.2
Considerando que debe haber un margen de seguridad, elevamos la capacided de
corriente en un 35 por ciento; es decir capacidad de cuarenta y un amperios (41 A).
En el gráfico de la Figura 2.5, se presenta el esquema de lámina disponible para la
construcción del transformador con sus parámetros de identificación y su curva
característica del flujo magnético (B) versus intensidad de campo (H).
De la curva característica presentada en la figura 2.5, se concluye que para un
buen funcionamiento de nuestro transformador (circuito magnético) se toma el valor de
flujo magnético de 13000 gauss.
Las láminas existentes en el mercado local, se diferencian por la superficie
utilizable (Su), definida como el área disponible para la construcción del bobinado (Su=•5
3a~). Estas fueron:
Lamí
Lam2
Lam3
Lam4
Lam5
Su = 232 mm(2)
Su = 300mm(2)
a=8;8mm 6a=53mm
a = 1 Omm 6a = 60mm
a= 13,lmm 6a.= 78,5mm
Su = 1200mm(2) a= 20mm 6a = 120mm
Su = 2436,75mm(2) a = 28,5 6a = 171mm
Su = 514 mrn'(2)
A partir de la ecuación que relaciona el voltaje eficaz (Vrms) en función de la
densidad máxima de flujo Bmax^), podemos determinar el área de la sección del
transformador a construir.Vrms = 4,44 f NABmax x 10"8 Volt
-39-
. ' Donde: f ~ frecuencia en ciclos por segundo (60Hz).
A = Área de la sección transversal del circuito magnético (asumido uniforme) cm2
Bmax = Máxima densidad de flujo magnético en Gausss.
N = Número de espiras
r = Relación de transformación
El número de espiras del bobinado primario NI y del secundario N2, se calculan
utilizando la relación de transformación definida (r), el tamaño de la superficie utilizable
del transformador (Su) y el diámetro del conductor de cobre a utilizarce (d).
Por la relación de transformación y capacidad de comente requerida por el
transformador, será necesario utilizar los siguientes conductores de cobre:
Bobinado primario: capacidad= 19 A
conductor= 10 AWG
diámetro de conductor^ dl= 2557mm
Bobinado secundario: capacidad=41 A
conductor= 6 AWG
diámetro de conductor^ d2= 4.08rnrn
Si se considera que el área ocupada por cada hilo de cobre es igual a su diámetro
al cuadrado tendremos:
Su=Nidl2+N2d22
Donde: Su= Superficie utilizable (figura 2.5)
Nl= Número de espira del bobinado primario
N2= Número de espiras del bobinado secundarioSi t= Nl= 2,2 y utilizamos Lamina 5 (Su= 2436,75mm2)
N2
-40-
podemos reemplazar los datos en la ecuación de superficie utilizable, obteniéndose los
valores de N2= 79 vueltas y Nl= 174 vueltas.
El área de la sección del transformador (A) calculamos con los datos de N2= 79
Voltaje eficaz en el secundario Vrms= 30V, Bmax= 13000 Gauss aplicados a la ecuación
del voltaje eficaz; obteniéndose como resultado:
A=10.97cm2
Si damos un cierto margen: A= a*b*0.9 (figura 2.5)
Se concluye que el transformador a construir deberá tener un espesor de b=
4,27cm.
-41-
Ip =
19A
AW
Gtt
lO
3a
Io=
41 A
AW
Gft
6
B r
1300
IOD
O
H
2a
Su =
ax
3a
Lain
#5 =
243
6.75
Tim
x-nr
mn
A =
a
xb
xO
.S
LA
MIN
A
PA
RA
C
ON
ST
RU
CC
IÓN
D
E
TR
AN
SF
OR
MA
DO
RF
IGU
RA
2
.5
-42
-
-s&
2.1.2.3 Potencia del regulador
Como se puede observar en la fig. 2.4, en cualquiera de los dos casos extremos de
funcionamiento del regulador (como elevador -como reductor), siempre el
autotransformador variable tendrá una conexión como reductor de voltaje: es decir,
entregando en su salida de voltaje variable un valor no mayor a 30V, que es inferior a los
85V ó 130V de entrada de alimentación.
Por lo anotado anteriormente y considerando que en el caso de conexión del
~~f* autotransformador como reductor (figura 2.6) se cumple que:
-43-
ENTR
ADA
n
Q
»-
VI
12
Buck
kBoo
si
AU
TO
TR
AN
SF
OR
MA
DO
R C
OM
O R
ED
UC
TO
RF
IGU
RA
2.6
.
-44-
Pl = P2 = Potencia de entrada = potencia de salida
V1*I1 = V2*I2
Si:
V2 < VI (Caso reductor), entonces: 12 > II
Esto quiere decir que, por ser un reductor de voltaje y mantenerse la igualdad
depotencias; la corriente por el bobinado primario del buck&boost es siempre mayor a la
corriente que pasa por las espiras del autotransformador (I2>T1; I2>I).
Analizando los dos casos extremos de funcionamiento del regulador, podemos
determinar la comente de carga que será manejada por el regulador y por lo tanto, su
potencia de construcción máxima.Corriente de carga caso reductor (figura 2.7):
ENTRADA T
í 3K3 3
l u í¿ ' + ' -7
H2 3 12
' Í T ^ T§ V2 3 t -15v
>H 3 1 ?*\ * „SALIDA
CASO REGULADOR COMO REDUCTORFIG.'2.7
V1*I1 = V2*I2
VI = V2N1+N2 NI
VI = (1+N2) * V2NI
12= (1+N2)*HNI
(8)
-45-
Considerando que la comente máxima permitida por el variac es 22A, se puede
determinar la corriente máxima de carga (IL) a través de la ecuación No. 8 y la relación
de transformación del buck&boost (r= 2.2), es decir (reemplazando 11=22A; N2=120;
Nl=43).
12- 83A
Corriente de carga IL = 12*2.2= 183 A
Corriente de carga caso elevador (figura 2.8):
EHTRÁDÁ
V
I2,
N3 3 1 q
- - n,.^ í ^!•
i 1
? ÍI ! 1
r |
1 §
^ t
IL
SALIDA
„., — /-)
CASO REGULADOR COMO ELEVADORFIGURA 2.8
VI = V2N1+N2 N2+N3
VI = ÍN1-KN2-) V2N2+N3
12 = ÍN1+N2) IIN2+N3
Reemplazando los valores conocidos de NI, N2; N3 y tomando en cosideración
que la corriente permitida del variac es de 22A en la ecuación de corrientes, tenemos que:
12= 26.84A
-46-
Por lo tanto la corriente de carga en este caso será:
• IL= 2.2*12= 59.048A
De los dos análisis de corrientes anteriormente descritos para el caso reductor y
elevador se concluye que la corriente de carga máxima permitida será 183A; lo que nos
permitirá construir un regulador de voltaje de hasta 21 KVA3con el variac disponible.
Para nuestro diseño hemos decidido la construcción de un regulador de 3.5 KVA,
** lo que es totalmente posible por lo indicado anteriormente. Se utilizó un buck&boost con
relación de transformación de r= 2.2 y bobinado secundario capaz de conducir 40A.
2.1.2.4 Servomotor
Para realizar el control de movimiento de la escobilla variable del variac se hace
necesario la utilización de un motor monofásico de doble giro. En razón de que se
necesita un control continuo, se utiliza un servomotor de las siguientes características
(disponible en el laboratorio):
Vin= 120VA = 0.3A
-^ Torque = 600 onz/in* RPM = 3.3
2.1.2.5 Switch de fin carrera
Se utilizan también switch de fin carrera para realizar la desconexión del
servomotor cuando la escobilla del variac llegue a sus topes de recorrido tanto en la una
dirección como en la opuesta. Estos fin carrera utilizados son los siguientes: 15 A, 1/8
HP.
-47-
2.1.2.6 Contactor de conexión y desconexión de salida
Debido a que el sistema de regulación presenta una demora de corrección de
voltaje, que depende de la última posición en la que quedó la escobilla del variac al ser
apagado el equipo, se requiere darle un tiempo suficiente para que esta corrección se
realice antes de conectar su salida, y con esto evitar un sobre voltaje o muy bajo voltaje
de alimentación al equipo conectado al regulador.
Como la corriente de carga es de aproximadamente 3 O A, utilizamos un contactor
de 3 vías de 40A para realizar el fin indicado.
2.1.3 DISEÑO DEL CIRCUITO DE CONTROL ELECTRÓNICO
En la Figura 2.9 se presenta el diagrama de bloques del circuito de control
electrónico que comanda el funcionamiento del regulador electromecánico de voltaje
A.C. Determina cuando es necesario realizar una corrección de voltaje y da la orden para
que ésta se lleve a cabo.
Esta constituido por un sensor de voltaje de salida que toma una muestra de señal
que una vez rectificada y filtrada se compara con un voltaje de referencia DC de la
fuente; cualquier diferencia es amplificada por el amplificador de error cuya salida es
procesada por un control ON-OFF con zona muerta y por los drivers y actuadores que
manejan al servomotor que controla el movimiento del variac en la dirección deseada
para corregir el cambio del voltaje de entrada y efectuar así su corrección.
En la figura 2.10 se presenta el circuito de control electrónico implementado que
está conformado por las siguientes unidades:
-48-
ÍTEM
CANT.
DESCRIPCIÓN
1
2
3
4
5
6
7
Fuente de poder
Voltaje de referencia
Señal de muestra
Amplificador de error
Control ON / OFF
Drivers y actuadores
Sistema automático de reconexión
s\
rAmplifica dar
deError
,Ccmtrol
Ttf-nFF prm
Z ana Muerta
Sensor deVnH-AÍíi
de Salida
Dríy-ers^j
Áctuadores
Cíe cuitode
Potencia
Voltaje de
Satida
CIRCUITO DE CONTROL ELECTRÓNICOFIGURA 2 .9
-49-
2.1.3.1 Fuente de poder
Indispensable en todo circuito electrónico, la fuente de poder alimentará a los
elementos semiconductores del circuito de control.
Para su diseño se parte del dimensionamiento aproximado del consumo de
corriente del circuito de control automático.
Refiriéndonos a las especificaciones del anexo A (elementos utilizados) y
considerando la construcción de una fuente de 8V5 tendremos:
-2 Amplificador LM 324 50mA
-3 OptotriacsMOC3031 50mA
- División de tensión 5mA
TOTAL 105mA
Estos valores son referenciales, por lo que agregamos un rango de seguridad.
En total suman 105mA adicionando el margen de seguridad tenemos que con
200mA es suficiente capacidad para la fuente de polarización.
Observando los tipos de fuentes disponibles en el mercado, se ha escogido el
regulador integrado LM 7808 de 8V/1A, suficiente para comandar el circuito de control.
Para el cálculo del transformador y el filtro de la fuente de poder, se han tomado
las siguientes expresiones (8), cuyos parámetros se visualizan en la figura 2.11.
-51-
~A
í
F
1J
2cDl 31
2
1
2C D 31
1
2
2
1
C2"CAP
Regulador
.
1f2
C4p Vouí
=>
ELEMENTOS DE LA FUENTE DE PODER
FIGURA2.il
VAC= ÍVout + Vreg. + Vrect + Yripple Y Vnom0.92 V 2 * Vlowline
IAC= 1.8*DCcurrent
En donde:
0.92 = Eficiencia típica del regulador
Vreg = Mayor que 3V
Vrect = 2*0.7 (rectificador tipo puente) = 1.4V
Vripple = Voltaje pico de rizado = 0.75V pico (l.SVpp)
Vnom = Voltaje nominal de la red = 115V
Vlovv line= Voltaje mínimo de la línea = 85V
Vout = Voltaje regulado DC = 8V
Con los valores indicados y para una comente de 200mA5 el transformador
requerido será de 115/13V y corriente de 0.36A RMS.
Para el diseño de la fuente utilizamos un transformador reductor de las siguientes
características:
-52-
Entrada: HOY AC - 50/60Hz - 14W
Salida:' 12V AC - 800 mA
Una de las características del regulador es su precisión de +/- 2% y una salida de
115V, por lo tanto tendremos una variación aceptable de +/- 2.3V. Esta variación de
voltaje a la salida se verá reflejada en el secundario del transformador de la fuente de
poder, pero al utilizar la fuente regulada, esta variación de voltaje no producirá ningún
efecto sobre los elementos semiconductores ya que la variación será absorvida por la
fuente regulada que mantendrá el voltaje de salida siempre en 8V DC.
Para tener un voltaje menos variable a la entrada del regulador, utilizamos
capacitores en paralelo que reducen aún más el rizado del voltaje rectificado.
El capacitor se calcula en base a la siguiente expresión (8):
C= IL *6xlO"3
AV
En donde:
I L = Corriente continua de carga = 0.3 A
AV = V pico-pico de rizado = 1.5V
Por tanto el valor de capacitor será 1200 uf.
En la fig 2.12, se puede observar el circuito de la fuente utilizada.
-53-
UlLM7808
•
<3S2E>-^ — ¡TTTÍ""
j
2cDÍ :1
2p2 a1
2
1
1f-\
2:D41
n l C2 !
2
vi v u
GHD
C3-0.33uF
f^2
^?7uF
FUENTE DE PODERFIGURA 2.12
De acuerdo a las recomendaciones del fabricante del regulador se utiliza un
capacitor de 4.7uf a la salida del regulador como proteción de sobre voltaje y también un
condenzador de O.Oluf para filtrar señales de alta frecuencia a la entrada del regulador.
2.1.3.2 Voltaje de referencia
El circuito se presenta en la figura 2.13 la referencia de voltaje debe ser
totalmente estable, de ahí que es obtenido de la fuente. Esta referencia sirve para la
comparación con el voltaje de salida y poder determinar la corrección a efectuarse, es
decir dar la orden de subir o bajar el voltaje de salida según sea menor o mayor que el
nivel de referencia.
El voltaje de referencia se obtiene de un divisor de voltaje resistivo, con un
potenciómetro lineal que permite una regulación fina de voltaje. Esta regulación fina nos
permitirá variar el voltaje de referencia al valor deseado de salida ya sea en los 115V
especificados u otro sobre y bajo este valor.
El circuito debe presentar baja impedancia de salida para que al acoplarse al
amplificador de error, no varié sustancialmente el voltaje de referencia.
-54-
Si Vcc = 8V5 el centro de calibración estará en
4V. La regulación es fina pues:
10K(10+27+27)K
X100% =15.6%
La Impedancia de salida aproximda es.
27K + 5K en paralelo con 27K + 5K = 16K
27K
10K
Vcc
27K
VOLTAJE DE REFERENCIA
FIGURA 2.13
Esta impedancia de salida del divisor de tensión es relativamente baja, comparada
con la entrada del amplificador operacional. Además se tiene un condensador de O.luf,
que filtra cualquier ruido de la fuente y contribuye a que la impedancia de salida del
voltaje de referencia sea mucho más baja en alterna.
-55-
2.1.3.3 Señal de muestreo
La realimeritación del sistema se logra a través del transformador reductor que
alimenta a la fuente de poder y proporciona al mismo tiempo la muestra de señal de
salida ya que, al estar conectado su bobinado primario a la salida del regulador, se
obtiene en su secundario una señal proporcional a esta salida.
La muestra de voltaje debe ser rectificada y filtrada para compararse con la
referencia de voltaje indicada previamente.
El sensor de voltaje de salida implementado se presenta en la Figura 2.14 y esta
compuesto por 2 rectificadores que realizan la rectificación de onda completa de la
muestra de la señal de salida obtenida a través del transformador reductor. A través de un
divisor de tensión se obtiene el nivel de voltaje requerido(4V) para compararlo con la
referencia, el circuito de filtrado^) sirve para convertir la muestra en una señal PC pura.riR
2
SEÑAL DE MUESTREOFIGURA 2.14
Para determinar los valores de resistencias del divisor de tensión, se parte del
requerimiento de que cuando la salida del regulador sea 115V AC, la señal de muestra
rectificada y filtrada a compararse debe ser 4V DC igual a la señal de referencia para que
-56-
no se efectúe ninguna corrección; por lo tanto, si la relación de transformación del
transformador reductor utilizado es r= 9.16, tendremos que:
Voltaje pico en el secundario del transformador reductor = VpicoVpico = 115^2 = 17.8V
9.16
Voltaj e rectificado onda completa = VDC = V 2* Vpico = 11.3n
Por divisor de tensión = R31+R30 = 11.3 * R30
4
SiR30 = 1K, entonces R31 = 1.8K
El filtro pasivo y activo pasa bajos tiene una configuración recomendada por el
fabricante con sus valores determinados^).
2.1.3.4 Amplificador de error
El amplificador de error realiza dos funciones básicas: Resta el voltaje sensado
de la salida del voltaje de referencia para obtener una señal de error y amplifica dicha
señal, con lo cual se mejora la exactitud del equipo y también lo vuelve menos sensible a
los cambios en parámetros tales como, resistencias, capacitancias, etc. y tener niveles de
señal en orden de voltios y no en décimas de voltios.
Para el circuito amplificador utilizamos el operacional LM324 con la
configuración de conexión recomendada por el fabricante^ o) figura 2.15.
Donde:
-57-
Vm= Voltaje de muestra
Vr= Voltaje de referencia
Vo= Voltaje de salida
.033uF
R18
Vmo
AMPLIFICADOR DE ERRORFIGURA 2.15
Debido a la realimentación negativa y a que entre los pines de entrada existe una
diferencia de voltaje de OV (tirra virtual), se tendrá también en el pin negativo un voltaje
Vm que conlleva a plantear la siguiente ecuación
Vo - Vm = Vm -VrR18 R19
= _Ris_ (Vm-Vr) + VmR.19
Si designamos al error como e= Vm - Vr
R19
Considerando que el amplificador operacional se satura a un voltaje mínimo de
salida de Vo = OV y voltaje máximo Vo = 6V, se efectuarán cálculos iniciales y en forma
experimental se determinaron los valores de:
R1S=180K
R19=100K
-58-
En la Figura 2.16 presentamos la curva Vo en función de Vm; con Vr
constante =
= 4V
Vo
•7.2
/2.57 4 -
CURVA Vo VS VmFIGURA 2,16
2.1.3.5 Control ON-OFF con zona muerta
Se trata de 2 comparadores de nivel, que cambian de estado cuando la señal de
error amplificada alcanza los voltajes indicados como VI y V2 en la figura 2.17
Cuando la señal de error es menor que VI, se debe tomar la decisión de subir el voltaje
de salida; cuando la señal de error está entre VI y V25 significa que el voltaje de salida
está dentro de la especificación de tolerancia del equipo y en consecuencia no se debe
tomar ninguna acción de corrección (zona muerta); y si la señal de error es mayor que
V2, el circuito debe actuar en el sentido de bajar el voltaje de salida. El circuito está
dotado de una zona muerta, con el fin de evitar oscilaciones en la salida y proteger al
motor de múltiples y consecutivos arranques y paradas. Es un compromiso entre
exactitud vs confíabilidad y estabilidad del sistema. La diferencia entre V2 y VI da la
-59-
exactitud del voltaje de salida del equipo. Cada uno de los comparadores tiene un
pequeña histéresis para asegurar buenos flancos en las salidas.Vcc=3V
oSUBELM324COMPARADOR 2
CONTROL ON-OFF CON ZONA MUERTAFIG. 2.17
Si deseamos una exactitud de +/- 2% nuestros límites de voltaje de comparació]
VI y Y2 serán:
VI = 4V-t-2%= 4.08V
V2= 4V-2% = 3.92V
Los niveles de comparación- (Vl= 3.92; V2= 4.08); se obtienen del divisor di
tensión de la fuente regulada:
8V - 4.08 = 3.92R|7+R26+R25 R26+R-25 R-25
De donde:
R17 = R25= 24.5 R2
Si R17 = R25 = 6.8K entonces R2 = 270 Ohms
-60-
En forma experimental se llegó a los valores más adecuados de resistencias:
' R 1 7 = 6.8K
R26= ÓSÜOhms
R25= 6.8K
Para determinar la histéresis que se puede dar a cada nivel de comparación,
tomamos en cuenta la condición importante de que el diseño debe evitar que se den al
mismo tiempo salidas de cero lógico (OL) en ambos comparadores, ya que esto
ocasionaría daños al servomotor.
Para el cálculo de la relación de las resistencias de la histéresiss se toman las
expresiones cuyos parámetros se visuzalizan en Iafigura2.18.
Donde:
VR= Voltaje de referencia (de disparo)
Vo= Voltaje de salida
VoH= Voltaje de salida en alto
VoL= Voltaje de salida en bajo
Vo
VoT
+v-* M >
AV+ AV--* 1-
AV
CIRCUITO DE HISTÉRESISFIGURA 2.18
-61-
Salida en alto :
VoH -KVR-n = ÍVR+-) - VRR2 Rl
De donde :
R l = AV+ (1)R2 VoH -(VR+)
Salida en bajo :
VR -ÍVR-) = ÍVR-) - VoLRl R2
De donde :Rl= ÁV- (2)R2 (VR-) - VoL
Para determinar los valores correspondientes de los deltas de voltajes de disparo
( AV+ ; AV-), realizamos el siguiente análisis.
Si la señal de error (V), comienza a subir su voltaje desde OV las salidas de los
comparadores 1 y 2 serán de OL y IL respectivamente, mientras la señal de error sea
menor que el nivel de 3.92+( A V+) (punto de cambio). Este valor deberá ser menor o
igual a 4.08V, que corresponde al valor en el cual el comparador No.2 cambia de estado a
OL; con el cumplimiento de esta condición evitamos que ambos comparadores estén en
OL al mismo tiempo por lo tanto, se cumple que:
3 .92V+(AV+)= 4.08V
A V + = 0.16V
Si la señal de error comienza a disminuir su valor desde una valor alto hacia OV,
las salidas de los comparadores 1 "y 2 serán de IL y OL respectivamente, mientras se
cumpla que la señal de error sea mayor a 4.08-( AV-). Este valor deberá ser mayor o
-62-
igual a 3.92V pues, a este nivel el comparador 1 cambia de estado a OL; lo cual debemos
evitar. Por las razones indicadas se debe cumplir que:
4.08-(AV-)= 3.92V
AV- = 0.16V
Si consideramos una histéresis simétrica alrededor de los puntos de cambio (VI =
3.92; V2 =4.08V) para ambos comparadores se concluye que el ancho de histéresis será
igual para cada punto de cambio con un valor de:
A Y - ( A V+) +(A V-) = 0.22V
Si reemplazamos en la ecuación 1 ó 2 los valores definidos obtendremos la
relación de resistencias de histéresis:
VoL= OV
VR= 4.08V (comparador 1)
VR = 3.92V (comparador 2)
VoH- 8V
AV+= 0.16V
AV-= 0.16V
A Y = 0.22V
Se concluye que R1/R2 = 0.04
S i R l = 75k entonces R2 = 1.8M
Si realizamos pruebas experimentales tomamos como referencia los valores
calculados y determinamos los valores más convenientes:
-63-
Rl = 75K
R2=1.5M
2.1.3.6 Drivers y actuadores
Como drivers entendemos los opto acopladores que excitan las compuertas de los
triacs, es decir que encienden los triacs, y como actuadores denominamos los triacs que
manejan las bobinas del servo motor. Los opto acopladores siempre inyectan corriente
en las compuertas de los triacs. de acuerdo a la configuración dada; entonces, los triacs
deben poder dispararse en los cuadrantes I y IV.
Vcc=8Vo
K7560ohrn
ISOohm
R93%olrm
>100ohrn
DRIVERS Y. ACTUADORESFIGURA 2.19
En razón de que la corriente que consume el servomotor es de 0.3 A, utilizamos
un triac de 10A como es el SC146D cuyos parámetros son n:
ITMRS- 10A
IGT = 50mA
VGT = 2.5V max.
Utilizamos el optotriac MOC3031 para el encendido de los triacs cuya corriente
directa típica es de
-64-
Los valores de resistencias para la limitación de comente del optotriac dentro del
rango aceptable, se calculan de las relaciones de corrientes y voltajes sobre ellos.
Si consideramos como criterio que la corriente de disparo del triac es 10 veces
mayor que la que circula por la resistencia R9j se tendrá que:
R8 => VAP - VOP - Vnr
I-HGT
Donde:
VGT= Voltaje gatea tierra del triac = IV
IGT = Comente de disparo del triac = 25mA
Vop = Voltaje sobre el optotriac = 0.6V
VAC = Voltaje AC pico = 115*^2
Reemplazando los valores indicados se concluye que:
R9= 390
R8= 180
Para la limitación de la corriente del diodo del optotriac:
13mA
Como existe la posibilidad de que aparezcan tensiones transitorias inversas
(aunque sean accidentales), que pueden ser superiores a las indicadas como límites del
triac; debe utilizarse un circuito de amortiguamiento para asegurar el apagado del triac.
Para esto se puede utilizar un circuito serie Resistencia-Condensador; que vendrá dado
por las fórmulas siguientes: I3
-65-
C = 200J_en microfaradiosV
R = 150 en ohmiosC
donde:
I = corriente eficaz en amperios = 0.3AV = tensión eficaz en voltios = 115V
C = 0.52 microfalaradios (C = 0.5 u F)R = 288 ohmios (R = 300 OHMS)
2.1.3.7 Sistema automático de reconexión
El sistema automático de reconexión tiene como finalidad conectar la salida de
voltaje cuando ésta ya está regulada; en otras palabras, permite que el regulador se
prenda internamente, examine el voltaje y únicamente cuando éste está óptimamente
estabilizado, se conecta el suministro eléctrico al computador o al equipo que está
protegiendo.
El sistema automático de reconexión (SAR) es básicamente un temporizador
electrónico, que controla la conexión de un contactor conectado a la salida del regulador
de voltaje
El SAR toma su alimentación de la entrada de voltaje al regulador y utiliza un
triac para la conexión de alimentación a la bobina del contactor; la compuerta de disparo
del triac es comandada por un circuito conformado por un optoacoplador que al activarse
permite el disparo el triac. El optoacoplador esta comandado por un comparador que
utiliza el operacional LM324. el voltaje de disparo es de Ycc/2 y el tiempo de disparo
sera controlado y variable en un rango determinado dependiendo de los valores del
condensador y de la resistencia de carga de este condensador; se utiliza un poteciómetro a
cambio de una resistencia ñja para poder variar y escojer el tiempo de conexión de la
salida.-66-
'R3>27K -
R4
R5
Rl /20K>(-
<
k.
/i
R2 >97K>
<.
^27KC5
"S'IOuF
1.5M
LM324
SISTEMA AUTOMÁTICO DE RECONEXIONFIGURA 2.20
Los cálculos de resistencias para la limitación de corriente del optotriac y triac
son similares a los descritos en el punto f).
El comparador presenta una histéresis en la que se utilizan los mismos valores
determinados para los comparadores calculador en el punto e).
El funcionamiento del temporizador está determiado por la ecuación del tiempo
de carga del condenzador:
tc= RC In 0/cc - Ve) (1)Vcc
Donde;
te = Tiempo de carga del condenzador
R = Resistencia (OHMS)
C = Condenzador en uf
Vcc= Voltaje de polarización = 8V
Vc= Voltaj e del condenzador = 4V
Si consideramos un tiempo de carga igual a 20 seg. y utilizamos un condenzador
de 640uf, se obtendrá de la ecuación No. 1 que:-67-
R - 47K (utilizamos un potenciómetro)
2.1.4. Supresor de Transientes y ruido
Se puede incluir al regulador electromecánico, elementos que permitan protección
contra las aberraciones eléctricas de ruido y transientes de voltaje.
Aprovechando la característica constructiva del regulador electromecánico; se
puede implementar un filtro pasa bajos L-R-C; ya que, la inductiva esta dada por el
bobinado secundario del buck&boost y solo faltaría aumentar el circuito serie R-C a la
salida del regulador.
Para el cálculo de los elementos del filtro se tienen las siguientes expresiones (!6)
vvii i/ \JM(LC)
Wn = 2 * K * fií (2)
R77 — /m
'' (2 * Wn *
dVo _ í Wn
* [VT*
ídv°) vívV V
^ dt^
Vn°A — ^V JJ / 0 i C,
V1'7/
\^JL)
/"TT T i -1 2 i O J\ TT 7" jAQPTll XA/TIT-, / - 77 H- //Til PVní -T7\A/Tlr 1— owlJU VViJLLA/ 1 / / i -^Y) ^r\/ VVJ.lt/
•T^J
Í7n PVT^Í ^ ^nTPCon ?^Vil CAUU - JcllL-DL/ll// ,
n <r?
-77S/T^ i -77~ TTPQí n 7^ í ^ 100\.JJ ^/t' ~ cUU.JL'll//y i 1UU
L Wi-^J_
(4)
(5)
-68-
Siendo:
Wn = frecuencia angular de resonancia
fn - frecuencia de resonancia
n — factor de amortiguamiento
Vp%- porcentaje de sobre impulso del voltaje aplicado
fH Vo
SUPRESOR DE TRANSIENTES Y RUIDO
La frecuencia de resonancia de los transitores de voltaje pueden variar desde 5
Khz a 500 Khz, pero una frecuencia de resonancia de 50khz es un valor muy real y típico
en sistemas de alimentación residencial e industrial (!7)
Aplicando la ecuación (i) y tomando en cuenta frecuencia de resonancia 50khz y
L=0.349mH se tiene:
Wn-314160raoVseg
C = 0.029 uF
De la ecuación ^ n ~ 0.265; para que el valor de (dVo) max sea el menor
posible; por lo tanto R = 27R
-69-
Además a la entrada del regulador de voltaje se coloca un varistor (ZNR 14K 361
3Ñ) cuyo voltaje de recorte es de 230 voltios; el cual no afectará el valor máximo de
voltaje que es: 130* 1.4142* 184 V.
Solo recortará transitorios de voltaje que sobrepasan los 230 V.
2.2 PRUEBAS EXPERIMENTALES BÁSICAS
Determinamos como pruebas básicas a aquellas que permiten determinar el
cumplimiento de las especificaciones generales del regulador, tales como: comprobación
del funcionamiento de las partes integrantes del equipo, datos de placa y las especifica-
ciones básicas consideradas para su diseño.
El conjunto de pruebas básicas se efectúan sin carga (en vacío).
2.2.1 Funcionamiento del sistema
Se comprueba el funcionamiento de cada uno de los elementos que conforman el
regulador electromecánico de voltaje, obteniéndose los siguientes resultados:
NOMENCLATURA:
Vin= Voltaje de entradaVo = Voltaje de salida reguladoVv = Voltaje variableTmax=Tiempo máximo de reconexiónTmin=Tiempo mínimo de reconexión
-70-
• F U N C I Ó N
Encendido
Apagado
Luz de encendido
Voltímetro de lectura de salidaregulada
Tomas de salida regulada
Voltímetro de voltaje variable
Tomas de salida variable
Selector: Regulador/salida varia-ble
Potenciómetro de nivel de voltaje
Switch de control manual de salidavariable
Sistema automático de reconexión
RESULTADO
Vin=115VVo =115V(selec)
Vin=115VVo =OV
OK
Vin=115VVo =115V
Vo «115V
Vin=115VVv = 40V
Vv = 40V
OK
OK(105V-122V)
Vv =0-120V
Tmax= 42 seg.Tmin- 14 seg.
2.2.2 Ciclaje
OBJETIVO.- Observar la frecuencia de la señal de salida, al efectuarse cambios
de la frecuencia de la señal de entrada.
PROCEDIMIENTO.- Con la'ayuda de un osciloscopio,se observan las formas de
onda de la entrada y de salida del regulador, cuando se varia la frecuencia de la señal de
entrada.
RESULTADOS.- El regulador electromecánico no efectúa ninguna corrección a
los cambios de frecuencia de la señal de entrada. Se puede apreciar que las señales
presentan igual frecuencia y se ven afectadas por los cambios que se produzcan.
-71-
2.2.3 Rango de regulación en vacio
OBJETIVO.- Determinar el rango de voltaje de entrada para el cual el regulador
de voltaje mantiene su salida regulada dentro de su tolerancia.
PROCEDIMIENTO.- Realizar mediciones y observación simultanea de las
señales de entrada y salida de voltaje del regulador, a medida que con un
autotransformador variable conectado a su entrada, se varia su voltaje de alimentación.
El rango de regulación corresponde al rango de voltaje de entrada para el cual la
salida está regulada.
Durante esta prueba se efectúa también el análisis de la tolerancia del regulador,
que corresponde a las desviaciones del voltaje de salida sobre y por debajo del voltaje
nominal de salida deseado.
RESULTADOS.- Iniciamos esta prueba con la calibración del regulador en
vacio (potenciómetro de control), para que este entregue un voltaje de salida de 115Y
cuando la entrada de voltaje es 115V.
Utilizando el voltaje variable (seleccionable), disponible en el laboratorio de
máquinas eléctricas (E.P.N); alimentamos el regulador con diferentes niveles de voltaje y
tomamos lectura del volaje de salida, obteniéndose los resultados presentados en los
cuadros siguientes.
Como se puede observar de las tablas de resultados de la prueba de rango de
regulación, este queda definido entre 85 a 130 voltios de entrada.tanto con carga como en
vacio.
-72-
2.2.4 Velocidad de respuesta
OBJETIVO.- Determinar la rapidez con la que el regulador responde a los
cambios de voltajes ocurridos a su entrada.
PROCEDIMIENTO.- Realizar mediciones y observación simultanea de voltaje a
la entrada y salida del regulador para los siguientes casos:
1.- En el encendido.-
Observar el comportamiento del regulador al conectarse.
2.- Variación continua de voltaje .-
Con el regulador de voltaje conectado a un autotransformador variable, variar
manualmente el voltaje de entrada del regulador a diferentes niveles dentro del rango de
regulación establecido (S5V-130V).
3.- Variación brusca de voltaje.-
Con la ayuda de un variac y la interconexión presentada en la ñgura 2.20, se producen
cambios bruscos de voltaje de entrada al regulador de voltaje.
-73-
KESULTADOS.-
.1.- En- el encendido.-
Debido a la presencia del sitema automático de reconexión, el regulador
electromecánico presenta un tiempo de demora seleccionable entre 14 a 42 segundos.
2.- Variación continua de voltaje.-
Como se puede apreciar en los gráficos registrados del voltaje de salida del regulador,
el tiempo de retardo de corrección de volotaje de entrada depende del nivel de voltaje de
corrección; siendo este tiempo mayor mientras mayor sea el nivel de voltaje a corregir.
Las pruebas fueron efectuadas a cambios de voltaje de entrada entre el voltaje
nominal y niveles máximos de regulación (115V a 85V y 115V a 130V), obteniéndose
como resultados:
tr=18 seg para cambio de voltaje de entrada de 115V a 85V
tr=5.5 seg para cambio de voltaje de entrada de 115V a 130V
3.- Variación brusca de voltaje.-
Debido a la lentitud del sistema, presentada en la prueba anterior, no se justifica una
prueba de resuesta antetransitorios de voltaje ya que obiamente no efectúa corrrección
para este tipo de problemas.
TABLA DE RESULTADOS Vin vs Vo (PRUEBA EN VACIO)
Vin (V) Vo (V)
82 113
-74-
85
88
94
98
94
98
100
106
110
114
117
124
130
135
115
115
115
115
115
115
115
115
115
115
115
115
117.5
120
2.3 PRUEBAS EXPERIMENTALES DE LIMITE
Corresponden al grupo de pruebas para determinar el comportamiento del
regulador bajo condiciones especiales, tanto para cargas resistivas o reactivas.
2.3.1 Rango de regulación.
Con el mismo procedimiento de la prueba en vacio, se establece el rango de
regulación del regulador electromecánico en presencia de carga resistiva y reactiva.
Una vez calibrado el regulador en presencia de carga, se obtienen los siguientes
resultados:
-75-
TABLA DE RESULTADOS Vin vs Vo (PRUBA CON CARGA RESISTIVA)
Vin(V)
80
85
95
104
115
120
130
136
140
Vo(V)
102
115
115
115
115
115
115
115
120
Io(A)
27
27.7
27.5
27.5
27.6
27.8
27.5
27.2
29
2.3.2 Precisión de regulación
OBJETIVO.- Determinar el rango de variación de voltaje de salida regulada y
establecer su tolerancia.
PROCEDIMIENTO .- Observar y medir la señal de salida del regulador,
determinando los límites máximo y mínimo de voltaje de salida sobre el voltaje
nominal de 115V, cuando el regulador a efectuado una corrección del voltaje de entrada.
RESULTADOS.- Durante el proceso de análisis del rango de regulación, se pudo
comprobar que el voltaje de salida regulado se mantiene denro de un +/- 2%; es decir:
Vomax= 117.3 V
Vomin=112.7V
-76-
2.3.3 Velocidad de respuesta.
La velocidad de respuesta del regulador electromecánico es muy similar al
determinado en vacio.
Los resultados se presentan en los gráficos registrados en las pruebas, que siguen
el procedimiento indicado en las pruebas en vacio.
tr= 18 seg Para cambio de voltaje de entrada de 115Y a 85Y.
tr^ 5.5 seg Para cambio de voltaje de entrada de 115Y a 130Y
2.3.4 Conexión brusca de carga
OBJETIVO.- Determinar los efectos producidos por la conexión brusca de carga
a la salida del regulador.
PROCEDIMIENTO.- Con la ayuda de elementos de interconexión conectamos la
carga nominal a la salida del regulador (figura 2.21), siendo el regulador previamente
calibrado en vacio a 115V. Se observa el efecto de la conexión y se mide el tiempo de
respuesta a la corrección de voltaje.
Se conecta carga puramente resistiva, reactiva y un motor monofásico (Tipo HMC3 -
110V-1730rpm-50A de arranque directo)
RESULTADOS.-
Con carga resistiva.- El gráfico registrado del voltaje de salida ante conexión de
carga nominal (29.5 A), nos presenta una disminución del voltaje de entrada (Vin = 90V)
-77-
como consecuencia de la conexión de carga y por lo mismo también una disminución
del voltaje de salida que se corrije en un tiempo de tr= 5 seg.
Las formas de onda de las señales de corriente y voltaje, tanto de entrada como de
salida del regulador se encuntran en fase deacuerdo a lo esperado. Se puede ver también
que no existe distorsión armónica apreciable, lo cual se comprueba con las mediciones
efectuadas y registradas en el punto siguiente.
La forma de onda de la corriente de entrada muestra ser un poco mayor al la
corriente de salida y esto se debe a que es la suma de la corriente de salida más la
corriente de consumo interno del regulador, que deacuerdo a las mediciones es mínimo.
Con carga reactiva.- La disminución del voltaje de entrada ante la conexión de la
carga reactiva (circuito serie R-L) es similar al caso anterior.
Se puede observar en este caso, el desfasamiento de las formas de onda del
voltaje y corriente de salida y entrada del regulador, producida justamente por tratarse de
una carga reactiva de tipo inductiva.
Al arranque del motor.- Como se puede apreciar en las señales registradas, se
produce una disminución del voltaje de entrada y salida del regulador, pero este tiempo
(0.33seg) es más rápido que el sistema de regulación por lo que el regulador se ve
impotente de corregirlo.
-78-
F
SWi
LSW3"
-tf
* kr 9^SW2
PcrREGULADOR
DE
VOLTAJE
c/
t/ 0 icÁ
TT
Á
TCIRCUITO PARA CONEXIÓN BRUSCA DE CARGA
FIGURA 2.21
2.3.5 Distorsión armónica
OBJETIVO.- Observar la presencia de distorsión armónica que produce el
funcionamiento del regulador al realizar las correcciones de voltaje de entrada.
PROCEDIMIENTO .- Observar en un osciloscopio simultáneamente las señales
de entrada y salida, detectar la distorsión producida en la forma de onda del voltaje de
salida del regulador a medida que con un autotransformador variable se varia la señal de
entrada al regulador.
Se utiliza el "Medidor de factor de potencia para ondas distorcionadas en base al
microcontrolador 8052 AH BASIC"., Para determinar la distorcion armónica del voltaje
y corriente a la entrada y salida del regulador (\$).
RESULTADOS.- Los gráficos registrados muestran las formas de onda de las
señales de voltaje y corriente. Los cuadros presentan los resultados de las mediciones
efectuadas con el analizador utilizado que, proporciona las lecturas de los valores
eficaces de la fundamental, primera armónica y el nivel de distoción correspondiente.
Mediciones tomadas con carga resistiva:
-79-
Voltaje Eficaz
Primera Armónica
Forma de Onda
Corriente Eñcaz
Primera Armónica
Forma de Onda
ENTRADA
115V
115V
Sinusoidal
6A
6A
Sinusoidal
SALIDA
115V
115V
Sinusoidal
6A
6A
Sinusoidal
Voltaje Eficaz
Primera Armónica
Forma de Onda
Comente Eficaz
Primera Armónica
Forma de Onda
ENTRADA
94.7V
94.7V
Sinusoidal
23.3 A
23.3 A
Distorsionada
SALIDA
114.4V
114.4 V
Sinusoidal
19.0 A
19.0 A
Sinusoidal
Voltaje Eficaz
Primera Armónica
Forma de Onda
Guípente Eficaz
Primera Armónica
Forma de Onda
ENTRADA
135.5 V
135.5V
Sinusoidal
16.9 A
16.9 A
Sinusoidal
SALIDA
116V
116V
Sinusoidal
19.4 A
19.4 A
Sinusoidal
Mediciones tomadas con carga reactiva (R-L)
-80-
Voltaje Eficaz
.ENTRADA
95.2 V
SALIDA
115.4V
Primera Armónica
Forma de Onda
95.2 V
Sinusoidal
115.4V
Sinusoidal
Corriente Eficaz
Primera Armónica
Forma de Onda
12.1 A
12.1 A
Distorsionada
9.5 A
9.5 A
Sinusoidal
Voltaje Eficaz
ENTRADA
134.6 V
SALIDA
117.2 V
Primera Armónica
Forma de Onda
134.6 V
Sinusoidal
117.2V
Sinusoidal
Corriente 'Eficaz
Primera Armónica
Forma de Onda
8.62 A
8.62 A '
Sinusoidal
9.83 A
9.83 A
Sinusoidal
2.3.6 Factor de potencia
Con la ayuda del analizador (^ se efectuaron las mediciones de la potencia
activa, potencia aparente, factor de potencia y factor de desplazamiento; obteniéndose los
resultados presentados:
Mediciones con carga resistiva (Io= 19.4 A; Vin = 135,5 V)
-81-
Potencia Activa (P)
Potencia Aparente (S)
Factor de Potencia (Jp)
Factor de Desplazamiento (fd)
Mediciones con carga resistiva (Io= 19 A)
Potencia Activa (P)
Potencia Aparente (S)
"Pfirtnr HP PnhpnfYtn f'fn^JL Clv<H-/l \¿\J JL WIWJ.J.W.I.CL V - L M ^
Factor de Desplazamiento (fd)
Mediciones con carga resistiva (Io= 6 A)
•*
Potencia Activa (P)
Potencia Aparente (S)
Factor de Potencia (fp)
Factor de Desplazamiento (fd)
Mediciones con carga reactiva (Io= 9. 8 3 A; Vin =
Potencia Activa (P)
Potencia Aparente (S) ,
Factor de Potencia (fp)
Factor de Desplazamiento (fd)
ENTRADA
2.29 KW
2.29 KVA
1
1
ENTRADA
2.1 8 KW
2.1 8 KVA
1
ENTRADA
0.7 KW
0.7 KVA
1
1
134,6V)
ENTRADA
0.95 KW
1.16 KVA
0.82
0.82
SALIDA
2.25 KW
2.25 KW
1
1
SALIDA
2.17KW
2. 17 KVA
1
SALIDA
0.7 KW
0.7 KVA
1
1
SALIDA
0.945 KW
1.15 KVA
0.82
0.82
-82-
CAPITULO III' ANÁLISIS DE RESULTADOS
3.1 CONTRASTE DE CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS
En este numeral, se exponen los resultados de las diferentes pruebas realizadas al
regulador electromecánico y, donde aplique se compara con las especificaciones de
diseño planteadas al comienzo.
El conjunto de señales regitradas, corresponden a señales de voltaje y corriente de
entrada y salida del regulador,ante pruebas efectuadas en condiciones de vacio,carga
resistiva y carga reactiva (Inductiva).
FIGURA No 3.1:
Voltaje de entrada (alimentación) al regulador, en condiciones de vacio (sin
carga). El voltaje eficaz medido con un voltímetro analógico es de: Vin=l 15V
La señal es una senosoidal completa tal como .se esperaba
FIGURA No 3.2:
Voltaje de salida del regulador, en condiciones de vacio (sin carga). El voltaje
eficaz medido con un voltimetro analógico es de Vo=l 15V.
La señal de voltaje de salida se presenta igual a la entrada, el regulador no realiza
ningún efecto.
FIGURA No 3.3:
Comportamiento del voltaje de salida del regulador en vacio, ante una
disminución del voltaje de entrada de: 115V a S5V.
-83-
Como puede apreciarse en esta señal, el equipo reacciona al cambio de voltaje de'
entrada efectuando-la corrección correspondiente en un tiempo de 5.5 segundos.
Durante la corrección no se producen pérdidas de señal ni distorsión armónica
que afecten a la señal de salida.
FIGURA No 3.4:
Comportamiento del voltaje de salida del regulador en vacio, ante una subida del
voltaje de entrada de: 115V a 130V.
Como puede apreciarse en esta señal,el equipo reacciona al cambio de voltaje de
entrada efectuando la corrección correspondiente en un tiempo de: 5.5 segundos.
El comportamiento del regulador se mantiene igual que en el caso anterior, pero
la rapidez de corrección es menor debido al menor nivel de cambio de voltaje correjido
FIGURA No 3.5:
Comportamiento de voltaje de entrada al regulador, ante conexión brusca de
carga resistiva. La corriente de carga medida con un amperímetro de gancho es de: Io=
29.5A.
La señal de voltaje de entrada, muestra una disminución (se aplasta) como
consecuencia de la conexión de la carga de 29.5A, Esta disminución de voltaje de entrada
se refleja a la salida del regulador, produciéndose una disminución de voltaje que es
corregiendo en un tiempo de: 5seg
FIGURA No. 3.6:
Voltaje de salida del regulador, ante conexión brusca de carga resistiva (Io=
29.5A).
-84-
Se produce la corrección de voltaje en un tiempo de 5 segundos.
. ' FIGURA No 3.7:
Voltaje corregido a la salida del regulador en su estado estable, en presencia de
carga resistiva (Io= 29.5A). El voltaje eficaz medido con un voltímetro analógico es de: _
Vo=115V.
El regulador electromecánico, realiza la corrección de la disminución del voltaje
ocasionado por la conexión de carga, entregando a su salida un voltaje libre de impurezas
y valor deseado.
FIGURA No 3.8:
Corriente de salida (de carga) del regulador en presencia de carga resistiva. La
corriente eficaz medida con un amperímetro de gancho es de: Io= 29.5A.
Se puede observar que la corriente de salida esta en fase con el voltaje de salida, lo que
demuestra que el regulador electromecánico no afecta a las señales ni de voltaje ni
corriente, mostrándose totalmente transparente.
FIGURA No 3.9:
Corriente de entrada al regulador, en presencia de carga resistiva (Io=29.5A).
Se observo primero que, al igual que en la salida del regulador la corriente de'
entrada esta en fase con el voltaje de entrada. Se puede apreciar que el valor de corriente
de entrada es ligeramente mayor a la corriente de salida, lo que demuestra que existe un
consumo interno que corresponde al 8 % del valor total.
FIGURA No 3.10:
Comportamiento del voltaje de salida del regulador,al producirse arranque de
motor monofásico conectado a su salida.
-85-
Existe una disminución del voltaje de salida por el orden de 15 voltios de su valor
pico, durante un tiempo de 0.33 segundos. El regulador no reacciona ante este cambio
instantáneo de voltaje es decir, no efectúa corrección de voltaje ya que este se corrigue
antes que actué el regulador.
FIGURA No 3.11:
Comportamiento del voltaje de salida del regulador en presencia de carga
resistiva (Io= 29.5A), ante disminución del voltaje de entrada de: 115V a 85V.
Como puede apreciarse en esta señal, el equipo reacciona al cambio de voltaje de
entrada efectuando la corrección correspondiente en un tiempo de 18 segundos. El
comportamiento del regulador es similar al caso en vacio, es decir; no se ve afectado en
presencia de carga de tipo ressitiva.
FIGURA No 3.12:
Voltaje de salida del regulor en presencia de carga resistiva (Io= 29.5A), ante
cambio del voltaje de entrada de:
115Val30V.
Como puede apreciarse en esta señal, el equipo reacciona al cambio de voltaje de
entrada efectuando la corrección correspondiente en un tiempo de: 5.5 segundos, similar
al caso en vacio.
Este resultado confirma que el regulador no se ve afectado en presencia de carga
resistiva.
FIGURA No 3.13:
Comportamiento del voltaje de salida del regulor en presencia de carga reactiva
R-L (Io= 15 A), ante disminución del voltaje de entrada de: 115Y a 85V.
-86-
Como puede apreciarse en esta señal, el equipo reacciona al cambio de voltaje de
entrada efectuando la corrección correspondiente en un tiempo de: 17.5 segundos.muy
similar a los resultados obtenidos tanto en vacio como en presencia de carga resistiva.
FIGURA No 3.14:
Comportamiento del voltaje de salida del regulor con carga reactiva R-L (Io=
15A), ante elevación del voltaje de entrada de: 115V a 130V.
Como puede apreciarse en esta señal, el equipo efectúa la corrección del voltaje
de entrada en un tiempo de: 5 segundos. El coportamiento del regulador es el mismo que
en los casos analizados anteriormente.
FIGURA No 3.15:
Voltaje y corriente de entrada del regulador en estado estable y con caga reactiva
(Io=15A). El voltímetro analógico mide Vo=115V.
Como puede observarse, no se presenta distorsión en las señales de voltaje y de
corriente en presencia de carga de tipo inductivo conectada a la salida del regulador.
Por tratarse de una carga de tipo inductivo, la señal de corriente se retrasa
respecto de la tensión. La potencia instantánea (p=vi) positiva significa una transferencia
de energía del regulador a la carga y es el momento cual la carga consume corriente.
Cuando v e i son de signo contrarióla potencia es negativa y la carga devuelve al
regulador la energía que le habia suministrado. .
FIGURA No 3.16:
Voltaje y corriente de salida al regulador en stado estable y con caga reactiva
(Io=15A). El analógico mide Vo=115V.
Las formas de onda de las señales de entrada son semejantes a las de la salida del
regulador, comentadas en el párrafo anterior. Se presentan pequeñas variaciones como la
disminución del voltaje de entrada debido a la conexión de carga y el valor de comente
ligeramente mayor que en el la salida debido al consumo interno propio el regulador.
-87-
3.2 EFICIENCIA DEL SISTEMA
Partiendo del punto que la potecia activa P entregada al regulador, es una medida
del trabajo útil por unidad de tiempo que puede realizar y de las mediciones efectuadas
en el literal 2.3.5, se puede anotar que el regulador consigue una utilización eficiente de
la potencia de la red. Si comparamos las relaciones de potencia de entrada y salida
obtenemos eficiencia del orden de 99%.
Lo indicado se justifica, debido a que el regulador de voltaje electromecáanico es
contruido con la utilización de un autotransformador, que como se conoce poseen
rendimientos extraordinariamente elevados (99% y superiores) muy cercanos al 100%.
. REGISTRO DE SEÑALESPRUEBAS EXPERIMENTALES BÁSICAS Y DE LIMITE
FIG. 3.1. VOLTAJE DE ENTRADA EN VACIO (Vin-115V)
Escala; Horizontal = 5 ms/div
Vertical = 50 V/div
FIG. 3.2. VOLTAJE DE SALIDA EN VACIO (Vo=115V)'
Escala: Horizontal = 5 ms/div
Vertical = 50 V/div
REGISTRO DE SEÑALESPRUEBAS EXPERIMENTALES BÁSICAS Y DE LIMITE
FIG. 3 . 3 . VOLTAJE DE SALIDA ANTE CAMBIO DE VOHTAJE DE ENTRADA (Vin-115V a 85VJ
Escala: Horizontal = 5 seg/div
Vertical = 50 V/div
FIG. 3 . 4 . VOLTAJE DE SALIDA CN VACÍO ANTE CAMBIO DE VOLTAJE DE ENTRADA |Vin-115Val30V)
Escala: Horizontal = 5 seg/div
Vertical = 50 V/div
REGISTRO DE SEÑALESPRUEBAS EXPERIMENTALES BÁSICAS Y DE LIMITE
FIG. 3.5. VOLTAJE DE ENTRADA ANTE CONEXIÓN BRUSCADE CARGA(Io-29.5A)
Escala: Horizontal = 5 ras/div
Vertical = 50 V/div
FIG. 1.6. VOLTAJE DE SALIDA ANTE CONEXIÓN BRUSCA DF, CARGA
Escala: Horizontal = 5 seg/div
Vertical = 50 V/div
-91-
REGISTRO DE SEÑALESPRUEBAS EXPERIMENTALES BÁSICAS Y DE LIMITE
FIG. 3.7. VOLTAJE DE SALIDA CON CARGA. ESTADO ESTABLE (50-29.5 A)
Sscala: Horizontal = 5 ms/div
Vertical = 50 V/div
FIG. 3.8. CORRIENTE DE SALIDA CON CAIÍGA ESTABLE (Jo- 2í).ba)
Escala: Horizontal = 5 ms/div
Vertical = 20 A/div
•82'
REGISTRO DE SEÑALESPRUEBAS EXPERIMENTALES BÁSICAS Y DE LIMITE
FIG. 3.9. CORRIENTE DE ENTRADA CON CARGA. ESTADO ESTABLE
Escala: Horizontal = 5ms/div
Vertical = 20 A/div
i^-p£*w»fa&&$.''3;'*i- i' t f • i * <¡ *f ? ? ;r: f | L ''i
-'ii'.i1 ,1 !'- '.'•''í-ú-'' «íy«* -'¿fe í tíJiíiísic ^ Si
nc. 3.10. VOLTAJE DE SALIDA AKRANQUH ne HOTOKEscala: Horizontal = 0.1 seg/div
Vertical = 50 v/div
-93-
REGISTRO DE SEÑALESPRUEBAS EXPERIMENTALES BÁSICAS Y DE LIMITE
3.11. VOLTAJE DE SALIDA CON CARGA RESISTIVA ANTE CAMBIO DE VOLTAJE DE ENTRADA {vIN-115-
Escala: Horizontal = 5 seg/div
Vertical = 50 V/div
3.K!. VOI.TAJR DF. SALIDA CON CARGA RESISTIVA ANTE CAMBIO DE VOLTAJE DE! RNTIÍAPA ( V i n 115-
Escala: Horizontal = 5 seg/divVertical = 50 V/div
REGISTRO DE SEÑALESL'KUKUAU KXmUMUNTALES 13AS1CAS Y Oh! L I M I T E
IG. 3.13. VOLTAJE DE SALIDA CON CARGA R-L ANTE CAMBIO DE VOLTAJE DE ENTRADA (Vin-115-85v
Escala: Horizontal = 5 seg/divVertical = 50 v/div
í •!'! • •'•• * - j —• T-v.- .r . -ÍM O-1*. •• J - . ' J '. • t1 ' -i. •! i - . ' - r I - i-\- ' •'! * a ' • u, U j-í w»- ' • • • " -i. • •'• ,• 'i '.11 < * , J' ii 1J
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Í:^P¿Í»Í^KM
G. 3.14. VOLTAJE DE SALIDA CON CARGA R-l ANTE CAMBIO DE VOLTAJE DE ENTRADA (Vin-115-130'
Escala: Horizontal = 5 ms/div
Vertical = 50 V/div
REGISTRO DE SEÑALESPRUEBAS EXPERIMENTALES BÁSICAS Y DE LIMITE
FIG. 3.15. VOLTAJE'Y CORRIENTE DE ENTRADA CON CARGA R-LEscala: Horizontal = 5 ms/div
Vertical = 50 V/div
FIG. 3.16. VOLTAJE Y CORRIENTE DE SALIDA CON CARGA REACTIVA-ESTADO ESTABLE
Escala: Horizontal= 5ms/div
Vertical=50V/div
-96-
3.3 ASPECTO TÉCNICO ECONÓMICO DEL DISEÑO
3.3.1 Descripción y distribución física del regulador
El regulador electromecánico de voltaje AC, se presenta ensamblado en una
estructura metálico de tol de 1/16" de espesor; pintada en color gris-negro, resistente y de
fácil acceso para procesos de mantenimiento o reparación (figura 3.17)
FJG. 3.U- REGULADOR ELECTROMECÁNICO DE VOLTAJE ALTERNO
-97-
Su estructura exterior la conforman:
- Tapa frontal
De color negro con rotulación serigráfica blanca de señalización y que identifica
la salida del voltaje regulado (mitad superior), de la salida variable del variac (mitad
inferior).
En la tapa frontal se encuentran ubicados el interruptor termomagnético de
encendido del equipo, switches de selección (regulador/variac) y de control manual
(subir/bajar), luz piloto de indicación de encendido, 2 voltímetros analógicos para
indicación de los voltajes de salida del regulador y de la toma variable de variac, así
como también, 4 tomas polarizadas de voltaje que corresponden a 2 salidas de voltaje
regulado (superiores) y 2 salidas de voltaje variable del variac (inferiores).
- Tapa posterior
En donde se encuentran ubicados los terminales de conexión de alimentación
(derecha) y de' salida de voltaje regulado (izquierda) así como también; el sócalo de
conexión de la tarjeta de control automático y el control de selección de nivel de voltaje
de salida regulado.
- Tapa superior
De color gris, que protege el acceso a la parte interior del equipo y evita el acceso
directo a la tarjeta de control automático y al control de voltaje regulado.
-98-
Internamente y sobre la base de ángulo de hierro de 1/8", van montados los
elementos que conforman el circuito de potencia del regulador, con la distribución que a
continuación se detalla y se presenta en la figura 3.18
ELEMENTO UBICACIÓN
Variac
Back&boost
Contactor
Servo motor
Lado izquierdo
Lado derecho
Extremo frontal derecho
Sobre estructura del variac
Switches de fin carrera Sobre estructura del variac
Transformador reductor Sobre estructura del variac
FIGURA 3.18
3.3.2 Dimensiones del regulador
Altura : 39 cmt
Ancho : 37.5 cmt
Profundidad : 35 cmt
3.3.3 Análisis técnico económico
La mayor parte de los elementos que conforman el regulador de voltaje
electromecánico son de tipo electromecánico, lo que lo convierte en un equipo pesado y
de costo razonable.
El costo de la electrónica del equipo es mínimo, comparado con el costo de la
parte mecánica.
La tarjeta electrónica está constituida por elementos de fácil comercialización en
el mercado local e internacional.
El siguiente cuadro sumariza los elementos, la cantidad de ellos utilizados, su
costo unitario y total en dólares de acuerdo al mercado local.
T A B L A D E E L E M E N T O S
ítem.
USDS
No. Elemento Cant.
1 Variac (3 KYA) 1
2 Contactor (40A / 3 vías) 1
3 Servo motor (120V/0.3A/3.3RPM) 1
4 Transformador (110/12V, 800 mA) 1
P r e c i o
Unit / Total
980,00 980,00
122,00 122,00
350,00350,00
11,66 11,66
-100-
5 Switch de fin de carrera (2) 39,00 78,00
(15A/1/8HP)
6 Break(40A) ' 1 • 3,30 3,30
7 Voltímetro analógico
(0-150V) 1 55,00 110,00
8 Tomas polarizadas dobles
(15A/120V) 2 • 1,62 2,32
9 Terminales de conexión (3 vías / 40A) 2 1,62 3,24
10 Switches(5A/120v/2vías) 2 0,66 1333
11 Luz piloto 1 0,83 0,83
12 Perilla de control 1 0,83 0,83
13 Zócalo 25 pines 1 0,83 0,83
14 Mueble con acabados (completo) 1 90;00 90:00
15 Baquelita de fotograbado 1 20;00 20,00
16 Cable flexible #8 AWG 4 m 1,42 5,68
17 Cable #18 AWG 4m 0,12 0,48
18 Terminales de conexión
(tipo ojo #18 AWG) 30 0,12 3,60
19 Terminales de conexión
(tipo ojo # 8 AWG) 10 1,96 19,60
20 Resistencias 1/4W 31 0,03 1,03
21 Condenzador 0,33 uf / 16V ' 3 0,10 3,00
22 Condenzador 7uf /16V 1 0,10 0,10
23 Condenzador 640 uf / 16V 2 0,15 0,30
24 860uf/16V 2 0.15 0,30
25 0 , luf /16V 1 0,10 0,10
26 Diodo 1/4W, 1A 7 0,08 0,58
27 Regulador (LM 7808) ' 1 0,82 0,82
28 Operacional (LM 324) 2 1,27 2,54
-101-
29 Optoacoplador (MOC 3031) 3 1,50 "4,50
30 Tria'cs (SC146D) 3 1,50 4,50
31 Potenciómetro lineal 10K 1 0,83 0;83
32 Potenciómetro lineal 20K 1 0,83 0,83
33 Transformador (1250KVA - 66/30V) 66,00 66.00
T O T A L SUMAN 1967,15
3.4 RECOMENDACIONES
3.4.1 Áreas de aplicación
Debido a las características de protección que ofrece el regulador electromecánico
de voltaje AC. éste se centra básicamente en la buena mantención del nivel de voltaje
dentro de un rango determinado, sin introducir ningún tipo de efectos secundarios en la
red; puede ser utilizado para áreas dondo exista una notoria variación de voltaje que
requiera ser estabilizada.
Debido a su lenta velocidad de respuesta de regulación, su protección contra
transientes de voltaje es nula y por lo tanto no es recomendable para este tipo de
protección; a menos que, el equipo incluya un transformador de aislación como el
indicado en la fig. 1.5. ó sistemas de filtros.
El diseño desarrollado permite su construcción para protección de sistemas
monofásicos, bifásicos o trifásicos; en cuyo caso, se utilizará la misma circuiteria por
fase, según se indica en la figura 3.19
Como se puede observar en la figura 3.193 cada fase es regulada
independientemente, por lo cual se requerirá un circuito independiente por fase.
-102-
La potencia del regulador puede ser ampliada al nivel requerido sin ninguna
limitación, a tarvés de la conexión en paralelo de variacs standares.
La corriente compartida por variacs conectados en paralelo, permite ampliar la
capacidad (Potencia)del regulador.
En este caso los variacs son manejados por un mismo servo
motor,interconectados mecánicamente a éste.
Es recomendable que el regulador sea ubicado lo más cercano posible a las tomas
de alimentación, para evitar caídas de voltaje sobre las líneas.
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.19
-104
-
CAPITULO IVCONCLUSIONES
1.- Del estudio relizado, se concluye que los problemas energéticos son una realidad
presente, que pueden ocasionar problemas en el correcto funcionamiento de equipos
eléctricos y electrónicos, llegando a producir aun su destrucción^)
La afirmación establecida; justifica la existencia y utilización de equipos de
protección contra estas aberraciones energéticas.
2.- Para poder determinar la eficacia y el nivel de protección logrados con el
regulador de voltaje electromecánico; en la tabla 4.1 se da ha conocer los resultados
obtenidos en uno de los monitoreos más largos y reales sobre aberraciones energéticas en
la red(7), relizado por Allen-Segall de Junio de 1970 a Julio de 1972
Perturvacion Ocurrencia PorcentajeProm.mensualRuido 62.6 48.8Transientes 50.7 39.5Bajo voltaje 14.4 11.2Sobre voltaje NoCortes de energía 0.6 0.5
TOTALES 128.3 100.0
TABLA 4.1
REGISTROS DE ALLEN-SEGAL
Si tomamos en consideración, que los resultados de las pruebas de
funcionamiento del regulador de voltaje electromecánico, mostraron que su única
función es la corrección lenta y gradual de las subidas o bajadas del voltaje de entrada; se
concluye que el nivel de protección alcanzado con este sistema no será mayor al once
punto dos por ciento (11.2%) de las necesidades de proteción requeridas, deacuerdo con
los datos de Allen-Seeal.
-105-
El regulador de voltaje electromecánico, puede considerarse como un sitema
eficaz en lo relacionado a cumplir con el objetivo único de corregir las variaciones; ya
que esta función la cumple a cabalidad sin introducir ruido o distorsión armónica en la
red, prorcionando siempre una señal senosoidal.
4.- El alcance de acondicionamiento de linea, logrado con el regulador
electromecánico, es de tipo limitado (corrección de voltaje) por lo tanto; no podrá ser
recomendado como elemento de protección si se lo utiliza independientemente; es decir,
deberá ser utilizado como parte integrante de un sistema que cubran las otras
protecciones necesarias.
5.- Debido a su parte mecánica (servomotor y variac); el regulador electromecánico
presenta una limitación propia de construcción que lo convierte en un sistema lento y que
se refleja en su velocidad de respuesta a las variaciones de voltaje. Su velocidad depende
de la rapidez con que la escobilla de toma variable (del variac) se mueve para alcanzar el
punto adecuado de corrección.
6.- Considerando que en áreas industriales existen equipos que manejan corrientes
altas (motores) que son adversamente afectados por los niveles de bajo voltaje que
siempre se producen, el regulador de voltaje electromecánico podría ser utilizado y
recomendado como parte del sistema de protección para toda una planta completa. Su
facilidad de construcción en diferentes potencias y tipos (monofásico, bifásico o
trifásico), permitirá su construcción bajo pedido deacuerdo a las reales necesidades del
cliente.
7.- En la actualidad, el avance tecnológico existente y la competencia comercial hace
que la gran mayoria de equipos sofisticados vengan contruidos con algún tipo de
protección para ciertas aberraciones eléctricas. Asi vemos que computadoras incluyen
-106-
exelentes sistemas de filtros(n), de tal manera que el ruido ya no es un problema real'para
estos equipos. En conclusión, cuando se desee proteger algún equipo eléctrico o
electrónico, se deberá analizar las reales necesidades de protección requeridas;
dependiendo de las características eléctricas de protección y limitacioens que posee el
equipo a proteger.
8.- Se pude resumir, que las diferentes tecnologías existentes para protección
indicadas en 1.2.1; caen dentro de dos categorías:
Mej oradores de Energía
Sintetizadores de Energía
Los equipos Mej oradores de Energía solamente modifican y mejoran la señal de
alimentación, por captación, filtrado, aislación, incremento o decremento del voltaje,
antes de entregar esta señal a la carga especial. Los equipos Sintetizadores de Energía,
por lo contrario, utilizan la energía recibida únicamente como fuente de energía, de la
cual se crea una nueva señal completamente aislada para suministrarse a la carga
especial. Esta señal sintetizada o regenerada es elaborada para caer enteramente dentro de
las tolerancias de la CBEMA, o cualquier otro requerimiento especial con un adecuado
margen de seguridad, sin importar las aberraciones de la alimentación.
9.- Como mejoradores de energía, están los reguladores de voltaje (el regulador
electromecánico), supresores de picos, transformadores de aislación o una combinación
de algunos o todos estos.
Los Sintetizadores de energía pueden ser proporcionados por inversores estáticos
electrónicos de semiconductores, máquinas rotativas y Sintetizadores magnéticos sin
utilización de semiconductores.
-107-
10.- La evaluación de las tecnologías solucionado ras de problemas energéticos deberá
involucrar el análisis.
Costo - efectividad de la Tecnología.
Selección de la tecnología correcta para los requerimientos locales.
La comparación de efectividad, constituye solamente un paso en la selección de la
tecnología de protección; siempre será necesario la consideración de los otros factores. Si
se considerase solamente la efectividad el UPS podría ser la selección. Si el costo fuera
únicamente considerado, el supresor de picos podría ser la selección. Sin embargo
soluciona pocos problemas, por lo cual se lo utiliza en combinación con otros sistemas.
11.- Ninguno de los sistemas de reguladores con transformador de rango variable tiene
habilidad para atenuar ruido y en muchos casos la versión automatizada incrementa el
ruido de señal, debido a que los tiristores utilizados para realizar el switcheo de tap a tap
generan transientes. Adicionalmente la respuesta de los sistemas de control
electromecánico son relativamente lentos, por lo tanto responden únicamente a
fluctuaciones graduales.
12.- Los cortes de energía son fáciles de detectar, pero más difíciles de corregir en
términos de costos y sofísticación de equipos; ruido y rápidos transientes son por otro
lado más difíciles de detectar pero más fáciles de corregir; las variaciones de voltaje caen
en una categoría intermedia, siendo relativamente fáciles de detectar, pero requieren
equipos más sofisticados que los que se necesitan para suprimir ruido y transientes, pero
menos sofisticados que los requeridos para contrarestar cortes de energía.
13.- Por las partes que conforman al regulador electromecánico; se trata de un equipo
robusto y resistente. Al contrario de los reguladores a base de semicondutores, éste puede
soportar cortocircuitos, sobreintensidades elevadas por cortos tiempos sin la destrucción
de alguna de sus partes integrantes. Esto representa un potencial ahorro económico, por
el precio de los semicondictores de corrientes elevadas que son altos.
-108-
14.- Como puede apreciarse, el regulador electromecánico es un sistema de fácil
construcción y mantenimiento relativamente simple. No requiere conocimientos técnicos
sofisticados ni para su construcción ni para su diseño. La tarjeta de control electrónico,
puede ser usada para el control de equipos de cualquier potencia.
15.- Debido a la forma de interconexión del variac en el regulador, no circula la
corriente de carga directamente por su bobinado; esto permite que, con la utilización de
un variac de 3.3 KVA llegar a construir un regulador electromecánico de hasta 20 KVA;
es decir, se puede construir un regulador electromecánico de potencia 6 veces mayor.
16.- El regulador de voltaje electromecánico, presenta mayor rango de regulaciónd e
voltaje que los sistemas a base de semiconductores, con la ventaja de ser una corrección
contiunua (sin lapsos de pérdida de señal) y sin introducción de armónicos.
17.- Si consideramos que las reducciones de voltaje en la red se producen
paulatinamente, el regulador electromecánico de voltaje cumplirá eficientemente su
función. Las variaciones bruscas e instantáneas no son corregidas ni por el regulador
electromecánico ni por los reguladores a base de semiconductores. Ciruitos especiales
(como filtros) son los que se encargan de estas aberraciones.
-109-
A N E X O 1MANUAL DE USO Y MANTENIMIENTO
Para la conexión será necesaria la disposición de una toma de voltaje polarizada,
es decir con fase, neutro y tierra.
Los conductores de alimentación y de salida del regulador deberán ser de calibre
mínimo 8 AWG.
El regulador debe ser instalado lo más cercano posible a las tomas de voltaje.
ENCENDIDO DEL REGULADOR:
Para el encedido del regulador se accionará el interruptor termomagnético y la
posición del switch de selección de funcionamiento en "regulador". Luego de
transcurridos 14 segundos, el regulador conectará el voltaje regulado a sus tomas de
salida; esto se identifica por el sonido del cierre del contactor de salida y el encendido de
la luz piloto, así como también el movimiento de la ajuga del voltímetro analógico que
indicará el nivel del voltaje de salida regulado.
CONEXIÓN DE CA&GA
Antes de efectuar la conexión de la carga al regulador, deberá observarse en el
voltímetro de "voltaje de salida" el nivel de voltaje que está entregando el reguiador; en
caso de no corresponder al nivel requerido, se cambiará este valor al deseado a través del
control manual, ubicado en la parte posterior del regulador: para esto, deberá levantarse
la media tapa de seguridad que cubre a esta perilla y a la tarjeta de control automático.
-110-
Observando el voltaje de salida, gire la perilla de control en sentido horario o anti-horario
para producir un aumento o disminución del voltaje de salida, hasta encontrar el nivel
deseado.
El regulador presenta 2 tomas de salida de voltaje regulado, ubicadas en su parte
frontal derecha superior; a estas tomas se podrán conectar cargas que no consuman más
de 15 A; en caso de requerir conectar cargas de mayor consumo de corriente (hasta 40A),
se utilizarán la salida de voltaje ubicada en la parte posterior inferior izquierda del
equipo.
-111-
ANEXO 2BIBLIOGRAFÍA
(1) FIRMESA,"Variatronic SAR/STSI/TA", NN,Guia de selección.
(2) ELECTRICAL CONSTRUCTION AND MAINTENANCE, "Computer Power
Problems and Solutions, ALBERT KESTERSON & PAT MAHER, (December,
1982), pag 1-2.
(3) IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, "Transient Voltage
Sources and Effects on Electrical Equipment", WILLIAM P JOHNSON, vollA-
9,No.3, (Mayo/Junio, 1973), pag 335.
(4) DATASISTEMAS,"Mantenga la potencia "JESSE J,LEAF, (Enero-Febrero,
1987), pag 6-9
(5) IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS, "Susceptibilitv of
Electrical Control Systems to Electromagnetic Disturbances", PRITJNDRA
CHOWDHURI & DALE W. ZOBRIST, vol.lA-93No.53 (Septem ber/October,
1973), pag 570-575.
(6) PC MAGAZINE, "The Noise Nonissue", WINN L.ROSCH, (May 27,1986),
pag 108.
(7) IEEE PES WINTER MEETING, "Monitoring of Computer Installations for
Power Line Disturbances", G.W ALLEN & D SEGAL, Conf. Paper No. C74
199-63(Jan. 1974).
(8) NATIONAL SEMICONDUCTOR,l!Voltage Regulator Hand Book", NN, (1982)
pag 8.3 - 8.6
-112-
(9) ELECTRÓNICA PRACTICA IL"Filtros",ARTHUR B.WILLAMS,
Pag9.3-19.41(10) NATIONAL SEMICQNDUCTOR,"Operational
ApIiñers/Buffers",NN, Pag 3,172 - 3.180
(10) NATIONAL SEMICONDUCTOR, "Operational Ampliafiers / Buffers". NN, Pag
3.172-3.180
(11) MOTOROLA THYRJSTOR DE VICE DATA, "Zero Voitage Crossing Opticallv
IsoIatedTríacDrivers", NN; Pag 367-369
(12) MOTOROLA THYRISTOR DEVICE DATA, "Bioiierccíonal Triode
Thvristors", NN Pag 3.338-3.340
(13) PRINCIPIOS Y ELEMENTOS BÁSICOS DE ELECTRÓNICA INDUSTRIAL,
"Protección contra sobretensiones" VIVES Y CASTILLO. (1973) pAG. 171-172
(14) ELECTRIC AL TRANSMISIÓN AND DISTRIBUTION, "Power Transformers
and Rectors", Hobson & Witzke, Pag 96
(15) PALACIO FIERRO JULIO, "Medidor de factor de potencia para ondas
distorsionadas en base al microcontrolador 8052 AH - Basic", 1994
(16) POWER ENGINNERING USING THYRISTOR, "Tecniques of Hrgristor Power
Control", MULLARD, Pag. 178-179.
(17) TESIS, "Protección de los semiconductores de potencia", LEDESMA BOLÍVAR,
Páe. 9-1L1989.
-113-
ANEXO 3
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
-114-
PONIK1/1
ESTABILIZADORES AUTOMÁTICOS DE VOLTAJE DE ALTA PRECISIÓNCON SUPRESIÓN DE TRANSIENTES Y SUPRESIÓN DE INTERFERENCIAS
Para centros de cómputo, equipos médicos y científicos, y otras aplicaciones en que se requiere un totalacondicionamiento del suministro eléctrico, así como confiabiüdad y alta precisión, Firmesa IndustrialCía. Ltda., recomienda como solución ideal, la línea VAR1ATRON1K - SAR/STSI/TA.
V- -• \S EN EL ACONDICIONAMIENTO DEL SUMINISTRO ELÉCTRICO v ,,
/ I :, .. • "\-
El conjunto VARIATRONIK - SAR/STSI/TA logra un óptimoacondicionamiento del suministro eléctrico, a través de los si-guientes sistemas de protección:
A.- Estabilizador automático de voltaje de alta precisión.
B.- Sistema automático de reconexión. (SAR)
C.- Supresor de transientes. (STSI)
D.- Supresor de interferencias. (STSI)
E.- Transformador de aislamiento. (TA)
,F.- Ecualizador de cargas. (TA)
A.- EL ESTABILIZADOR AUTOMÁTICO DE VOLTAJE DE
ALTA PRECISIÓN:
Corrige automáticamente las variaciones de voltaje de red, ac-tuando como elevador cuando el voltaje está bajo, o comoreductor cuando el voltaje es excesivo, manteniendo el voltajede salida estabilizado en 115,208 ó 220 voltios, según el reque-rimiento, con una exactitud de ± 1,5 o/o
135V.
90 V
VARIATRONIK reduce el voltaje excesivo
-^Voltaje estabilizado, 115 voltios ± 1.5 o/o.
VARIATRONIK eleva el voltaje bajo
B> EL SISTEMA AUTOMÁTICO DE RECONEXION (SAR):
Uno de los mayores riesgos para todo equipo electrónico son loscortes en el servicio eléctrico. Después de un apagón, cuando el
^suministro eléctrico es reconectado, ¡nicialmente se produce unsobrevoltaje que generalmente causa graves daños.
El sistema automático de reconexión (SAR), permite que VA-RIATRONIK se prenda internamente, examine el voltaje y úni-camente cuando éste está óptimamente estabilizado, se conectael suministro eléctrico al computador o ai equipo al que se estáprotegiendo.
C.- EL SUPRESOR DE TRANSIENTES (STSI):
Las Transientes (SPIKES) son picos de voltaje de altísima mag-nitud y de corta duración.
Se generan por el arranque de motores de ascensores o maquina-rias, por el uso de soldadoras eléctricas, por la caída de rayos enlas líneas de alta tensión aunque sea a muchos kilómetros de dis-tancia y también por la conexión o desconexión de subestacio-nes eléctricas (Cargas inductivas en general).
Además de afectar a los componentes electrónicos de los equi-pos, Las Transientes producen en computación, errores y pérdi-das de información, así como daños en los programas. La mag-nitud de los problemas generados por Transientes es de tal índo-le, que implican pérdidas cte largas horas de trabajo y pueden ge-nerar costos y molestias innecesarias para su empresa.
En el caso de equipos médicos y científicos, estos deben suministrar información exacta y confiable, por lo que es indispensable eliminar estos fenómenos eléctricos.
El Supresor de Transientes e Interferencias del sistema VARIATRONIK -SAR/STSI/TA atenúa Transientes de hasta 3.000 voltios. El STSI tiene típicamente niveles de atenuación, de modicomún, en el orden de 65 dB (Decibeles), y de modo transversten el orden de*55 dB.^3
D.- EL SUPRESOR DE INTERFERENCIAS (STSI):
Las Interferencias son ruidos de línea, de menor intensidacque las transientes pero de más larga duración.Las Interferencias son generadas por motores que utilizan car-•bones, por estaciones de microondas^ FM, radioaficionados \n general de todo tipo de energía de alta frecuencia radiad;
en el espacio o conducida por las líneas eléctricas. Los ruidode línea producen equivocaciones o resultados erróneos en prcgramas de computación que han estado corriendo normalmentiapareciendo y desapareciendo según la amplitud (Decibeles) qu-alcancen.El Supresor de interferencia de VARIATRONIK-SAR/STSI/TA, atenúa ruidos tanto de modo común como transverso,deíde 5 KHZ hasta 1 MHZ.
E.- TRANSFORMADOR DE AISLAMIENTO (TA):
Es un transformador cuyo bobinado primario (Entrada), se encuentra aislado del bobinado secundario (salida), existiendo uiblindaje estático intermedio, el cual se conecta a tierra. Consecuentemente, la transferencia de voltaje se realiza a través dun proceso de inducción magnética, por jo que el Transformedor de Aislamiento es también un futro de transientes y de rudos de línea, que brinda adicionalmente un nivel típico de atenuación en'modo en el orden de 65 Decibeles, en frecuenciaque complementan al STSI.
Además este transformador permite acoplar sistemas trifásicosDelta a sistemas Estrella con neutro o viceversa, evitando cos-tosas y difíciles adecuaciones en equipos que están diseñadospara un sistema diferente al del suministro eléctrico.
También cuando existe una diferencia de potencial entro el
neutro y la tierra, este transformador permite eliminar las
molestias y peligros que este voltaje diferencial ocasiona.
F.- EL ECUAL1ZADOR DE CARGAS:
El transformador de aislamiento por su diseño de estrellaQuebrada, permite balancear de las diferentes fases, cuando
desequilibrio entre ellas.
Por lo tanto a través de los sistemas señalados, el conjuntoVARIATRONIK - SAR/STS1/TA ofrece contabilidad en elacondicionamiento eléctrico,
¿COMO DECIDIR LA UNIDAD VAR1ATRON1K QUE USTED
REQUIERE
Firmesa Industrial Cía. Ltda. cuenta con el personal técnicoy la experiencia para realizar una completa evaluación de susrequerimientos eléctricos y determinar la potencia ideal delsistema VARIATRONIK que usted necesita.Es nuestra responsabilidad asesorarle para que usted realice lamejor inversión.
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LAS UNIDADES VARIATRONIK
RANGO DEL VOLTAJE DE ENTRADA;SALIDA NOM1NALGRADUABLE: •EXACTITUD (TOLERANCIA):FRECUENCIA:INDEPENDENCIA A VARIACIONES DECICLAJE:FORMA DE LA ONDA:DISTORSIÓN ARMÓNICA:TIEMPO DE REACCIÓN DELMANDOELECTRÓNICO:
'TIEMPO DE CORRECCIÓN DELTRANSFORMADOR VARIABLE:IMPEDANC1A INTERNA:ENFRIAMIENTO:TEMPERATURAS DE OPERACIÓN:SUPRESOR DE TRANSIENTES EINTERFERENCIAS (3)TRANSIENTES MÁXIMAS DEENTRADA:
MODO COMÚN: ATENUACIÓNTÍPICA: (5)MODO TRANSVERSO: ATENUACIÓNTÍPICA:FRECUENCIAS DE ATENUACIÓN:GENERACIÓN DE CALOR:GENERACIÓN DE RUIDO:PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: (4)
90-130 Voltios AC. (1 }115 Voltios
1.5 o/o (2}60 Hertz
De 46 a 64 HertzSinusoidalCero
1/2 Ciclo35/100 de segundopor voltioInsignificanteVentilador
3.000 Voltios Pico,a'25 Joules a 1 x seg.
65 dB (Decibeles)
180-245 Voltios AC. (1)208/1206220/1271.5o/o (2)
60 Hertz
De 46 a64 HertzSinusoidalCero
1/2 Ciclo35/100 de segundopor voltioInsignificanteVentilador0°C a 50°C
3.000 Voltios Pico, a25 Joules a 1 x seg.
65 dB (Decibeles)
55 dB (Decibeles)Desde 5 KHZ hasta 10 MHZInsignificante"NingunoEn base a transformadores variables deElectrónicos de ESTADO SOLIDO.
55 dB (Decibeles)Desde 5 KHZ hasta 10InsignificanteNinguno
REGULACIÓN
190-245 Voltios AC. [1]208/120 Voltios
1.5 o/o (2)60 Hertz
De 46 a 64 HertzSinusoidalCero •
1/2 Ciclo35/100 de segundopor voltioInsignificanteVentilador0°C a 50°C •
1 3.000 Voltios Pico, a25 Joules a 1 x seg.
65 dB (Decibeles)
55 dB (Decibeles).Desde 5 KHZ hasta 10 MHZInsignificante
' NingunoCONTINUA. Utiliza mandos
(1) Pueden fabricarse con rangos especiales a solicitud del Cliente.(2) Puede variar según el tipo de carga, calidad de la acometida y la red de distribución.(3) Las unidades con transformador de aislamiento tienen un nivel de atenuación adicional, de 65 dB típicos.(4) Estas unidades toleran sobrecargas y factores de potencia momentáneos,(5) Atenuación aproximada de 2.000: 1.
1.- VARIATRONIK-SAR/STSI/TA DE CONTROL INDEPENDIENTE POR FASE. '
Estos equipos están diseñados específicamente para brindar un total acondicionamiento de las líneas eléctricas en computación,equipos médicos y científicos, y otras aplicaciones de similares exigencias. El Control Independiente por fase (CIF) consisteen mandos electrónicos y sistemas individuales e independientes de regulación para cada fase, lo que garantiza (a exactitud de1.5 o/o en el voltaje de salida, aunque existan desbalances de la carga entre las fases.
5 KVA5 K V A
5 KVA
10 KVA
10 KVA
10 KVA15 KVA
' 15 KVA20 KVA20 KVA30 KVA45 KVA60 KVA -
.75 KVA.
90 KVA
120 KVA180 KVA
225 KVA
u\*wwñngMU¡fjjKto
MonofásicoMonofásicoBifásicoMonofásicoBifásicoTrifásicoMonofásico-TrifásicoBifásicoTrifásicoTrifásicoTrifásicoTrifásicoTrifásicoTrifásicoTrifásicoTrifásicoTrifásico
SRfflHHffiraHH
552.5 .1053.415510
6.6
10
15
20
i - . . 25 . . .30
4 0 ' "60
75
tfluanukijiiinqmr
mmrMMHHK
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^USMH^fMmSSl^^^^^^^wSn^^KSM^!>>:'•;'-:«;. x;K;;->K':^^
_
-->* -
--X
-X
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X
X
X
X
X
X
X
X
115
220208/120 ó 220/1 10115208/1200220/110208/120115208/120208/1200 220/110
208/120208/120208/120208/120208/120 • .208/120
208/120208/120208/120
[x) Incluido en el sistema SAR = Sistema automático de conexión STSI = Supresor de Transientes- Supresor deInterferencias TA=Transformador de Aislamiento ,y de Ecualizaciqn de carga.
2.- VARIATRONIK-SAR DE CONTROL COMÚN
Estos equipos se recomiendan para la regulación automática del
voltaje en maquinarias y otras aplicaciones similares, en las cuales
las-cargas estén debidamente equilibradas y no existan mayores
diferencias entre los voltajes de entrada de las fases.
Las unidades Variatronik de Control Común (CC), utilizan un
solo mando electrónico y un sistema único de control para las
*$Tó 3 fases. La estabilización se realiza a partir de un promedio de
los voltajes de entrada de las fases.
10 KVA15 KVA20 KVA30 KVA45 KVA60 KVA75 KVA
TrifásicoTrifásicoTrifásicoTrifásicoTrifásicoTrifásicoTrifásico,
3.456.610152025
208/1200208/1206208/1.20 ó208/120 ó.208/1200208/1200208/1200'
220/127220/127220/127220/127220/127220/127220/127
NOTA: En esos sistemas el Supresor de Transientes
Supresor de Interferencias y el Transformador de aislamiento
son opcionales.
SAR Sistema automático de reconexión(x) Incluido en el sistema.
Se garantiza que todo producto fabricado por FIRMESA se halla librede defectos en materiales y en su construcción.Esta garantía es válida siempre y cuando, EL EQUIPO FABRICADOPOR FIRMESA Y MOTIVO DE ESTA GARANTÍA sea operado bajocondiciones normales y es válida por 360 días desde la fecha de sucompra. Nuestra obligación bajo esta garantía SE LIMITA estricta yexclusivamente a reparar o reemplazar, en la tábrlca.cualquier equipo ocomponente, que un representante de FIRMESA, lo determine defec-tuoso en sus materiales o en su construcción. FIRMESA se reserva elderecho de satisfacer tal obligación con una de fas siguientes alternati-vas: 1. Reparando el equipo. 2. Cambiándolo por uno nuevo. 3. De-volviendo e| valor original de compra, del aparato motivo de esta garan-tía. Fl RMESA no será responsable bajo ninguna circunstancia, por da-ños directos especiales, Incidentales, consecuenciales, Indirectos o denaturaleza penal, incluyendo sin limitación daños hacia personas oequipos.ESTA GARANTÍA ES EXCLUSIVA Y ÚNICA ENTENDIENDO LASPARTES QUE NO EXISTE NINGUNA OTRA GARANTÍA NIEXPRESA NI TACITA NI SOBREENTENDIDA. Esta garantía no seaplicará a ningún producto o componente; l. Reparado o alterado porcualquier otra persona que no sea FIRMESA o su Agente Autorizado deServicio. 2. Alterado, o sujeto a falso manejo, negligencia o accidente.3. Alterado, borrado o removido e| número de serle. 4. Que haya sidoimpropiamente conectado, instalado o usado de manera diferente en re-lación a las Instrucciones. FIRMESA se reserva e| derecho de desconti-nuar cualquier modelo a cualquier tiempo, o cambiar las especificacio-nes o el diseño sin notificación previa y sin incurrir en ninguna obliga-ción.LA GARANTÍA SERA NULA PARA CUALQUIER PRODUCTO OCOMPONENTE SI LA TARJETA DE REGISTRO DE GARANTÍA NOSE HALLARE CORRECTAMENTE COMPLETADA Y ENVIADA AFIRMESA, DENTRO DE LOS (5) CINCO PRIMEROS DÍAS. CON-TADOS A PARTIR DE LA FECHA DE ADQUISICIÓN DEL EQUIPO,EN FIRMESA O SUS DISTRIBUIDORES AUTORIZADOS.
Variatronik, Variatronik -SAR/STS1/TA, STSI, y Firmesason marcas registradas de Firmesa Industrial Cfa. Ltda.
QUITO: OFICINA COMERCIAL Moscú 378 y Av. República de E| Salvador Talfs: 459 218- 459 318
Té]ex 22902 FiRMES-ED Casilla A-654 Qulto-Ecuador
GUAYAQUIL: OFICINA COMERCIAL Agulrre 606 y Escobedo, Oficina 301 Telf: 321 008- 323 849
SK&sr
100 AMPS., MAX 240 V.C.A^o 240/415 V.C.A.
AMPERES
15203040506070
100
1 POLO120V.CA.
CAT. No.
QO-11500-120QO-130QO-140OO-150OO— 160QO-170
DIMENSIONESNOMINALES
En mm. (Pulg.)
ANCHO{47/64") 18
ALTO{3") 76FONDO
(2 59/64") 74
' 2 POLOS
V.C.A.
CAT. No.
QO-21 5QO-22000-230QO-240QO-250QO-260QO-270QO-21 00
DIMENSIONESNOMINALES
En mm. (Pu!g.)
' ANCHO(1-11/32")
34ALTO(3") 76
FONDO(2 59/64") 74
-3 POLOS240V.C.A.
CAT. No.
00-31500-320QO-330QO-340QO-350QO-3600.1-37001-3100
DIMENSIONESNOMINALES
En mm. (Pulg.)
ANCHO(2-3/32" ) 53• ALTO
(3")76FONDO
(2 59/64") 74ALTO i'
CAPACIDAD INTERRUPTIVA, 10000 Af
Se recomiendan como dispositivode protección e interrupción de circuitos eléctricos'Utilizados en tableros de control, alumbrado ydistribución. Los elementos de disparo térmico ymagnético forman parte integral del interruptorasí como sus terminales adecuados.
Usados en Tableros tipo QOL
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Operational Amplifiers/Buffers
LM124/LM224/LM324, LM124A/LM224A/LM324A, LM2902Low Power Quad Operational AmplifiersGeneral DescriptionThe LM124 series consists of four independent, highgain, internally frequency compensated Operational am-plifiers which were designed specifically to opérate froma single power supply over a wide range of vohages,Operation from spüt power supplies ¡s also possible andthe low power supply current drain is independent of themagnitude of the power supply voltage.
Application áreas include transducer amplifiers, de gainblocks and all the conventional op amp circuits whichnow can be more easiiy ¡mplemented in single powersupply systems. Far example, the LM124 series can bedírectly operated off of the standard +5 VDC powersupply voltage which is used in digital systems and willeasiiy provide the required interface electrónica wíthoutrequjring the additíonal ±15 VDC power supplies.
Unique Characteristics• !n the linear mode the input common-mode voltage
range inciudes ground and the output voltage can alsoswing to ground, even Though operated írom only asingle power supply voltage.
The unity gain cross frequency is temperaturecompensated.
The ínput bías current is also temperaturecompensated.
Advantages• Elimínales need for dual supplies
• Four internaily compensated op amps in a singlepackage
Allows directly sensing near GND and VOUT alsogoes TO GND
• Compatible with all forms .of logic
• Power drain suitable for battery operation
Featu res• Internally frequency compensated for unity gain• Large de voltage gain 100 dB• Wide bandwidíh (unity gain) 1 MHi
(temperature compensated)• Wide power supply range:
Single supply 3 VDC to 30 VDC
or dual supplies ±1.5 VDC to =15 VDC
• Very low supply current drain (800¿iA) — essentiallyindependent of supply voltage (1 mW/op amp ai+5 VDC) i
• Low input biasing current 45 nADC
(temperature compensated)• Low input offset voltage 2mVDC
and offset current 5 nADC
• Input common-mode voltage range includes ground• Differential ínput voltage range equal to the power
supply voltage• Large output voltage O Voc to V4" - 1.5 VDC
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Connection DiagramDual-ln-Lin«
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Order Number LM124J, LM124AJ,LM224J, LM224AJ, LM324J,
LM324AJ orLM2902JSee NS Package J14A.
/ Order Number LM324N, LM324ANor LM2902N •'
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Output Char*ct*riittcsCurr*nt Sourcirtg
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Ipput Curr*nt
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Op«n Loop Fr»qu*ncy.
1.0 II ID* l.Dk l»k ItXH, I.OV IQM
I-FREQUENCT (Hi)
Volt»fl« Followw Pulí»
R**parm (Sirutl Sign*l)
Output Ch«r*et«r¡«ic*
Currvnt Sínkín^
1.0*1 1.11 Ll 1 II • 1M
i0'- OUTPUT JIHK euftRtr
3-175
Supply Currcnt
Common Mod« R«¡*ctjonR*tio
loa u lo* loo*
I-fflEQUENCY(Hi)
Larga SignW Fr»qu«f>CYReiponi*
U 1K IMk ]U
l-FREQUENCY|t*i|
Currtfn Ll mítl
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1124 establish*».»-'of the magnitudai range of from 3
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ground or to thelort time duration.e^jfoí the short dnlut rather due to th«lwhich wíll cau» e¡on tem per aturd-ían one amplífier it ».• dissipatíon to dd with exíernalh tha output leadi oí1of output sourcB cuijvidei a larger output[emperatures (see tyhan » standard ICop
sectíon on typlcalonly a single pow«r suiw«r íupplíes ara avaílucircuits can be use<Lió-ground (a bíai voltoperation above and b«iply jyítems. Manytake advantage of thege i ranga which inclbiasing ií not requíredto. g/ound can easíly,
-isM---*' .,.-;,-7.•,..,
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Typical Single-Supply Applications
Drivlos TTU
High CompíUnct CufTKii I»
3-178.
Typical Single-Supply Applications (coniinued) <V^S.OVDC>
Typical Single-Supply Applicationsícontinued)(v+.5.0voc)
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CM
Hiflh Input Z Adju««bí«-G«;nDC I tvttru rrt*nution
fípfl Symrrmrical Amolifi«rt to« Input Curr«nt lG»n»ri| Conc«pt)
urrtnt Amplifítr
B*ndp«a» Actñra F¡lt«r
[•
HUÍ. LM143 ¡s a general pui
Piplifier featuring operati'ervoltage protection upmparable to those of otr¡w rate, íogether with h
» rejection, injure imprcrv,j -voltages. Operatingíiupply current, slew rate"itndent oí supply voltage
jin is unaffected by outpages due to thermal symi(¿pin compatible with gei
fset nuil capabílity.
gjí.pplication áreas include
a, but can be extendepower when extí
|.*-;w,,t.i used in audio poweH"''vides a power bandwldtlIty.-ipect'rum. In addition,P&perated in environmentIÍ-TOÍI the power supplies, \ op amps would suff
ES*' ••tl'-TThe LM343 is similar to.filen-severe supply voltage
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78MXX Series
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Absoluta Máximum RatingsInput Voltage
r (V 0 =5V I -12V,15V) 35VInternal Power Dlsslpatlon (Note 1) Internally LimitedOperatlngTemperature Range O ' C t o +70°CMáximum Juncliori.Temperalure +125°CStorage Temperalure Range -65°Cto -f150aCLead Temperature {Soldering, 10seconds) +230°C
EleCtnCal CharaCteríStiCS TA = 0°C to 70'C, l0 = 500mA, unlesa otherwlse noted.
OUTPUT VOLTAGE
INPUT VOLTAGE (unloss olhe
PARAMETER
VQ Oulput Voltage
AVQ Line Regulalion
^- AVQ Load Regulallon
AVQ Long Term Slability
IQ Oulescenl Curren!
Alo Qulescenl CurrenlChange
Vn Oulpul Noise Votlage
AVQUTInpul VollageRequired lo MainlalnLine Regulallon
rwlse notad)
CONDITIONS
T¡ = 25*C
PD <. 7.5W. 5 mA S IQ * 500 mAand VMIN * VIN < VMAX
Tj = 25'C. !Q= 100 mA
T|=25'C. SmAí 1O < SOOmA
T¡=25'C
T| = 25 'C5 mA < IQ < 500 mA
T| = 25'CVM1N < VIN < VMAX
TJ = 25'C. 1= 10 Hz- 100 kHz
T¡=25'G, IQ = 500 mA
5V 12V 15V
10V 19V 23V UNITS
MIN TYP MAX MIN TYP MAX MIN TYP MAX
4.8 5 5.2 11.5 12 12.5 14.4 15 15.6 V
4.75 5.25 11.4 12.6 14.25 15.75 V(7.5 < VIN * 2°) ( ]4 .8 < VIN < 27) [18 < V|N < 30) V
50 120 150 mV100 240 300 mV
[7.2 < V|N < 25) (14.5 £ VIN * 30) [17.6 < V|N < 30) V
100 240 300 mV
20 48 . 60 mVnOOOhrs
4 10 4 10 4 10 mA
0.5 0.5 0.5 mA
1 1 1 mA(7.5 < V|N < 25) • (14.8 S VIN < 30) [18 < VIN <• 30) V
40 75 90 fiV
78 71 69 V
7.2 14.5 17.6 V
Note 1: Thermal reslstance wilhoul a heal slnk lor junctlon lo case temperature is 12*C/W íor Ihe TO-202 package. Thermal reslslance (orcase lo amblen! lemperalure s 70'CíW lor the TO-202 package.
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10-174
Typical Performa
M»xrmum Av»r»v« PDiiiif-ttion
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LWJIWOSC. 1UV•LMMH1ÍC.11V
LMIIM15C.1JV
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Quieíont Currtnt
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N TYP MAX
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15.75S 30)
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300
1[18 < V[N < 30)
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UNITS
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V
mV
mVnoOO hrs
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(•V
pacKage. Thermal resislance lor
-
Typical Performance Characterlstlcs
Diuipctíon
15 ]0 »S SO 7S
AMBlENT TEMPERATUflE I Cl
HippU R«Í«ct¡on
. P A R T - V l p (
IMUMOSC. 10-LMIIMUC. 19IMÜMI5C, 2]
!• t!0
T , - 3
V
V
H>
VQUT- 'VDC3.S Vtr-l
500 mA
C
S 10 IS 10 IS
OUTPUTVOLTAGEIVI
Quiwcsnt Currtnl
V Q U I - 5 V
IOUT' Sm*Tj • IS C
r10 IS 20 ZS 30 JS
INPUT VOLTACE [VI
Dropout Voli»g«Ouiput Voltage (Normalued
to 1V »l Tj - 25° Cl
JUNCT1QN TEMPÍRAIURE |' C|
!S 50 IS 100 IÍS ISO
JUWCTION TEMPEflATURE ( Cl
Quleicnnl Curran! Output Impedancs
O 35 50 IS 100 1ZS
JUNCTIONTEMPEHATURE( 'C )
10-175
TríaosBidirectíonal Triode Thyristors
... designad primarily for full-wave ac control applications, such as light dimmers,motor controls, heating controls and power supplies.
• Triggering Specified in Three Quadrants• Blocking Voltage ío 800 Volts• All Díffused and Glass Passivated Junctbns for Greater Parameter Uniformity
and Stability« Small, Rugged, Thermowatí Construction for Low Thermal Resistance, High Heat
Dissipation and Durability
SC141SC146
TRIACs6 and 10 AMPERES RMS
200 thru 800 VOLTS
MÁXIMUM RATINGS
CASE 221A-04(TO-220AB)
STYLE 4
Rating
Peak Repetitive Off-State Voltage, Gate OpenB
SC141 DSC146 M. N
RMS On-State Current(Te = 80°C) SC141
SCI 46
Peak Non-Repetitive Surge Current(One FuII Cycle, 60 Hz) SC141
SCI 46
Circuit Fusing Considerations(t = 8.3 ms) SCI 41
SC146
Peak Gate Power (Pulse Width = 10 /is)
Average Gate Power (Te = + 80°C( t = 8.3 ms)
Peak Gate Current (Pulse Width = 10 ¡is)
Peak Gate Voltage
Operating Junction Temperature Range
Síorage Temperature Range
Symbol
VDRM
'T(RMS)
ITSM
|2t
PGMPG(AV)
IGMVGMTJ
Tstg
Valué
200
400600
800
6
10
80
120
26.5
60
10
0.5
3.5
10
-40to +125
-40 to +125
Unlt
Volts
Amps
Amps
A2S
Watts
Watt
Amps
Volts
°C
°C
• .- .••.•-.•f--s' •
MOTOROLATHYRISTOR DEV1CE DATA
3-338
£ " •'*. +
SC141 • SC146
THERMAL CHARACTERISTICS
ílACsMPERES RMS800 VOLTS
IJÉ21A-04)-220AS)TYLE4
Unlt
Volts
Amps
Ampa
A2s
Watts
Watt
Amps
Volts
Charactaríatic
TherTnal Resístance, Junctíon to CaseSC141SC146
Symbol
RÍJJC
Max
2.21.5
Unit
°C/W
ELÉCTRICA!. CHARACTERISTICS (Te = + 25°C, Either Polarity of MT2 to MTl Voltage unless otherwise noted.)
, * Characteristíc
Peak Forward or Reverse Blocking Curren!(Rated VDRM or VRRM, gats open) TC = 25°C
TC - -HOO'C
Peak On-State Vollage(Pulse Wídth *s 1 ms, Duty Cycle =s 2%)SC141 ITM = 8-5 A peak
SC146IJM = 14 A Peak
Critica! Rale of Ríse of Off-State Voltage(Vrj = Raíed VDHM* ^ate Open-Círcuited,Exponential Waveform TC = - 100°C
Critical Rate-of-Rise of Commutating Off-Staie Voltage (1)([T(RMS) = ña'ed IT(RMS). VD = Rated VDRM,Gate Open-Circuited TC = -í-800CSC141 Commutating di/di = 3.2 A/msSC146 Commutating di/dt = 5.4 A/ms
DC Gaíe Trigger Current (Continuous de)(VD = 12 Vdc, Trigger Mode)MT2( + ), G( + ); MT2Í-), G(-); RL = 100 OhmsMT2{ + ), G(-); R[, = 50 OhmsMT2( + J, G{-f }; MT2I-J, G{-J; RL = 50 Ohms TC = -40°CMT2Í + ), G(-); RL = 25 Ohrns Tc = -40°C
DC Gate Trigger Voltage (Continuous de)(VD = 12 Vdc, Trigger Mode)MT2( + ), G(-t-) ; MT2(~), G(-); RL = 100 OhmsMT2( + ), G(-}; RL = 50 OhmsMT2Í-Í-), G{ + ); MT2(-)( G(-); RL = 50 Ohms TC = ~40°CMT2{ + ), G(-); RL = 25 Ohms TC = -40°C{VD = Rated VDRMÍ RL = 1°°° Ohms) All Polarities
TC = -f-1000C
Holding Current(VD = 24 Vdc, IT » 0.5 A)(Pulse Wídth = 1 ms, Duty Cycle =s 2%)(Gate Trigger Source = 7 V, 20 Ohms) TC = +25BC
TC = -40°C
Laíching Current(VD = 24 Vdc)(Gaíe Trigger Source = 15 V, 100 Ohms, Trigger Mode)MT2( + ), G{ + ); MT2(-J, G(-)MT2Í + ), G(~)MT2Í + ], G( + ); MT2(-J, G[-] TC = -40°CMT2Í-Í-), G(-) TC = -40DC
Symbal
'DRM- IRRM
VTM
dv/d:
dv/dt(c)
"GT
VGT
"H
IL
Min
' —
_
44
—
0.2
—
—
Typ
_
—
50
—
—
—
—
—
Max
100.5
1.831.65
~
—
50508080
2.52.53.53.5
50TOO
100200200400
Unit
MAmA
Volts
V/íis
V//is
mAdc
Vdc
mAdc
mAdc
MOTOROLATHYRISTOR DEVICE DATA3-339
SC141 • SC146
FIGURE 1 - RMS CURRENT DERATING FIGURE 2-POWER DISSIPATION
X
\O 60 Hi I
2 4 6 3
ITIBMSJ, RWS ON-STAIE CUHREHT [AUPJ
l.Tj •. IDQ°C2.CONOUCTIONANGLE-3S00
3.CUñHEfJTWAVEF£3flMISSINUSOIDAL
1 2 3 5 7 10 10
ITIHMSI.HMSON-STATE CURREN! (AMPI
MOTOROLA THYRISTOR DEV1CE DATA
3-340
TriacsSilicon Bidir
... desfgned pdmarilmotor controls, heatí
•. Biocking Voltage te• AII Díffused and Gl
and Stabílity• Small, Rugged, Thí
Dissipation and E
MÁXIMUM RATINGS
Repetítive Peak Off-St;
Peak Gaie Voltage
RMS On-State CurrentTC = 80°C
Peak Non-Repetitive Su• One FuJI Cycle, 60 Hz
Circuit Fusing Considert = 1 ms
Criíical Rate of Rise of (
Peak Gate Power (Pulse
Average Gate Power {T(
Peak Gate Current (Puls
Operating Junctíon Terr
Storage Temperatura
THERMAL CHARACTER
Chara
Thermal Resistance, Jun
ELECTRICAL CHARACTI
Characti
Peak Off-State Current (1Rated VQRM = Peak CGate Open-Circuíted
Peak On-State Voltage (1Pulse Width = 1 ms, C
ITM = U A PealITM = 17 A Peaí
NOTE!. Valúes apply for eitheMain Terminal 1.
Thermowan is a trademark of ft
v¿\na
nnub-
ments ««ular
f/T7\_ —
ZERO VOLT¿
OPTICALLY ISOLA
These devices consíst of gdiodes optically coupled to moing the functions of a Zero Volt
They are designad for use w
systems to equíprnent powerectypewriters, CRTs, printers, mopliances, etc.
• Simplifies Logíc Control of 1
• Zero Voltage Crossing
• High Breakdawn Voltage: V¡
• High Isolation Voltage: V¡SQ
• Small, Economícal, 6-Pin DIF
• Same Pin Configuraron as t\ UL Recognized, File No. E54
• dv/dt of 100 V/¿isTyp
tGE CROSSING
TED TRIAC DRIVERS
allium-arsenide fnfrared-emíningnolithic silicon detectors períorrn-age crossing bilateral triac drivers.ith a triac ¡n the interface of logicfrom 115 Vac lines, such as tele-'
tors, solenoids and consumer ap-
10 Vac Power
3RM = 250 V Min
= 7500 V Min
Package
rtOC30lO/3011
315
'
MÁXIMUM RATINGS |TA - 25°C unless othnrwis* noied)
Ratina Symbol V.lu. Unit
INFRARED EMITT1NG DIODE MÁXIMUM RATINGS
Reverso Voltage
Forward Current — Conlinuous
Total Power Disslpation @ TA * 25°CNegh'gible Power in Output DriuerDerate above 25°C
OUTPUT DRIVER MÁXIMUM HATINGS
Oíí-State Outrjut Terminal Voltnge
[Full Cycle , SO to 60 Hz) TA - S5°C
Peak Nonrepetítive Surge CurrentÍPVY- 10ms)
Total Power Dissipation tg TA " 25°CDerate above 25°C
TOTAL DEVICE MÁXIMUM RATINGS
Isolation Surge Voltaga (1)(Peak ac Voltaje, SOHi,SSecond Duration)
Total Power Dissipation © TA " 25°CDarate abow* 25°C
Junction Temperatura 'Ranga
Ambient Operatíng Temperature Ranga
Storaga Tamperature Range
Soldaríng Tempera ture (10 si
VR
"FPD
VDRMIT(RMS)
ITSM
PD
VISG
PD
Tj
TA
' "fj[g
_
3.0 VolH
50 mA
120 mW
1.33 rnW/°C
250 Volts
100 mA50 mA
1.2 A
300 mW4.0 mW/°C
7500 Vac
330 mWd.4 mW/°C
-40U)-!- 100 °C
-40W- Í -B5 °C
-40to-t-150 °C
260 °C
(11 Isolation Surge Voliage, VjSO- is an interna! device dielectric breakdown raiing.
MOC3030MOC3031MOC3032
OPTOCOUPLER/1SOLATOR
ZERO CROSSINGTRIAC DRIVER
250 VOLTS
' 1?¡í
f '
JÍUiU±i |NDIES-Tí. £D ISSEA71NC„ 3. POSIIIONALIO
ANO BAHEOATUMS.PLAÑE.
LEflANCESfOflLEADS:
O í !0JGQ.I31D.OQ5)<5)IT | A/B^J!)!
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9 $.10 E 60 1 O.I4Q 0.^0C 1.93 S.OB t 0.1 15 OÍDO £TV
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f 1.0! IJÍ 1 0.040 0.070
j i Ú.ÍO i A.» 0-MÍI 6 Si}K 1 7.5* j 311 t 0.100 F 0.150
M! Do 15° 0" | 15°N! OJI ¡-M 0614 1 O.IÓO
| t \7 i.03 O.CW | 0.080
CASE 730A-01
DCEHTERQF LEAOSPARALLEL.AND IOLERANCING P£ft
^
L E E :N 1 ANUDE: CAIHQDE3 NC
5 SUBST3ATES MAIN. TERMINAL
COUPLERSCHEMATIC
1
V
2 'x!
Tr Cro«rn _.
Circuit
e
Terminal
5
t^] Subitrat»
DO NOTCotioact
4
T»rmin»l
3-67
MOC3030, MOC3031, MOC3032 MOC3030, MOC
ELECTRICAL CHARACTERISTICS {TA - 25°C unían otheryvii« noted)Chir»ct»ritt¡c Symbol | Mln TYP Mix Unít
LEO CHARACTERISTICS
Reversa LeaVage Curren!|VR-3.0VÍ
Forward Voltoge(lf= -30mAl
IR
VF
-
~
0.05
1.3
100
1.5
(JA
Volu
DETECTOR CHARACTERISTICS tlp = O unlasí otherwise noiedl
Peak Blockíne Curren!, Either Direction(Rasad VQRM, Note 1)
Peak On-State Voltago, Eiiher DireciionHTM - lOOmA Peak)
Critlcal Rale of Riie of Ofí-Slaie Voliage
IDHM
VTM
dv/dt
—
-
10
1.8
100
100
3.0
-
nA
Volu
WíH
COUPLED CHARACTERISTICS
LED Trigger Curren!, Curreni Requlféd TO Latch Oulput(Main Terminal Voliage - 3.0 V, Note 2) MOC3030
MOC3031MOC3032
Holdirifl Current, Elther Direciion
IFT
IH
-_—-
—-—
100
3015 /10
-
mA
MA
EERO CROSSING CHARACTERISTICS
Intiíblt Voltage(le •= Rated I-T, MT1-MT2 Voltage above vvhich device wíll nottrlgger.)
Leokage In Inhibhed State[Ip " Rated U-, Rated VDRM< Ofí State)
VlH
'R
-
-
15
100
25
20O
Volu
MA
Note 1. Test voliage muít be applied wíthin dv/dt raiing.2. Atl devlcei are guaranteed lo trlfljer at ari lp valu>
TYPICAL ELECTRICAL CHARACTERISTICS
FIGURE T - OMÍTATE CHARACTERISTICS
A
-4.0 -3.0 -2.0 -1.0 O 1.0 2.0 3.0
VTM, ON-STATE VOLTAGE (VOLIS1
FIGURE 2-TRIGGER CURRENT v»m« TEMPERATURE
3-68
20 40 EO 80 100
1 6
MOC303I
12
G
5
d
.n TYB Mix Unh 1
-
-
.
-
-
-
O.O5
13
100
1.5
*A
Val»
10
1.8
100
100
3.0
-
nA
Vol»
V/ju
„
h»
__
•—
100
3015 /10
-
mA
HA
-
-
16
100
2S
200
Volu
,JA
MOC3030, MOC3031, MOC3032
FIGURE 3 - HOT-LINE SWlTCHING APPLICATION CIRCUIT
Typícal circuí! for use when hot líne switching ís re-quired, ln thls circuii the "hot" síde of the line Ísswitched and the load connecíed to the cold or neutralside. The load may be connectsd to eíther the neutralor hot line.The 39 ohm resistor and 0.01 /¿F capacitor are for snub-bing of the triac and may or may not be necessary de-pendíng upan the particular triac and load used.
FIGURE 4-1NVERSE-PARALLELSCR DRIVER CIRCUIT
Suggested method of firíng two, back-ioback SCR's,wiih a Motorola triac dríver. Diodes can be 1N40Q1;resistors, Rl and R2, are optional 1 k ohm.
70 <0 £0 80 100
3-69
• '
• - ^ ll
6-Pin DIP OptoisolatorsTriac Driver Output
These devices cónsist of gaüium arsenide infrared emitting diodes opticaliy coupled toa monolithic silicon detector performing the function of a Zero Voltage Crossing bilateraltríac driver.
They are designed for use'with a triac Ín thé ínterface of logic systems to equipmentpowered from 240 Vac lines, such as solid-state relays, industrial controls, motors, sole-noids and consumer appüances, etc.
• Simplifíes Logic Control of 240 Vac Power• Zero Voltage Crossing• Hígh Breakdown Voltage: VQRM ~ 400 V Mln• High Isolation Voltage: V¡SQ = 7500 V Gua-anteed• Small, Económica!, 6-PÍn DIP Package• dv/dt of 2000 V/jis Typ, 1000 V/¿¿s Guaranteed• UL Recognized, File No. E549T5 90>• VDE approved per standard 0883/6.80 (Certifícate number 41853), with additional
approvaí to DIN IEC380/VDE0806, IEC435/VDE0805, IEC65/VDE0860, VDE0110b, -./vxcovering all other standards with equal or less stringent requirements, includmg ( ° E)
IEC204A'DE0113, VDE0160, VDE0832, VDE0833, etc.• Special lead forrn available (add suffix "T" to part number) which satisfies VDE0883/
6.80 requirement for 8 mm mínimum creepage distance between input and outputsoldar pads.
• Various lead form options available. Consult "Optolsolator Lead Form Options" datasheet for details.
I MÁXIMUM RATINGS (TA = 25°C unless otherwise noted)
Rating Symbol Valué Unit
INFRARED EMITTING DIODE
OUTPUT DRIVER
TOTAL DEVICE
Reverse Voltage
Forward Current-- Continuous
Total Power Dissipation @ TA = 25°CNegligíble Power Ín Output DriverDerate above 25°C
VRIF
PD
6
60
120
1.41
Volts
mA
mW
mwrc
Off-State Output Terminal Voltage
Peak Repetitíve Surge Current(PW = 100 fis, 120 pps)
Total Power Dissipation @ TA. = 25"CDerale above 25°C
VDRM
ITSM
PD
400
1
1501.76
Volts
A
mWmW/°C
Isolation Surge Voltage (1){Peak ac Voltage, 60 Hz, 1 Second Duration)
Total Power Dissipation @ TA. = 25°CDerate above 25°C
Junction Temperature Range
Ambient Operaíing Temperature Range
Storage Temperature Range
Soldering Temperature (10 s)
V]SO
PD
Tj
TATstg
-
7500
2502.94
-40 to +100
-40 to +85
- 40 to 4-1 50
260
Vac
mWmW/°C
°C
°C
°C
°C
(1) Isolation surge voltage, VJ$Q, Is an Ir.ternal devíce dieleciric breakdown rating.Por thís test, Pins 1 and 2 are common, and Píns 4, 5 and 6 are common.
MOC3041MOC3042MOC3043
. 6-PlN D!POPTOISOLATORS
TRIAC DRIVER OUTPUT400 VOLTS
CASE730A-02PLÁSTICSTYLE 6
COUPLER SCHEMATIC
,~2 D — '
Z3 D <*o
CIR
T— Q 6
^WlQS
BOSSING -i — Q 4:UIT
l.ANODE2. CATHODE3.NC
4..MA1N TERMINAL5. SUBSTRATE
00 NOT CONNECT6. MAIN TERMINAL
r&T?^y?íii.f-A^^^ ^nJggS -jrefaa
MOTOROLATHYRISTOR DEVICE DATA
3-320
MOC3041, MOC3042, MOC3043
OC3042OC3043
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (TA = 25°C unless otherwise noted)
6-PIN DIP'TQISOLATORS; DRIVER OUTPUT400 VOLTS
CASE730A-02
PSTICUE6
D-S
ANODECATHODENCMAIN TERMINALSUBSTRATEDO NOT CONNECTMAIN TERMINAL
Characteristic Svmbol Min Typ Unit
INPUT LEDí
Reverse Leakage Current ' —(VR = 6 V) . ^^
Forward Voltage '(Ip = 30 mA) 1
IR
vT.
—
—
0.05
1.3
•
100
1.5
^A
Volts
OUTPUT DETECTOR (IF = o unless otherwise noted}
Leakage with LED Off, Either Dírection(Raíed VDRM, Note 1)
Peak On-State Voltage, Either DirectíonÍ'TM = 100 mAPeak)
Critical Rate of Ríse of Off-State Voltage (Note 3}
IDRMI
VTM
dv/dt
—
—
1000
2
1.3
2000
100
3
—
nA
Volts
V//is
COUPLED
LED Trigger Current, Current Required to Latch Output(Main Terminal Voltage = 3 V, Note 2) MOC3041
MOC3042MOC3043
Holding Current, Either Oírection
Isolation Voltage (f = 60 Hz, t = 1 sec}
IFT
IHVISQ
——~—
7500
———
100
—
15105
—
—
mA
M
Vac(pk)
ZERO CROSSING
Inhibít Voltage{lp = Rated Ipy, MT1-MT2 Voltage above which device willñor trigger.)
Leakage in Inhibited State(Ip = flated IFT. Rated VQRM. Off State)
VIH
IDRM2
—
~
5
—
20
500
Volts
/*A
Noles: 1. Test voltage must be appiied wilhin dv/dt rating.2. Ali devlces are guaranteed to trigger at an Ip valué less than or equal lo max Ipf. Therefore. recommended operallng Ip lies between max
IpT 115 mA for MOC3041, 10 mA for MOC3Q42, 5 mA tor MOC3043] and absolute max lp (60 mA).3. Thís is static dv/dt. See Figure 7 for test círcuít. Commulating dv/dt ¡s a functicn of the load-driving thyrisiorfs) only.
TYPICAL ELECTRICAL CHARACTERISTICS
ÍTM,
ON
-STA
TE C
UH
RE
NT
(mA
|
lili
+
+
4-
+
ao
So
oS
SS
S
ouIF
— f =_TA
TPUTF= 30n- 60 Hi* 25°
//
ULSE\
C
/
V1DTH
/
-80^
^
/
/
/
r1.5
1.4
1.3i—
-s- 1.2afií 1.1
I 1§ 0.9z
0.8
0.7
\
*v.
L--. ,
\^
NORMAÜ2EDTOTA = 25=C
- *""--
I
- 4 - 3 - 2 - 1 O 1 2 3 4VTM, ON-STATE VOLTAGE (VOLTS)
Figure 1. On-State Characteristics
~20 ° 20 40 60 80TA,. AMBIENT TEMPERATURE |°C)
Figure 2. Trigger Current versus Temperature
MOTOROLATHYRISTOR DEVICE DATA3-321
~
IVHJL.^Uíf I, IVIU^JU^^, IVIUL,JU^J
1.5
\A
1.3
0 i.2PJ¿ 1.1
1 1•z.~ 0.9
J? 0.3
0.7
0.5
N
. |p = RATEO IPT
O 20 40 60 80
TA. AMBIENT TEMPERATUHE fCI
100 40 20 20 40 60 30 100
TA. AMBIENT TEMPERATURE ("O
Figure 3, IDRMI- Pea^ Blocking Currentversus Temperature
Figure 4. IDRM2- Leakage ín Inhibit Stateversus Temperature
•NORMALIZEOTO-
- TA = 25°C -
T\0
O 20 40 60
TA, AMBIENT TEMPERATURE fC)
NORMAUZEDTO:"
Figure 5. Trigger Current versus Temperature
Z 5 10 20 50
PWín, LED TRIGGER PULSE WIOTH (/isj
Figure 6. LED Current Requíred to Triggerversus LED Pulse Width
_LI í [HTESTÍii! J
\
JMEBCURY
WETTEO
RELAY
< fl - lOfcfl
CTEST
~kD.U.T.
^ X100
-1- SCOPE
PROBÉ
1. The mercury wetted relay provtdes a high speed repeated pulse lothe D.U.T.
2. lOOx scope probes are used, to allov/ high speeds and vollages.3. The worsi-case condition for statlc dv/dt is established by triggeting
the D.U.T. with a normal L6D input current, then removing Ihecurren!. The variable RTHST allovvs the dv/at to be graduallyincreased untíl the D.U.T. conlinues to tn'gger in response lo Ihaapplied voltage pulse, even after.the LED current has been removedThe dv/dt is then decreased until the D.U.T. stops trlggering, iflc "measured at thís point and recorded.
APPLIED VOLTAGE
'WAVEFORM
dv/dt =0.63 Vm3X _ 252
"TIC • ^RC
Figure 7, Static dv/dt Test Circuit
MOTOROLATHYRiSTOR DEVICE DATA3-322
'ffJá$íZ?i^&i-PZÍf&>:£'?Z'''?'í' fr~ ~\r~ '^^^^^^M
^ L' ?!^
, ÍV1UC3042, MOC3043
]
^~w1
1s.
HATEO
1
Icn- -
BO 100
RATURE reí
e in Inhibit StatebGaiure
uired to Trigger: Width
h speed repeated pulse lo
¡h speeds and voltages.¡s establíshed by Iríggerlngnt, then femoving theiv/dt to be graduallyigger in response to the) curreni has been removed.I.T. stops tríggering. TRC is
O HOT
240 Vac
¡ __NcUTRAL
*For highly360 ohms.
inductíve loads (power factor < 0.5), change ihís valué lo
Typical circuit for use when hot line switching isrequired. In this circuít the "hot" side of the line isswítched and the load connected to the cold or neutralside. The load may be connected to either the neutral orhot line.
R¡n is calculated so that Ip is equal to the rated Ipr ofthe part, 5 mA for the MOC3043,10 mA for the MOC3042,or 15 mA for the MOC304Í. The 39 ohm resistor and 0.01^F capacitor are forsnubbíng of the triac andmayormaynoí DO necessary depending upon the particular íriac andload used.
Figure 8, Hot-Lme Swítching Application Circuit
240 Vac
SCR
Suggesíed method of firing two, back-to-back SCR's,wíth a Motorola tríac driver. Diodes can be 1N4001; resis-tors, Rl and R2, are optional 330 ohms.
"For highly inductve loads [power factor < 0.51, change ihis valué to360 ohms.
Note: This optoísolator should nol be used to drive a load dlrectly. It iimended to be a trigger device only.
Figure 9. Inverse-Parallel SCR Driver Circuit
MOTOROLATHYRISTOR DEVICE DATA
3-323
