magne torques

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MAGNETORQUE PALAS 2100BL Electricidad Mina 1998

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MAGNETORQUE

PALAS 2100BL

Electricidad Mina 1998

Objetivos

• Dar al técnico electricista el fundamento teórico necesario que le permita comprender totalmente el funcionamiento del Magnetorque como sistema.

• Ampliar su bagaje con el objeto de que entienda sin mucho problema el funcionamiento de otros equipos, que circuitalmente puedan ser diferentes, pero cuyo principio o filosofía de diseño sea el mismo.

• Servir de fundamento al Electricista para comprender el Sistema Electrotorque de la Pala 4100A por que muchos dispositivos electrónicos que aquí se tocan son empleados por el Control Electrotorque.

INTRODUCCIONMagnetorque es un diseño registrado por P&H y es usado para manejar eléctricamente el tren de Izar del cucharón de una Pala. Este aplica con éxito un concepto basado en el principio de las corrientes parásitas. El Magnetorque puede considerarse como un embrague electromagnético.

Caja de CadenaGabinete de

Contactores yElectrónica

MotorPrincipal

Generadorde Empuje/

Avance

Generadorde Giro

Campo deMagnetorque Der.

Caja de Izar

Campo deMagnetorque Izq.

Tambor deIzar

Motor deGiro

Derecho

Motor deGiro

Izquierdo

Sala Alto Voltaje

TransformadorPrincipal

Gabinete de AltoVoltaje

Autotransformadorde Arranque

Ventilador

Ventilador

Anillos deBajo Voltaje

Ventilador deMotor de Empuje

CompresorMotor

DISTRIBUCION DE COMPONENTES SALA DE MAQUINAS PALA 2100

SH OVEL P OWERElectric AC 3 Phase, 60 CycleRated Operating Voltage 2200/3800 VoltsFor 50 Cycle Consult M ilwaukeeM ain AC M otor 750 HP Continuous

1875 HP IntermittentSpeed 60 Cycle 590 RPMSwing Generator 250 Volts, 1550 RPM 168 KWCrowd Generator 250 Volts, 1550 RPM 168 KWCab. Blower M otor HP (2) Each 15Crowd M otor B lower HP 1.5

Swing M otor B lower HP (2) Each 1.5Propel M otor B lower HP 2Voltage of AC Auxiliary Units 440Hoist M agnetorque HP 700Air Compressor M otor HP 10Dipper Trip M otor HP 15

PARAMETROS PALA 2100

M A IN M A C H IN ER Y M OT OR SP ro pel M o to r (M ill T ype)HP at 475 Volts DC (One-half hour) 325M otor Ventilation Blown

Swing M o to r (M ill T ype-Vert ical-T wo Used)HP at 475 Volts DC (Continuous) Total 355M otor Ventilation Blown

C ro wd M o to r (M ill T ype)HP at 475 Volts DC (Continuous) 205M otor Ventilation Blown

Insulation - AC M otors Class F DC Generators and M otors Class FBearings Ball or RollerBearing Lubrication Grease

PARAMETROS PALA 2100

C ON T R OLOperating M otion Contro l P&H Solid State ElectronicHigh Voltage Collector Dry TypeHigh Voltage Disconnect Non Fused - A ir TypeHigh Voltage M otor Protection Current Limit Fuses and

Thermal OverloadsM ain Tranformer Protection Primary FusingLow Voltage Protection Circuit BreakersM ain M otor Starting Across-the-Line

Oil Immersed ContactorPropel Steering From Operato 's Sta.Hoist M aster Contro ller Hand LeverSwing M aster Contro ller Foot PedalCrowd M aster Contro ller Hand LeverStatic Exciter 7 1/2 KWCrowd -Propel Transfer Switch M agneticDipper Trip Switch M agnetic

PARAMETROS PALA 2100

Contenido

• VARIACION DE POTENCIA POR ANGULO DE CONDUCCION: EL SCR

• SISTEMAS DE CONTROL REALIMENTADOS• ELEMENTOS DE DISPARO: EL MFA• EL MAGNETORQUE• SISTEMAS ELECTRICOS DE LAS PALAS 2100BL• FUNCIONAMIENTO Y PRUEBA DE LA PALA

VARIACION DE POTENCIA POR ANGULO DE CONDUCCION: EL SCR

11.- Principios de Corriente Alterna• En el sentido mas general es toda variación de voltaje que se produce

repetidamente en función del tiempo. La Corriente Alterna (AC) se caracteriza por que va tomando valores positivos y negativos conforme transcurre el tiempo, describiendo una forma de onda sinusoidal.

• La corriente alterna es cíclica por que cada cierto tiempo llamado“Periodo”, vuelve a repetir la variación de valores anterior; esto es,repite cada cierto tiempo la misma forma de onda.

TVm

2¶ 4¶ 6¶ wt

Los parámetros principales de una onda AC son:•Tensión de Pico (Vm).- Es la máxima tensión que alcanza la onda.•Periodo (T).- Es el tiempo en el que la onda hace un ciclo o variación completa de valores. Este tiempo es expresado en segundos.•Frecuencia (f).- Es el número de veces que se repite un ciclo en 1 segundo.•Valor Eficaz (Vrms).- Es el valor cuadrático medio de la onda, está expresado en voltios y es el valor que comúnmente leemos en los voltímetros de AC, la fórmula siguiente relaciona los valores eficaz y de pico:

Vrms = 0.71 x VmEn su forma mas general la onda de tensión alterna puede ser expresada de lasiguiente manera:

V(t) = Vmsen(wt)Donde:

V(t) es la tensión instantánea en función del tiempoVm Es la Tensión de picow Es la velocidad angular de la ondat Es el tiempo generalmente expresado en segundos.

La relación entre la Velocidad angular (w), el periodo (T) y la frecuencia (f) vieneexpresada por:

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

12.- Rectificadores• Rectificador es todo dispositivo capaz de convertir la corriente alterna

en corriente continua o DC. • Un primer elemento rectificador es el diodo semiconductor de cuyas

características vamos a tratar.Diodo Semiconductor• Un diodo Semiconductor es un dispositivo que deja pasar la corriente

en un solo sentido, dependiendo de su polarización.

A K

Vi(t) = Vmsen(wt)

R Vo

La forma como trabaja un diodo es como sigue:

•Cuando la tensión en el ánodo (A) es positiva y mayor, al menos en 0.6 Volts. Para un diodo de silicio y 0.2 Volts. Para uno de Germanio, que la del cátodo (K), el diodo está polarizado directamente y por lo tanto conducirá, comportándose como un interruptor cerrado.

•Cuando la tensión en el ánodo (A) es menor o negativa respecto al cátodo (K), el diodo estará polarizado inversamente y por lo tanto no conducirá, comportándose como un interruptor abierto.

Para el circuito de la Figura 2, si la tensión de entrada es lamostrada en la Figura 3(a), vemos que la tensión de salida Vo(t), tiene laforma de onda de la Figura 3(b), donde, solo los semiciclos positivosaparecen y los negativos son cancelados producto de la rectificación.

Vm

¶ 2¶ 3¶ 4¶ 5¶ 6¶ wt

Vi(t)

(A)

Vm

¶ 2¶ 3¶ 4¶ 5¶ 6¶ wt

Vo(t)

(B)

Figura (3).- (A) Tensión de entrada al circuito de la Figura 2 y (B) Tensión rectificada de salida.Para el circuito rectificador de la Figura 2, llamado también circuito rectificador de media onda, es fácil calcular el Voltaje en corriente continua o DC:

Vcc = 0.45 x VDonde:

V Es la tensión eficaz o VrmsVcc Es el valor medio de la tensión rectificada y es la

que leeríamos en un Voltímetro DC.

Las principales características que debemos tener en cuenta para seleccionar un diodo son:Tensión Inversa de Pico (PIV), es la máxima tensión que puede caer en el diodo cuando está polarizado inversamente.Corriente Promedio (Irms), es la corriente media o de trabajo que puede suministrar el diodo.

Estos 2 parámetros son muy importantes para el uso del diodo como rectificador, sin embargo, una consideración importante es la frecuencia de trabajo, cuando se le de otra aplicación donde la rapidez de conmutación sea importante.

EJERCICIO (1).- Para el circuito mostrado en la Figura 4, dibujar la onda de salida en la carga.

Vmsen(wt)

-Vmsen(wt)

Vm

¶ 2¶ 3¶ 4¶ 5¶ 6¶ wt

Vmsen(wt)

Vm

¶ 2¶ 3¶ 4¶ 5¶ 6¶wt

-Vmsen(wt)

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

Vm

¶ 2¶ 3¶ 4¶ 5¶ 6¶wt

Vo(t)

13.- El SCR - Principio y CaracterísticasUn segundo grupo de rectificadores son los SCR o “Rectificadores

Controlados de Silicio”, los cuales presentan una característicafundamental, la de poder controlar a voluntad el momento en el cual seinicia la conducción, a través de una señal de mando aplicada a su puertao Gate, siempre y cuando el SCR esté al igual que un diodo, polarizadodirectamente.

La Figura (5), muestra un SCR y sus terminales respectivos

(A)

(K) (G)

Figura (5).- Símbolo del SCR o TIRISTOR y sus terminales.

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

100K

S1

FOCO

-

+

G220VAC

A

K

1K

5K

12 V

Un circuito sencillo que ilustra el funcionamiento del SCR, se muestra en la Figura(6), cuando S1 está abierto, no hay tensión entre Gate y Cátodo, por lo tanto el SCR se comporta como un interruptor abierto. Cuando S1 se cierra, circula corriente de Gate a Cátodo y el SCR conduce, comportándose como un interruptor cerrado y el foco se enciende.

Figura (6).- El SCR usado como interruptor de potencia.

EJERCICIO (2).- Para el circuito de la Figura (6), si la tensión de entrada es una onda senoidal, dibujar la forma de onda de la tensión que cae en el foco.

La aplicación mas interesante de los SCR’s, es el control de potencia por mando síncrono, esto consiste en retrasar el momento de la conducción del Tiristor respecto a la tensión de entrada.

Las características mas importantes para la selección de un SCR son:Tensión Inversa (Vr), es la máxima tensión inversa o negativa que puede soportar el SCR.

•Tensión Directa de Pico en Bloqueo (Vfdm), es la máxima tensión directa ánodo-cátodo, sin señal de mando en el Gate, que puede soportar el SCR sin conducir.

•Corriente de Enganche (Il), es la mínima corriente necesaria para hacer conducir al Tiristor, después de aplicar tensión a la puerta.

•Corriente de Mantenimiento (Ih), es la mínima corriente que necesita el SCR, para permanecer en estado de conducción.

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

•Tensión de Disparo (Vgt), es la tensión máxima aplicada a la puerta, para asegurar el disparo, es de alrededor de 1 volt.

14.- Variación del Angulo de Conducción.

Dado que la Potencia eléctrica aplicada a una carga, es directamente proporcional al cuadrado de la tensión aplicada, es posible variar la potencia suministrada a una carga, variando el ángulo de conducción de la tensión aplicada a ella. Esta variación del ángulo de conducción se puede dar tanto en AC como en DC rectificada, tanto para sistemas monofásicos como polifásicos. Para este curso solo consideraremos el caso: VARIACION DE POTENCIA POR ANGULO DE CONDUCCION POR RECTIFICACION MONOFASICA.

La Figura (7), muestra una onda rectificada completa y las diferentes formas de onda resultantes de variar el ángulo de conducción de la tensión rectificada.

150°

90°

60°wt

wt

wt

wt

Vi(t)(A)

(B)

(C)

(D)

Figura (7).- Formas de onda resultantes al variar el ángulo de conducción de la tensión rectificada para diferentes ángulos.

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

Para el caso (D), cuando el ángulo de conducción se inicia en 60°, mayor tiempo estará recibiendo tensión la carga, que en el caso (B) cuando el ángulo de conducción se inicia en 150°.

En general, para un ángulo “A” de conducción, es fácil demostrar que la tensión continua que leeríamos en un multímetro DC es:

Vcc = 0.45 x V(1 + Cos A)donde:

Vcc Es la tensión continua de salidaV Es la tensión eficaz RMS de entrada o ACA es el ángulo a partir del cual se aplica la tensión rectificada.

La fórmula anterior podemos aplicarla a la fórmula de potencia para una carga resistiva “R”: 2 2

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

Evidentemente estamos observando que la fórmula de la potencia obtenida anteriormente, depende exclusivamente del ángulo “A” de la tensión aplicada ya que “V” y “R” son constantes.

La variación del ángulo de conducción de la tensión aplicada a la carga, se consigue mediante el uso de circuitos rectificadores a tiristores o SCR’s, aprovechando para ello su característica de conmutación rápida, cuando una señal eléctrica es aplicada en el Gate, para ello se emplean diversos circuitos de control y casi todos ellos basados en el principio de Generación de RAMPA y ESCALON como método de control de Disparo.

141.- Variación del Angulo de Conducción por Generación de Rampa y Escalón.

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

Esta onda diente de sierra, puede abarcar los 180° del periodo o solamente 90°, en esta explicación trataremos con una onda diente de sierra de 180°.

La onda diente de sierra es comparada con un nivel de continua (Escalón), variando este escalón, obtendremos una salida de pulsos rectangulares de ancho variable que pueden ser aplicados a los Gate de los SCR rectificadores y así, variar el ángulo de conducción de los mismos.

Este principio es aplicado no solo en circuitos monofásicos, si no también en circuitos trifásicos, esto debido a la relativa facilidad de generar las formas de onda necesitadas para el control.

En la actualidad, se emplean circuitos electrónicos transistorizados o con circuitos integrados para generar las señales requeridas, tal es el caso del sistema Electrotorque que usan las palas P&H 4100A, sin embargo, en las décadas pasadas, cuando la electrónica no estaba tan evolucionada, existían otros medios para generar estas señales, tal es el caso del control del Magnetorque, el cual estamos estudiando.

Sin embargo, como ya hemos mencionado, no es importante la forma como se generan las señales de control si no mas bien, el comprender que ocurre con estas señales para poder disparar los SCR’s de nuestro sistema rectificador y como es que se produce la variación de Voltaje DC de salida de este.

V(t)

6¶5¶4¶3¶2¶¶ wt

6¶5¶4¶3¶2¶¶ wt

(A)

6¶5¶4¶3¶2¶¶ wt

(C)

(D)

6¶5¶4¶3¶2¶¶ wt

(B)

Figura (8).- Principio básico de la variación del ángulo de conducción.

En la Figura (8), se muestra una onda de corriente alterna (A), a través de un circuito rectificador de onda completa es rectificada y se obtiene la onda que se muestra en (B), a partir de esta onda, se genera una onda diente de sierra que como se ve está en sincronismo con la onda rectificada como se muestra en (C); finalmente esta onda será comparada contra la onda continua mostrada en (D) y que permitirá obtener pulsos de ancho variable que se usaran para disparar los SCR’s de nuestro puente rectificador.

En la Figura (9), se muestra la comparación de la onda diente de sierra y diferentes niveles de continua, generándose pulsos de ancho variable, cuyo flanco de subida, es aprovechado para el disparo del Tiristor o SCR.

(II)

(II)

(I)

wt

V3

V2

V1

6¶5¶4¶¶ 2¶ 3¶

6¶5¶4¶3¶2¶¶ wt

(I)

(III)

(III)

Figura (9).- Comparación de una onda diente de sierra y tres diferentes niveles de continua.

La forma como funciona el sistema es como sigue:Para el caso (I) de la Figura (9), cuando el nivel de continua es V1, solo aparecerá un pulso de salida cuando en cada ciclo, la rampa supere el valor de V1; esto es igual para los casos (II) y (III).Ejercicio (3).- La Figura (10), muestra una onda diente de sierra que solo barre 90°; dibujar la forma de la onda de salida en la carga para los niveles de continua mostrados. V(t)

wt

V3

V2

V1

6¶5¶4¶¶ 2¶ 3¶

6¶5¶4¶3¶2¶¶ wt

(I)

(II)

(III)

Figura (10).-Figura del Ejercicio (3), dibujar las formas de onda resultantes para cada uno de los niveles de continua mostrados.

CAPITULO II

SISTEMAS DE CONTROL REALIMENTADOS

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

21.- Sistema de Control de Lazo Cerrado

Un sistema de Control de lazo cerrado, es aquel en el que la señal de salida tiene efecto directo sobre la acción de control. Esto es, los sistemas de control de lazo cerrado, son sistemas realimentados. La señal de error actuante, que es la diferencia entre la señal de entrada y la de realimentación (puede ser la señal de salida o una función de la señal de salida), entra al detector o control, de manera que se reduzca el error del sistema.

La explicación anterior es una generalización del funcionamiento de un sistema de control de lazo cerrado, la cual no solamente es válida para los sistemas eléctricos, si no, para cualquier sistema, pudiendo ser este mecánico, biológico, químico, económico, etc.

Una característica fundamental de estos sistemas es que se autorregulan y limitan, impidiendo que la señal de salida crezca desmesuradamente; la Figura (11), muestra un DIAGRAMA DE BLOQUES (Representación Esquemática) de un sistema de control de lazo cerrado.

CONTROLADOR SISTEMA

ELEMENTO DEMEDICION

Figura (11).- Diagrama de Bloques de un Sistema de Control de Lazo Cerrado

La explicación del funcionamiento del Sistema de Control de la Figura (11) es muy simple; cuando ingresa una señal al Controlador, este genera una señal de comando al sistema, que a su vez origina una señal de salida, esta señal de salida, es muestreada por el elemento de medición, el cual le da un adecuado tratamiento para enviarla al controlador (en algunos casos convierte la señal), este compara la señal de entrada con la muestra de salida tomada por el elemento de medición y generará una señal de corrección hacia el sistema con el objeto de aumentar o disminuir la señal de salida, en caso de existir diferencia entre la entrada y la muestra.

Hasta aquí se han considerado los sistemas de control realimentados sin definir los tipos de realimentación, pues bien existen dos tipos de realimentación:•REALIMETACION POSITIVA.- Este tipo de realimentación se considera como una PERTURBACION y no como un elemento de control, esto debido a que la señal de realimentación no se resta de la señal de referencia, si no que se suma a esta originando un incremento en la salida ; así de esta manera, la salida comienza a crecer en forma desmedida debido al incremento continuo de la realimentación y por lo tanto no existirá control alguno sobre la salida. Este tipo de realimentación tiene una aplicación práctica en los osciladores.•REALIMENTACION NEGATIVA.- Corresponde a este tipo de realimentación la aplicación a todos los sistemas de control, pues permite el gobierno y la limitación de la señal de salida de un sistema. La realimentación negativa, toma así su nombre, por que es una señal que se resta a la de mando o referencia, permitiendo tener en todo momento acción directa sobre la salida.

De la explicación anterior se desprende que la única realimentación útil es la NEGATIVA y de ahora en adelante, cada vez que mencionemos la realimentación, nos estaremos refiriendo a la realimentación negativa.

22.- Diagrama de Bloques de un Sistema de Control de Lazo Cerrado:

Excitación del Campo del Magnetorque

De la teoría general tratada en el artículo anterior, vamos a pasar al caso específico que nos interesa: Control de la excitación del campo del Magnetorque. La Figura (12) muestra un diagrama de Bloques de este control.

El Sistema completo, funciona de la siguiente manera:Cuando el Operador acciona la palanca de mando de Izar, pone una señal de referencia al MFA, este a su vez da una señal de disparo a los SCR’s del Rectificador, la salida del rectificador excita al campo del Magnetorque en una cantidad proporcional a la señal de referencia puesta, una muestra de corriente es tomada por el sensor (Resistencia Shunt) y enviada al MFA, la diferencia entre la señal de mando y la realimentación, es detectada por el MFA, el cual corrige la salida del rectificador variando el ángulo de conducción de los SCR’s, para esto modifica la fase de los pulsos de disparo hacia los SCR’s.

-

Mandodel

OperadorMFA

Rectificadora

SCR

Campodel

Magnetorque

Sensorde

Corriente

+

FIGURA (12) .- Diagrama de Bloques del Control de la Excitación del Campo del Magnetorque.

El sistema así constituido, es inmune a las variaciones de la Tensión de Alimentación en ciertos rangos dados por P&H, por ejemplo, si la tensión cayera, disminuiría la corriente en el Campo del Magnetorque, la cual sería inmediatamente detectada por el sensor de corriente y enviada al MFA; habrá una diferencia “positiva” entre la referencia y la realimentación, (la realimentación es proporcional a la corriente), con lo cual el MFA, variará el ángulo de disparo de los SCR’s (aumentará el ángulo de conducción) con el objeto de incrementar la corriente al valor requerido por el Operador desde su control, hasta antes de que ocurriera la caída de tensión.

Si la caída de tensión está dentro del rango +/- 10% de la nominal, el sistema podrá restablecerse.

Ejercicio (4) .- Para el ejemplo anterior, explicar:Qué ocurriría si hubiese un brusco aumento de la tensión de alimentación.Qué ocurriría si la corriente de excitación del campo por alguna razón aumentara.

Para finalizar el presente capítulo, es conveniente mencionar que un sistema de control del tipo del de excitación del Campo del Magnetorque, corresponde a un control lineal tipo proporcional; por que la acción de control, es proporcional a la diferencia entre la referencia y la realimentación.

CAPITULO III

ELEMENTOS DE DISPARO: EL MFA

El MFA (Magnetic Firing Asembly), es un amplificador y comparador magnético, cuyo fundamento radica en una propiedad de los materiales ferromagnéticos: la Saturación.

31.- Fundamento Teórico

La Saturación magnética, es un fenómeno físico que se presenta cuando al ir incrementando la intensidad de campo magnético “H” para un núcleo ferroso, la densidad de campo magnético “B” aumenta hasta un valor, a partir del cual permanece constante por mas que aumentemos la intensidad “H”.

A este punto, donde la densidad de flujo “B” y por lo tanto el flujo magnético “u” encerrado en el núcleo, permanecen constantes, se llama punto de saturación. La Figura (13) muestra una típica curva de Magnetización para un determinado material ferromagnético.

B

H- Hc

r

0

Figura (13) .- Curva de Magnetización de cierto Material Ferromagnético.

Las características mas importantes de esta curva son:•Cuando un núcleo se satura, el flujo magnético encerrado en el interior de el se hace constante.•El área encerrada en la curva de magnetización, puede considerarse como pérdidas y son irrecuperables, dependen exclusivamente de las características del núcleo usado.

Sea el transformador mostrado en la Figura (14) al que llamaremosREACTOR SATURABLE.

BOBINA DE MANDO

BOBINA DE TRABAJO

NUCLEO

Figura (14).- Reactor Saturable elemental con sus respectivos componentesEl Reactor Saturable, está compuesto de un núcleo ferroso de elevada

permeabilidad magnética, que lo hace fácilmente saturable para un campo magnético originado por una corriente continua, tiene una bobina de trabajo que generalmente se alimenta con corriente alterna y una bobina de mando que se energiza con corriente continua, con el objeto de producir la saturación del núcleo.

La Figura (15) muestra un circuito típico de disparo de un SCR, usando el reactor saturable.

S1

Vd

Vac R

iiD1

Figura (15).- Circuito de trabajo típico de un Reactor SaturableEl funcionamiento del circuito de la Figura (15), puede

describirse de la siguiente manera:Cuando S1 está abierto, el único circuito en funcionamiento

corresponde al de la bobina de trabajo, la expresión que describe este circuito es:

v = Ri + Ndu/dtExpresión que nos dice que la tensión alterna de alimentación se

reparte en la resistencia de carga “R” y en la bobina de trabajo.

El término (Ndu/dt) es igual a la fuerza electromotriz o caída de tensión para una bobina con núcleo donde “N” es el número de espiras de la bobina.

Como la Permeabilidad Magnética del núcleo es elevada, du/dt también es elevada y la mayor parte de la tensión cae en la bobina, pudiendo considerarse esta como un interruptor abierto y por lo tanto la corriente “i” es despreciable.

Cuando S1 se cierra, aparecerá una corriente continua, que de acuerdo con la relación de Amper-Vueltas de la bobina de mando, saturará rápidamente al núcleo.

Debido a la Saturación del núcleo, la variación del flujo respecto al tiempo en el circuito de trabajo será cero, comportándose este como un interruptor cerrado o un simple alambre; en consecuencia, toda la tensión de la alimentación aparecerá en la resistencia de carga “R”.

Si ahora la resistencia “R” fuera sustituida por los terminales Gate-Cátodo de un SCR, podríamos disparar al SCR. Es así como este circuito seusa para controlar el ángulo de disparo de un SCR.

Quizás la mayor dificultad en la comprensión del funcionamiento del reactor saturable, esté en la interpretación física del efecto que se produce al saturar un núcleo sobre el cual está bobinado un alambre alimentado con corriente alterna. Esto puede explicarse fácilmente a partir de la impedancia que aparece en una bobina al ser recorrida con una corriente alterna; esta impedancia también llamada inductancia, es proporcional a la variación del flujo magnético concatenado en su interior, por lo tanto, si la variación del flujo es elevada, la inductancia también será elevada.

Para concluir, al reactor saturable elemental podemos adicionarle mas bobinas de control con el objeto de obtener un sumador de campos magnéticos o flujos en el interior del núcleo. El dispositivo así constituido es un MFA.

32.- El MFA: Funcionamiento

En el artículo anterior vimos como trabaja un reactor saturable y su fundamento físico. Si a un reactor saturable, le agregamos varios bobinados de control tendremos un MFA.

El MFA es usado como generador de pulsos de disparo para los circuitos a SCR, los circuitos controlados por el sistema MFA-SCR son los de los Campos de los Generadores de Empuje/Avance y Generador de Giro, el campo del motor de Avance y el Campo del Magnetorque de Izar.

Cada MFA contiene dos reactores saturables, dos diodos y dos transformadores de pulsos. Cada reactor saturable tiene una bobina de trabajo y cinco de control, las bobinas de control están conectadas en serie como se muestra en la Figura (16), que es la representación de un MFA.

T2

T2LC10LC6

LC

D1 L1

T1

VAC115 V

L2

D2

LC

T1 - Transformador de Alimentación y de Sincronismo.T2, T3 - Transformadores de Pulsos.L1, L2 - Bobinas de Trabajo de Reactor Saturable.LC1,…, LC10 - Bobinas de Control de Reactor Saturable.

Figura (16).- Un MFA y sus elementos.

Los diodos permiten que la corriente circule en una sola dirección a travéz de las bobinas de trabajo, dependiendo en todo caso de la saturación del reactor.

Cuando el reactor está saturado se comporta como un interruptor cerrado o cortocircuito y todo el voltaje es aplicado al primario del transformador de pulsos, apareciendo entonces un pulso en su salida.

Las corrientes que circulan por las bobinas de control, generan campos magnéticos cuya suma en el núcleo del reactor determinan el instante en el cual el reactor se saturará y en consecuencia el instante de salida de los pulsos de disparo. Ahora bien, en el Capítulo (1) vimos la variación del ángulo de conducción por el método de Rampa y Escalón; aplicaremos este método al sistema de control MFA-SCR por ser totalmente análogo.

Ahora bien, en el Capítulo (1) vimos la variación del ángulo de conducción por el método de Rampa y Escalón; aplicaremos este método al sistema de control MFA-SCR por ser totalmente análogo. En vez de una rampa usamos una onda senoidal rectificada completa, la que es generada a través del transformador de alimentación T1, las semiondas positivas circulan por la rama D1-L1-T2 y las semiondas negativas circulan por la rama D2-L2-T3. La tensión continua de referencia o escalón es aplicada a una de las bobinas de control y el efecto de comparación se realiza a través del núcleo por medio de la suma de los campos magnéticos generados por la tensión de sincronismo (Onda Rectificada Completa) y por la referencia. La tensión de referencia tiene una polaridad tal que cuando la palanca del operador se encuentra en la posición “OFF”, mantiene al reactor en estado de corte (no saturado), impidiendo que para cualquier valor de la onda senoidal, el núcleo se sature.A medida que el operador desplaza la palanca de izar desde la posición “OFF”hacia “FORWARD”, va disminuyendo la tensión de referencia, permitiendoque para algún valor de la onda de sincronismo, el reactor se sature y latensión del Transformador T1, aparezca directamente en uno de lostransformadores de pulsos, según la polaridad de la semionda que estéentrando a T1. La Figura (17) muestra como varia el ángulo de conducción(ángulo de disparo) según se varíe la referencia.

Figura (17).- Variación del ángulo de disparo con el uso del MFASi bien es cierto que en el gráfico se representa la variación del ángulo de conducción o disparo, por medio de la comparación de las tensiones de referencia y de sincronismo, es en realidad a través de la comparación de los campos magnéticos producidos por estas tensiones, el verdadero gobierno de los SCR’s.

Un dato importante es que para saturar los núcleos de los reactores en el MFA, se necesita un número dado de amper-vueltas.

La salida máxima (conducción máxima) del SCR se obtiene cuando los núcleos de los reactores están saturados al principio del ciclo. Por ejemplo, si se necesita 1 ampere-vuelta para saturar el núcleo del reactor y en consecuencia poner en máxima conducción los SCR’s, una bobina de control de 10 vueltas necesitaría 0.1 amperios para producir la saturación, una de 100 vueltas solo necesitaría 0.01 amperios.

Es por este motivo, muy importante que la corriente en los distintos arrollamientos de control, pueda ser diferente según el número de vueltas, siempre que el producto NxI (Número de vueltas de la bobina por los amperios que circulan) necesario para obtener la condición de saturación, sea el mismo para todos los arrollamientos de control; esto es para poder sumar o restar campos magnéticos producidos por diferentes niveles de corriente que circulan en los circuitos de realimentación.

33.- Circuito de Control del Magnetorque

El artículo (22) del Capítulo 2, explicó en un diagrama de bloques el funcionamiento del control de la excitación del Campo del Magnetorque: ahora haremos una revisión del circuito. La Figura (18) muestra el circuito en cuestión; para el movimiento de levante o Izar, se usan 3 bobinas de control del MFA; una para la señal de sincronismo de corriente alterna, otra para polarización o referencia y que es directamente gobernada por el Operador; y la última es de realimentación de corriente a través de la caída de tensión de la resistencia en serie (Shunt) con el campo del Magnetorque.

En la posición “OFF”, la bobina de referencia o control, recibe una tensión de polarización, que evita que el MFA se sature, por lo tanto, no existen pulsos de disparo hacia los SCR’s y no circulará corriente por el campo del Magnetorque.

TRANSFORMADORDE ANODO

Shunt

CAMPO DELMAGNETORQUE

Transformador de Pulsos 2

Transformador de Pulsos

MFA

Transformador de Pulsos 1

Transformador de Pulsos 2

Transformador de entrada ysincronismo 115 VAC

Controlde Izar

Bobina de Control(Referencia)

SCR 1

SCR 2

440VAC

Figura (18).- Circuito de Control del Campo del MagnetorqueConforme el Operador varia la tensión de referencia, la polarización inversa que recibe la bobina de referencia va decreciendo, el MFA se saturará en un punto tal, que el valor de la tensión de sincronismo supere a la polarización y aparecerá pulsos de disparo hacia los SCR’s para un ángulo correspondiente; entonces, circulará corriente por el campo del Magnetorque que será detectada por la resistencia Shunt y la bobina de realimentación, esta corriente polarizará a la bobina en sentido negativo, es decir el flujo magnético siempre se opondrá a la saturación del MFA.

Al flujo producido por la referencia, se resta el flujo de realimentación, el resultado se compara con la onda de sincronismo y entonces queda determinado el ángulo de disparo de los SCR’s.

Para cualquier posición de la palanca del Control del Operador, se ha de generar una referencia tal, que produzca una corriente de realimentación proporcional a esta, de manera que el punto de encendido (conducción) de los SCR’s, regula la corriente de campo a un valor dado para una determinada posición de la palanca de control de Izar.

Para terminar esta explicación, en el artículo anterior se vio como las bobinas de control, tenían un valor distinto de NxI o Amper - Vueltas, esto con la finalidad de adaptar las diferentes señales, pues mientras la referencia o mando del operador es un voltaje DC expresado en Voltios, la señal de realimentación viene expresada en milivoltios o milésimas de voltio. Obviamente, para poder comparar unidades tan diferentes en magnitud, la única posibilidad es a través de la conversión de las relaciones Ampere -Vueltas de las bobinas del MFA.

Ejercicio (5).- Explique en forma gráfica como trabajan las diferentes señales en el control del campo del Magnetorque.

CAPITULO IV

EL MAGNETORQUE

Magnetorque es un diseño registrado por P&H y es usado para manejar eléctricamente el tren de Izar del cucharón. Este aplica con éxito un concepto muy refinado basado en el principio de las corrientes parásitas. El Magnetorque puede considerarse como un embrague electromagnético. En la aplicación del Magnetorque el miembro rotativo exterior es el “campo” y el miembro interior es el “rotor”. El conjunto de Magnetorque doble tiene 2 campos montados sobre un eje común. Los dos rotores están montados sobre la manga de un piñón. No hay contacto físico entre los miembros exteriores e interiores y por lo tanto ellos están separados por una luz uniforme.

41.- Fundamento Teórico:El Experimento de Foucault

Si se coloca una lámina conductora en un campo magnético uniforme como se muestra en la Figura (19) y tratamos de sacarla del campo o tratamos de meterla todavía mas aplicando una fuerza , automáticamente aparece una fuerza resistente en sentido opuesto al de la fuerza aplicada sobre la lámina.

F2

F1

B1

II

Figura (19).- El experimento de Foucault, por convención se representan las líneas de fuerza de un campo magnético como puntos (.) si están saliendo del plano de vista o (x) si están ingresando a el pensando en los extremos de una flecha.Esta fuerza que se opone al movimiento de la lámina, aparece como resultado de la inducción de corrientes en la misma, por efecto de la variación del flujo magnético que la atraviesa al desplazarse por el campo magnético.

La explicación formal de este experimento es como sigue: Sea un campo magnético “B1”, cuyas líneas de fuerza mostradas, son entrantes al plano de vista de la Figura (19), una lámina conductora es colocada frente a el y jalada con una fuerza “F1”.

Inmediatamente, aparecen corrientes eléctricas inducidas como resultado dela variación del flujo magnético, cuya dirección y sentido está dad por la Regla de la Mano Derecha. La suma de todas esas corrientes origina una corriente resultante “I” que circula por el borde de la lámina.

Esta corriente neta origina a su vez un segundo campo magnético “B2”, cuya dirección y sentido viene dad por la regla del tornillo; donde el campo “B2” tiene la dirección de un tornillo entrando en la dirección de la corriente “I”, por lo tanto “B2” tiene sus líneas de fuerza saliendo del plano de la Figura (19).

La interacción de los campos “B1” y “B2”, originan una fuerza “F2” resultante opuesta a “F1”, cuya magnitud es proporcional a la intensidad de “B1” y “F1”.

Ahora bien, el mismo efecto se presenta si fuera el campo magnético “B1” el que se mueve y la lámina está en reposo, ya que al desplazarse el campo magnético “B1”, induce corrientes en la lámina, entonces, se origina un campo “B2” opuesto y una fuerza resultante “F” sobre la lámina, pero cuya dirección es la de desplazamiento del campo magnético “B1”. Es el principio fundamental del MAGNETORQUE.

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

42.- Generación de Campos MagnéticosPara generar un campo magnético se usa un electroimán simple,

este está formado por una barra de hierro dulce en forma de “U” y de una bobina de campo arrollada con alambre aislado alrededor de la “U” y colocada entre sus 2 lados, tal como se muestra en la Figura (20).

Figura 20.- Electroimán simple.

El uso de electroimanes está ampliamente extendido en aplicaciones industriales, estas varían desde las grúas para levantar chatarra, hasta la propulsión de trenes de alta velocidad sobre vías magnetizadas.

43.- Partes del MagnetorqueEl Magnetorque es un embrague que opera

electromagnéticamente; este consiste de dos miembros concéntricos giratorios; un miembro exterior o Campo y un miembro interior o rotor; ambos mostrados en la Figura (21).

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

El rotor no tiene bobinas eléctricas. Este miembro interior es un anillo de acero el cual gira en la parte interior del miembro exterior. El rotor está fijado y apretado sobre un eje tipo tubo llamado simplemente “tubo”. El tubo contiene un piñón cortado helicoidalmente. El piñón del tubo es usado como primera reducción en la transmisión de Izar.

Figura (21).- Campo y Rotor del Magnetorque

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

Ambos miembros están separados por una luz uniforme no existiendo contacto físico entre ellos. Esta luz provee el espacio necesarios donde se producirá la interacción entre los dos campos magnéticos. La Figura (22) muestra algunas partes del acoplamiento mecánico del Magnetorque.

Los Magnetorques tienen ventiladores externos montados sobre los campos, estos ventiladores son usados para forzar el aire a través del Magnetorque con propósitos de enfriamiento.

Figura (22).- Partes del Magnetorque

44.- Funcionamiento del Magnetorque

Antes de explicar el funcionamiento del Magnetorque debemos hacer la siguiente consideración; dada la forma como están construidos los miembros que forman el Magnetorque, el miembro interior o rotor formado por segmentos, cada uno de ellos se puede suponer como una lámina conductora y por su disposición radial, siempre están perpendiculares a las líneas de fuerza generadas por el miembro exterior o campo. La superficie interior del campo está compuesta de muchas piezas polares, las cuales están dispuestas de tal manera que los polos magnéticos estén alternados N-S-N-S, como se muestra en la Figura (23).

La intensidad del campo magnético desarrollada en el campo del Magnetorque , está determinada por el aumento de la excitación o corriente aplicada a las bobinas, esta excitación puede ser variada por medio del control de Izar desde la cabina del Operador.

Figura (23).- Generación e interacción de Campos Magnéticos entre el Rotor y el Campo del Magnetorque.

Poniendo el rotor en el interior del campo, las líneas de fuerza magnética que aparecen al excitar el campo, atraviesan los segmentos o láminas que forman el rotor en forma perpendicular a ellas.

El campo está acoplado al Motor Principal, el cual es un Motor de Inducción AC de jaula de ardilla, de bajo deslizamiento y está específicamente diseñado y construido para su aplicación en palas eléctricas; el campo por lo tanto girará a una velocidad cercana a la de sincronismo del motor y en una sola dirección (No reversible).

El motor desarrolla un torque de salida de aproximadamente 310 % de su capacidad de diseño en comparación con un motor comercial del mismo tipo de aproximadamente 240% de su capacidad de diseño. Este motor especialmente diseñado, nuca alcanzará este valor de torque (310%) de salida aun cuando el conjunto Magnetorque-Cucharón, llegue a la condición de rotor bloqueado.

Cuando el Operador mueve el control de Izar a la posición “ON”, una excitación es aplicada a los bobinados de campo a través de un circuito eléctrico. Con esta excitación aplicada a los campos, un campo magnético rotatorio es inducido en los campos y rotores del Magnetorque. Las líneas de fuerza atraviesan perpendicularmente los segmentos del rotor, entonces se produce una variación del flujo magnético que lo atraviesa y se producen las corrientes de Foucault. Estas a su vez generan un segundo campo magnético opuesto al primario que al interactuar arrastra al rotor en la dirección de giro del campo.

El movimiento del cucharón será el resultado del movimiento de los rotores que al estar montados sobre el tubo, moverán el tren de la caja de Izar.

MAGNETORQUE DOBLE Dos unidades de Magnetorque están montadas sobre un eje común y un

tubo común para proveer la potencia requerida de izar para las palas, cuya capacidad sea de hasta 15 yardas cúbicas. El efecto de la fuerza centrífuga es desmultiplicada por que físicamente los acoplamientos mas pequeños del Magnetorque son considerablemente menores que el que produciría un simple acoplamiento mas grande de igual capacidad.

La manipulación de esta baja inercia resulta en una rápida respuesta in aceleración y desaceleración, así como también en una rápida respuesta para invertir la dirección de rotación.

En la operación normal de Izar de una pala, podrían encontrarse ciertos estándares; De acuerdo con las condiciones de la carga, el movimiento de Izar debería ser capaz de suministrar un elevado Torque a bajas velocidades (Alta resistencia del banco) y disminuir el Toque a elevadas velocidades (Baja resistencia del Banco) con un torque máximo definido bajo condiciones de bloqueo del movimiento del cucharón a máxima excitación.

Para un rendimiento optimo, la maquinaria eléctrica y el sistema de la caja de Izar empleados deberían tener propiedades de baja inercia.. La unidad de Izar debería también ser capaz de disipar incidentalmente considerable calor por prolongados periodos en los que se necesite elevada potencia.

45.- Características de Torque/VelocidadLas características de operación son tales que un pequeño decremento

en la velocidad del rotor, causado por la resistencia del banco sobre el cucharón, automáticamente resultará en un incremento significativo en el torque de Izar; debido a la mayor concentración de líneas de fuerza que atraviesan los segmentos del rotor.Esto explica la gran capacidad de levante en el Izar y por lo tanto su capacidad de carga. Al observar las curvas de Torque (Carga)/Velocidad del Magnetorque, como se aprecia en la Figura (24), se requiere un promedio de 21.5% (Punto A) del Torque máximo para levantar el cucharón vacío y moverlo; la potencia de Tara representada por el área bajo la curva no puede ser aprovechada por la Pala.Figura (24).- Curva Torque/Velocidad

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

46.- Calibración de Torque Optimo (solo Palas 2100BL)Para obtener un Torque optimo de salida del Magnetorque, se

debe seguir el siguiente procedimiento de ajuste de la excitación del campo:

•Ponga el Switch de Run/Test en la Posición “Test” y ajuste la corriente del Campo del Magnetorque a 130 Amperios.

•Ponga el Switch de Run/Test en la posición “Run”. Arranque la Pala, instale el cucharón en el banco de material, aplique los frenos de Izar y Empuje y apague la pala.

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

•Ponga una Pinza de 200 Amperios en una línea del campo del Magnetorque.

Valores TrabajoVolt/PH/Hz

Motor PrincipalN°

SecundarioTransformador

Auxiliar (Voltios AC)

Corriente MotorPrincipalAmperios

400 212420 200

4,160/3/60 11438-5 440 185460 177480 162

El valor de corriente en el Motor Principal, debe estar de acuerdo con la tabla mostrada a continuación:

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

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

•Arranque la Pala y ponga el control de Izar en la posición “FULL ON”. NI EMPUJE O GIRO DEBEN SER APLICADOS. La corriente del Motor principal debe ser medida tan pronto como la fuente de Voltaje Auxiliar (Primario del Transformador de Anodo) y el campo de Magnetorque sean excitados. Estas lecturas deben ser tomadas simultáneamente.

CAPITULO V

SISTEMAS ELECTRICOS DE LA PALA 2100BL

51.- MOVIMIENTO DE IZAR

El cucharón se levanta a través del sistema de Motor Principal - Magnetorque, el Motor Principal es un Motor de Inducción de Jaula de Ardilla de bajo deslizamiento y que gira en un solo sentido, este impulsa al Magnetorque y este a su vez mediante un tren de engranajes y un cable de Izar al cucharón.

El detalle de mayor interés de este sencillo sistema de Izar, es el acoplamiento Magnético llamado Magnetorque, nombre registrado por Harnishfeger (P&H). El acoplamiento consiste de dos acoplamientos giratorios concéntricos, el elemento externo, que tiene la forma de un tambor sostenido por una araña que le sirve de soporte, es impulsado a velocidad constante por el Motor Principal. En el elemento exterior van metidos unos arrollamientos distribuidos circunferencialmente que producen un Campo magnético cuando son excitados por corriente continua. La superficie interna del elemento externo ha sido proyectada para formar polos magnéticos, con polos vecinos de polaridad opuesta. El elemento interno, hecho de piezas, totalmente soldadas, es un anillo de acero de aleación magnético de bajo momento de inercia, que está soportado por fuertes rayos; entre los polos del elemento externo y el anillo del elemento interno, se establece una distancia dieléctrica uniforme. No existe contacto mecánico alguno entre los elementos interno y externo. Por consiguiente, no ocurre desgaste como sucede en un embrague de fricción.

Cuando el elemento externo giratorio es excitado, se inducen Voltajes en el anillo de acero del elemento interno que causan el flujo de corrientes parásitas (de Foucault) en dicho anillo. Estas corrientes producen un campo magnético giratorio del elemento externo. El deslizamiento o la diferencia de RPM entre el elemento interno y el elemento externo, depende de la excitación a la que es sometido el elemento externo y de la carga en elemento interno. Para una cantidad dada de excitación, el esfuerzo de torsión máximo se desarrolla cuando la velocidad del elemento interno es cero (el cucharón inmóvil). El Magnetorque continua desarrollando mas o menos el mismo esfuerzo de torsión hasta que el deslizamiento sea de un pequeño porcentaje.

La operación de Izar del Magnetorque se desarrolla como sigue: La posición “OFF” del Controller del Operador (Palanca del lado derecho) se encuentra en la posición extrema delantera, en esta posición el Magnetorque no recibe excitación alguna de DC. Moviendo hacia atrás la palanca del controller del Operador, se aumenta gradualmente la excitación que se aplica al Magnetorque, aplicándose la excitación máxima cuando la palanca llega a su posición extrema posterior. Las posiciones intermedias entre “FULL ON” y “OFF” pueden emplearse para sujetar al cucharón en una determinada posición. Al mover la palanca hacia atrás , o sea hacia la posición “FULL ON”, se suministra excitación máxima; moviendo hacia adelante la palanca se disminuye la excitación, con el resultado de que el cucharón baja.

52.- GIRO - EMPUJE - AVANCEPara los movimientos de Giro, Empuje y Avance; se utiliza un

convencional sistema Ward-Leonard modificado, con un generador para el movimiento de Giro y otro para los movimientos de Empuje y Avance. Estos generadores de corriente continua suministran energía a los dos motores de Giro, al motor de Empuje y al motor de Avance. Los campos de los motores de Giro y empuje están constantemente excitados por un rectificador estático. El campo del Motor de Avance está controlado por 2 SCR’s. El sentido de rotación de estos motores puede cambiarse invirtiendo el voltaje de la armadura. Todos los Motores y Generadores de Corriente continua (DC) son construidos con un bastidor de dos partes para facilitar las operaciones de mantenimiento y reparación.

El control de Empuje se realiza de la siguiente manera: El generador va dotado de dos campos de derivación que se excitan separadamente , con la palanca del controller de empuje (Palanca del lado izquierdo) en la posición vertical (Posición OFF), los dos campos de derivación en el generador de Empuje se desexcitan. Moviendo hacia adelante la palanca del Controller, la corriente en uno de los arrollamientos varia de acuerdo con los requisitos de carga, mientras la corriente en el otro arrollamiento permanece en cero.

Con la palanca del Controller en la posición delantera, la polaridad de la armadura del Generador es tal que la rotación del motor de empuje hace avanzar los brazos del cucharón. El movimiento hacia atrás de la palanca del, controller desde la posición “OFF”, sirve para excitar el otro arrollamiento independiente, mientras que el primer arrollamiento no se excita; de esta manera se cambia el sentido de rotación del motor, con el resultado de que los brazos del cucharón retroceden. Para perfeccionar el funcionamiento, se mejoran las características inherentes al generador usando la realimentación del Voltaje de armadura del Generador, en combinación con la realimentación de corriente.

El campo del Motor de Avance, que recibe corriente del mismo generador que alimenta al motor de Empuje, es controlado por un circuito que usa dos SCR’s. El campo es regulado automáticamente con el objeto de obtener un potente campo magnético para lograr máximo esfuerzo de tracción (Torque) cuando esto se requiera, y un campo magnético débil para lograr velocidad máxima cuando se requiera poco esfuerzo de tracción.

El funcionamiento del Control de Giro, es análogo al del control de empuje, con exepción de que el controller es accionado por pedal. Lo mismo que sucede con el Generador de Empuje/Avance, las características del Generador de Giro son también mejoradas mediante el uso de combinaciones de realimentación de Voltaje de Armadura y Corriente para obtener relaciones de velocidad y esfuerzo de torsión (Torque) que sean especialmente adecuadas para este tipo de movimiento de la Pala.

53.- APARATOS AUXILIARESSe usan motores de inducción AC para la ventilación, para abrir el

cucharón y para bombear aceite a las cajas de Izar y de cadena; la ventilación es por lo tanto forzada, el aire es admitido por un conducto de filtros situados en el techo de la sala de máquinas, mediante los ventiladores de cabina con el objeto de pasar aire limpio por todos los aparatos eléctricos que requieran enfriamiento; el aire escapa por las aberturas de la cabina diseñadas para la correcta circulación del aire. La sala de máquinas de la pala 2100, es del tipo de sobrepresión, por esto es importante tener presente que las puertas de la sala de Máquinas deben estar cerradas para obtener la ventilación adecuada de los aparatos eléctricos.

Un ventilador de empuje va instalado en el piso de la sala de máquinas, los motores de giro también llevan motores ventiladores.

La operación de abrir el cucharón la realiza un motor de inducción con rotor bobinado, fijado a un pequeño tambor de Cable. El botón para abrir el cucharón está situado en el controller de Izar; estando la palanca del switch para abrir el cucharón en la posición OFF, existe alta resistencia en el circuito del rotor, lo cual produce suficiente Torque para eliminar el aflojamiento en el cable con que se abre el cucharón, mas no así para llegar a abrirlo. Cuando se presiona el Switch (ON), un contactor pone en cortocircuito la mayor parte de la resistencia del rotor, y el motor produce un Torque suficiente para accionar el pestillo dl cucharón.

54.- FRENOS DE IZAR, EMPUJE Y AVANCE

Todos estos movimientos tienen frenos que se sueltan por medio de mecanismos electroneumáticos. Estos frenos son empleados por el Operador cuando la máquina no está funcionando y se APLICAN AUTOMATICAMENTE CUANDO LA MAQUINA SE QUEDA SIN ENERGIA. Normalmente no se emplean durante el trabajo de carguío, excepto cuando se espera la llegada de los volquetes.

Los frenos de Izar y Empuje se controlan mediante Switches; uno para frenar “SET” y otro para liberar los frenos “RELEASE”. Los frenos de Giro se controlan mediante un switch de codo. Todos los switches e interruptores eléctricos están situados

55.- RECTIFICADOR ESTATICO

El rectificador estático está compuesto por seis diodos rectificadores de Silicio conectados en un puente rectificador trifásico. Están instalados en una plancha metálica para disipar el calor. El voltaje de entrada es de 115 VAC y el de salida es de 145 VDC aproximadamente.

Se utilizan técnicas de supresión para aminorar las variaciones de tensión momentánea tanto en AC como en DC. En el lado de entrada se usa una red de condensadores y resistencias para absorber los transitorios de la línea, en tanto que para suprimir los efectos transitorios en el lado de DC se usan resistores de tirita.

56.- TRANSFORMADORESEl Transformador Principal de corriente trifásica, tiene sus

primarios conectados en triángulo y sus secundarios conectados en estrella. En los primarios hay conexiones en triángulo tanto para 2,300 VAC como para 4,160 VA. Se han provisto derivaciones para funcionamiento a 2,300 Voltios, y para 4,160 Voltios los arrollamientos se usan totalmente. Esto es lo normal para frecuencias de 60 ciclos. El voltaje en el arrollamiento completo del secundario es de 440 VAC (Motores AC) a 60 HZ, se han provisto derivaciones de capacidad apropiada para 105 VAC (Iluminación) y 115 (Excitación estática y control)VAC en el secundario.

El neutro del secundario está conectado a tierra mediante una resistencia, obteniéndose de esta manera una limitación de corriente a tierra. Empleando este sistema, el funcionamiento de la pala no será interrumpido por simples fallas de conexión a tierra. En la cabina del operador hay una lámpara de neón que indica las fallas de conexión a tierra, cuando la luz se enciende quiere decir que existe conexión a tierra de los circuitos de baja tensión (Secundario del Transformador Principal). Los operadores de la Pala deben estar enterados acerca de este indicador de tierra a fin de que puedan incluir dichas fallas en sus reportes para que el defecto sea corregido. Corrigiendo en forma rápida cualquier falla a tierra que se presente, se reduce a un mínimo el peligro de que la falla produzca corrientes altas en cortocircuito que puedan causar daño al equipo.

Tres transformadores reductores monofásicos de doble bobinado secundario son usados para alimentar oltaje a los ánodos de los SCR’s

57.- TRANSFERENCIA EMPUJE - AVANCE

Este cambio se realiza moviendo la palanca del conmutador que se encuentra en el lado izquierdo del Operador, a la posición ya sea de Empuje (Crowd) o Avance (Propel). El Controller de Empuje/Avance debe estar en la posición neutra ciando se realice esta transferencia. La transferencia se realiza en el circuito de Armadura del Generador mediante dos grandes contactores accionados magnéticamente, uno para el motor de Empuje y otro para el motor de Avance. Los dos contactores está dispuestos mecánica y eléctricamente de tal manera que no puedan ser energizados simultáneamente. El conmutador de transferencia debe estar en la posición de empuje o avance para que pueda verificarse la transferencia. La transferencia no se efectuará en una posición intermedia. Para evitar la transición bajo carga, se ha incorporado un relay detector de voltaje de armadura que se excita con una tensión de 30 Voltios aproximadamente, y que se desenergiza con voltajes menores de 15 VDC.

Para poder seguir la explicación que a continuación se hace sobre la transferencia de Empuje a Avance, es necesario que tenga Ud. a mano sus diagramas eléctricos de la Pala 2100BL.•.En la posición de Empuje, los contactos 1,2 y 8 del conmutador (64A = Switch de transferencia Empuje/Avance o Transfer Switch) están cerrados. Los contactos 3, 4, 5, 6 y 7 están abiertos. El freno de empuje no está aplicado, y se suministra energía al freno de Empuje. El voltaje al controller se reduce mediante una resistencia cuando está en la posición de Empuje.•Cuando se acciona el conmutador (64A), el contacto 7 se cierra en las posiciones intermedias de la palanca lo mismo que en la posición de traslación. Tan pronto se cierra el contacto 7, el relay detector de voltaje de armadura (51) mide le voltaje de la armadura. Cuando el conmutador (61A) se halla en una posición intermedia entre las posiciones de empuje y avance, los contactos 1, 2, 3, 4 , 5 y 6 se abren, y los contactos 7 y 8 se cierran. El contacto 1 prepara el freno de empuje, y el contacto 2 suspende la alimentación del Controller de empuje/avance.

•Cuando el conmutador está en la posición de Avance (Propel), los contactos 3, 4, 5, 6 y 7 se cierran, y los contactos 1, 2 y 8 se abren. Cuando el Voltaje de armadura queda reducido a unos 15 VDC, el relay detector de voltaje de armadura se desexcita y permite que el relay de transición (92) se excite. El contacto del relay de transición desexcita al contactor del motor de empuje (12A) y excita al contactor del motor de avance (12B), efectuando de esa manera la transición del circuito de armadura del generador al motor de avance.•Después de que los contactores de las armaduras de empuje y avance han llegado a sus nuevas posiciones, se reaplica el voltaje al controller de empuje/avance mediante la conexión (12B) y el contacto 6 de conmutador (61A). En la posición de traslación se aplica el voltaje completo al Controller.El contactor del freno de avance (27) se energiza mediante la conexión (12B) y el contacto 5 del conmutador. El contacto 3 del conmutador elimina parte de la resistencia en serie con el arrollamiento del control de referencia del MFA del campo del motor de Avance; esto establece corriente de valor máximo en el campo del motor de avance. La máquina estará ahora lista para la

ió d

58.- TRANSFERENCIA AVANCE - EMPUJE

Cuando se vuelve a poner el conmutador (61A) en la posición de empuje, se realiza un procedimiento semejante al anterior pero en orden invertido. Al estudiar el circuito se observa lo siguiente:

•El freno de Avance se aplica y el controller de Empuje/Avance se desenergiza.•El relay de voltaje de armadura mide el voltaje de armadura, esto es está energizado y no permite el cambio de posición de los contactores 12A y 12B.•Cuando el voltaje de armadura desciende a por lo menos 15 voltios, los contactores de avance cambian de posición.•El freno de empuje se suelta y vuelve a aplicarse voltaje al controller de Empuje/Avance.

Aunque la descripción del proceso de transición es larga, la transición en realidad ocurre rápidamente.

59.- VIRES

La dirección de Avance se cambia con un interruptor de tres posiciones, situado en el panel de control del lado derecho. La dirección puede cambiarse empleando una u otro oruga según se mueva el interruptor a su posición superior o a su posición inferior. El interruptor controla dos válvulas neumáticas situadas en la estructura inferior de la máquina (carbody). Cada válvula acciona un embrague de mordaza, uno para cambiar la dirección de la oruga del lado derecho y el otro para cambiar la dirección de la oruga del lado izquierdo.

Cuando se cambie de dirección, puede “Virarse” en una u otra dirección moviendo hacia adelante o hacia atrás la palanca del controller de Empuje/Avance.

510.- Sistema de LubricaciónLas Palas 2100BL tienen un sistema de Lubricación

Farval, que se encarga de lubricar tres zonas importantes:.Monturas y Brazo.Tornamesa.Orugas de avancePara controlar los ciclos de lubricación en forma

automática usaba tres temporizadores dobles, uno para cada zona de engrase; cada doble temporizador tenía dos funciones: La primera, para programar el tiempo de los ciclos de engrase, para esto se colocaban unos pines sobre un disco dividido en 60 partes, equivalente a 60 minutos, que giraba a razón de una vuelta por hora; si queríamos programar que cada 15 minutos se engrasara la zona correspondiente de la pala al Temporizador en cuestión, colocábamos 4 pines equidistantes, así el disco al dar una vuelta completa cada hora hacia actuar un Switch interior cada 15 minutos.

Para la segunda función tenia otro temporizador en el que se programaba el tiempo de falla con un rango de 0 a 6 minutos, para esto se usaba una perilla. El tiempo de falla correspondía al periodo en el cual la caja de cambio, que verificaba la presión alcanzada por la bomba de engrase, debía actuar y accionar mediante un pin, al switch de cambio para que el temporizador de los ciclos de engrase iniciara otro ciclo de temporización. Si esto no ocurrían cuando el tiempo de falla era alcanzado por este temporizador, el engrase era cortado y el doble temporizador en su conjunto dejaba de funcionar.

Este sistema de temporizador en la actualidad, ha sido reemplazado por un PLC Micrologix 1000, que controla las 3 zonas de engrase; para programar los ciclos de lubricación, se usa una Computadora portátil (Lap Top Computer) con lo cual es muy sencillo cambiar los tiempos de los ciclos de lubricación y tiempo de falla.

La Figura (5.10) Muestra el sistema actual de lubricación de las Palas 2100BL para una zona de engrase.

TemporizadorTiempo de Falla

TemporizadorCiclo de Lubricación

Bomba de LubricaciónVálvula

Solenoide deAire

Control de Presión

Línea de Aire

Señal Eléctrica Inicio

Línea de Aire

Línea de Engrase

Switch de Cambio

Señal Eléctrica Fin

Pin de Cambio

Señal Eléctrica Inicio

Falla SwItch Engrase Manual

PLC MICROLOGIX 1000 - 1/3

Señal Eléctrica Falla

Luz de Falla

El sistema está compuesto por el PLC que controla los ciclos de engrase y tiempo de falla, la válvula solenoide de aire que cuando es energizada permite el paso de aire hacia la bomba de engrase, la bomba de engrase que trabaja con aire y bombea a través de mangueras, grasa hacia los puntos de lubricación, el control de presión que es regulado mecánicamente para que cuando alcance una determinada presión mueva un pin que accione un switch de cambio, generalmente esta presión es fijada entre 1,800 y 2,200 Libras; presión que como sabemos es proporcional al volumen desplazado en la línea de lubricación.

Tiene además un switch de cambio que al ser accionado por el pin que sale de la caja de control de presión, detiene el engrase y el temporizador de falla, así como inicia otro ciclo de temporización de engrase; un switch de engrase manual, que permite al operador o al personal de mantenimiento engrasar la zona deseada con solo presionarlo, finalmente tiene un foco señalizador que cuando se cumple el tiempo de falla por que la presión no alcanzó a accionar al pin de la caja de control de presión, se enciende parpadeando indicando que hay una falla en el sistema de engrase.

511.- Programa en Escalera (Ladder) del PLC de Lubricación

En las páginas siguientes, se encuentra el Programa en escalera del PLC de lubricación de la Pala 2100, será necesario tenerlo a mano para la explicación de funcionamiento, la cual se centrará en una zona de lubricación, sin embargo es válida para las otras dos y será tarea del lector hacer el análisis correspondiente.

Los dispositivos conectados al PLC de acuerdo a las direcciones de entrada para la zona que analizaremos corresponde a las Orugas y son mostrados en la siguiente tabla: Dirección de Entrada Dispositivo Conectado

I:0/0 Switch de CambioI:0/3 Switch de Engrase Manual/ResetO:0/0 Válvula solenoide de aireO:0/3 Foco de Falla

Para esta zona el funcionamiento es como sigue:•La entrada I:0/0 corresponde a la conexión del switch de cambio, que controla el fin de los ciclos de lubricación, supongamos que el switch de cambio se ha accionado por que terminó de engrasar y está ahora cerrado, la línea 2 del programa será verdadera y el temporizador T4:2 inicia un conteo, cuando este llegue a 1800 segundos (Lo muestra el programa), el contacto lógico del temporizador se cerrará en la línea 9 del programa y la salida O:0/0 se energiza, enviando 120 VAC a la válvula solenoide de aire conectada a ella.•Al llegar aire a la bomba de engrase a través de la válvula solenoide, la bomba empieza a bombear grasa y el control de presión detecta la presión existente en la línea. Cuando la presión en línea alcance la presión programada en el control de presión (Entre 1800 y 2200 libras), este moverá un pin que accionará al switch de cambio, que ahora se abrirá, las líneas 9 y 2 del programa serán ahora falsas, la salida O:0/0, se desenergizará, la válvula solenoide de aire también se desenergizará y por lo tanto se cortará el engrase; el Temporizador T4:2 se restablecerá a cero y ahora la línea 1 del programa será verdadera.•Al hacerse la línea 1 verdadera, el Temporizador T4:1 inicia su conteo hasta llegar también a 1,800 segundos (30 minutos), en ese momento, se cierra el contacto lógico del T4:1 en la línea 9 del programa, la salida O:0/0 envía 120 VAC a la válvula solenoide de aire y la bomba de engrase bombea grasa a la línea. Esto continua hasta que el control de presión detecte que se ha alcanzado la presión programada (entre 1,800 y 2,200 libras), accione con el pin al switch de cambio y este se cierre haciendo las líneas 1 y 9 del programa falsas, cortando el engrase e iniciando otro ciclo de temporización al hacerse ahora la línea 2 del programa

¦ I:0 T4:7 +TON---------------+ ¦1--]/[---]/[-----------------------------------------¦TIMER ON DELAY +-(EN)-¦ 0 DN ¦Timer T4:1+-(DN) ¦¦ ¦Time Base 1.0¦ ¦¦ ¦Preset 1800¦ ¦¦ ¦Accum 0¦ ¦¦ +------------------+ ¦¦ I:0 T4:7 +TON---------------+ ¦2--] [---]/[-----------------------------------------¦TIMER ON DELAY +-(EN)-¦ 0 DN ¦Timer T4:2+-(DN) ¦¦ ¦Time Base 1.0¦ ¦¦ ¦Preset 1800¦ ¦¦ ¦Accum 0¦ ¦¦ +------------------+ ¦¦ I:0 T4:8 +TON---------------+ ¦3--]/[---]/[-----------------------------------------¦TIMER ON DELAY +-(EN)-¦ 1 DN ¦Timer T4:3+-(DN) ¦¦ ¦Time Base 1.0¦ ¦¦ ¦Preset 900¦ ¦¦ ¦Accum 0¦ ¦¦ +------------------+ ¦¦ I:0 T4:8 +TON---------------+ ¦4--] [---]/[-----------------------------------------¦TIMER ON DELAY +-(EN)-¦ 1 DN ¦Timer T4:4+-(DN) ¦¦ ¦Time Base 1.0¦ ¦¦ ¦Preset 900¦ ¦¦ ¦Accum 0¦ ¦¦ +------------------+ ¦¦ I:0 T4:9 +TON---------------+ ¦5--]/[---]/[-----------------------------------------¦TIMER ON DELAY +-(EN)-¦ 2 DN ¦Timer T4:5+-(DN) ¦¦ ¦Time Base 1.0¦ ¦¦ ¦Preset 600¦ ¦¦ ¦Accum 0¦ ¦¦ +------------------+ ¦¦ I:0 T4:9 +TON---------------+ ¦6--] [---]/[-----------------------------------------¦TIMER ON DELAY +-(EN)-¦ 2 DN ¦Timer T4:6+-(DN) ¦¦ ¦Time Base 1.0¦ ¦¦ ¦Preset 600¦ ¦¦ ¦Accum 0¦ ¦¦ +------------------+ ¦¦ I:0 T4:7 I:0 B3 ¦7---] [---]/[---]/[-------------------------------------------------------( )--¦ ¦ 3¦ DN 0 1 ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 1 ¦¦ I:0 T4:7 I:0 B3 ¦8---] [---]/[---] [-------------------------------------------------------( )--¦ ¦ 3¦ DN 0 2 ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 2 ¦

¦ T4:1 O:0 ¦9---] [-------------------------------------------------------------------( )--¦ ¦ DN ¦ 0 ¦¦ ¦ T4:2 ¦ ¦¦ +--] [----+ ¦¦ ¦ DN ¦ ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +--] [--+ ¦¦ ¦ 1¦ ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 2 ¦¦ I:0 T4:8 I:0 B3 ¦10--] [---]/[---]/[-------------------------------------------------------( )--¦ ¦ 4¦ DN 1 3 ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 3 ¦¦ I:0 T4:8 I:0 B3 ¦11--] [---]/[---] [-------------------------------------------------------( )--¦ ¦ 4¦ DN 1 4 ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 4 ¦¦ T4:3 O:0 ¦12--] [-------------------------------------------------------------------( )--¦ ¦ DN ¦ 1 ¦¦ ¦ T4:4 ¦ ¦¦ +--] [----+ ¦¦ ¦ DN ¦ ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +--] [--+ ¦¦ ¦ 3¦ ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 4 ¦¦ I:0 T4:9 I:0 B3 ¦13--] [---]/[---]/[-------------------------------------------------------( )--¦ ¦ 5¦ DN 2 5 ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 5 ¦¦ I:0 T4:9 I:0 B3 ¦14--] [---]/[---] [-------------------------------------------------------( )--¦ ¦ 5¦ DN 2 6 ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 6 ¦¦ T4:5 O:0 ¦15--] [-------------------------------------------------------------------( )--¦ ¦ DN ¦ 2 ¦¦ ¦ T4:6 ¦ ¦¦ +--] [----+ ¦¦ ¦ DN ¦ ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +--] [--+ ¦¦ ¦ 5¦ ¦¦ ¦ B3 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 6 ¦¦ T4:1 +TON---------------+ ¦16--] [----------------------------------------------¦TIMER ON DELAY +-(EN)-¦ ¦ DN¦ ¦Timer T4:7+-(DN) ¦¦ ¦T4:2 ¦ ¦Time Base 1.0¦ ¦¦ +-] [-+ ¦Preset 40¦ ¦¦ DN ¦Accum 36¦ ¦¦ +------------------+ ¦

¦ I:0 T4:7 O:0 ¦17-]/[---] [--------------------------------------------------------------( )--¦ 3¦ DN¦ 3 ¦¦ ¦ O:0 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 3 ¦¦ T4:3 +TON---------------+ ¦18--] [----------------------------------------------¦TIMER ON DELAY +-(EN)-¦ ¦ DN¦ ¦Timer T4:8+-(DN) ¦¦ ¦T4:4 ¦ ¦Time Base 1.0¦ ¦¦ +-] [-+ ¦Preset 40¦ ¦¦ DN ¦Accum 0¦ ¦¦ +------------------+ ¦¦ I:0 T4:8 O:0 ¦19-]/[---] [--------------------------------------------------------------( )--¦ 4¦ DN¦ 4 ¦¦ ¦ O:0 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 4 ¦¦ T4:5 +TON---------------+ ¦20--] [----------------------------------------------¦TIMER ON DELAY +-(EN)-¦ ¦ DN¦ ¦Timer T4:9+-(DN) ¦¦ ¦T4:6 ¦ ¦Time Base 1.0¦ ¦¦ +-] [-+ ¦Preset 40¦ ¦¦ DN ¦Accum 0¦ ¦¦ +------------------+ ¦¦ I:0 T4:9 O:0 ¦21-]/[---] [--------------------------------------------------------------( )--¦ 5¦ DN¦ 5 ¦¦ ¦ O:0 ¦ ¦¦ +-] [-+ ¦¦ 5 ¦¦ ¦22-----------------------------------¦END+-------------------------------------¦ ¦

•Los ciclos de engrase continuarían así indefinidamente hasta que alguna condición de falla se presentara, esto es detectado a través del switch de cambio que deja de trabajar, y puede ser debido a alguna de las siguientes causas: hay fuga de aire y la bomba no tiene suficiente presión para trabajar, hay una rotura en la línea de engrase y por lo tanto no alcanza la presión requerida, el control de presión está dañado y no acciona al pin o el switch de cambio está malogrado. Si observamos la línea 16 del programa, vemos que el Temporizador de falla T4:7 inicia su conteo cuando T4:1 o T4:2 llegan a su tiempo programado de 1,800 segundos, esto es, cuando empieza a engrasar la bomba, durante el tiempo que está engrasando la bomba, el T4:7 está contando los segundos, si el switch de cambio no es accionado antes de llegar a los 40 segundos, el T4:7 cerrará un contacto lógico en la línea 17 del programa, la salida O:0/3 se energizará con 120 VAC y encenderá al foco de falla; además, el T4:7 abrirá sus contactos lógicos en las líneas 1 y 2 del programa, restableciendo a cero al temporizador que estaba trabajando y cortando el engrase, iniciando otro ciclo de temporización.

•Cuando se necesite borrar alguna condición de falla ó hacer algún ciclo de engrase manual, se puede presionar el switch de engrase Manual/Reset conectado a la entrada I:0/3, cuando esto ocurre, la línea 7 o la línea 8 del programa se hace verdadera, según sea la posición del switch de cambio conectado en la entrada I:0/0, abierto o cerrado. Si suponemos que el switch de cambio está cerrado, la línea 8 del programa será verdadera, la bobina lógica B3/2 se energizará y enclavará, cerrará su contacto lógico en la línea 9 y la salida O:0/0 se energizará con 120 VAC alimentando a la válvula solenoide de aire y por lo tanto la Bomba de engrase trabajará hasta que el switch de cambio se accione por medio del pin del control de presión, terminando el ciclo de engrase manual. En el caso de querer borrar una falla, al presionar el switch de engrase manual/Reset, la línea 17 del programa se hace falsa y la salida O:0/3 conectada al foco de falla se desenergiza instantáneamente, sin embargo; al haberse iniciado al mismo tiempo un ciclo de engrase manual, en caso de no actuar el switch de cambio para terminar el ciclo, la luz volverá a encenderse indicando falla y el engrase se cortará por la actuación del temporizador de falla

CAPITULO VI

FUNCIONAMIENTO Y PRUEBA DE LA PALA

61.- PRUEBAS GENERALES•Para probar circuitos que contengan componentes electrónicos como diodos, SCR’s, transistores, tarjetas u otros dispositivos, debe usarse un mult�metro digital en la posición de resistencia. Jamas use un meghómetros, zumbadores, o instrumentos que generen elevados niveles de tensión pues dañaran los componentes electrónicos del circuito bajo prueba, si necesita hacer pruebas de aislamiento, desconecte primero todos los dispositivos electrónicos del circuito y luego proceda a hacer las mediciones correspondientes.

Para hacer pruebas de aislamiento a tierra en los circuitos del secundario del Transformador Principal de la Pala, asegúrese antes de que:

La alimentación de 4,160 VAC ha sido desconectada de la Pala siguiendo el procedimiento correspondiente.Los 2 interruptores termomagnéticos estén abiertos, esto es el de 120 VAC y el de 440 VAC.Ud. ha colocado su tarjeta de seguridad en el Interruptor termomagnéticos del circuito donde va a trabajar.Los circuitos electrónicos han sido desconectados.Debido a que hay una resistencia de 750 ohmios para la detección y limitación de fugas a tierra, situada entre el punto neutro del Secundario del Transformador Principal y el bastidor o chasis de la Pala, cualquier circuito conectado al secundario tendrá una resistencia de 750 ohmios aproximadamente al ser medido con un multímetro con respecto a tierra. Si la indicación es mucho menos de 750 ohmios, quiere decir que hay una falla a tierra. Los circuitos que hallan sido separados por un contactor abierto o por un disyuntor abierto, ofrecerán una resistencia normal a masa según la indicación del meghómetro; sin embargo como referencia, se necesitan al menos 150,000 ohmios, esto es, 1/6 de megaohmio, bajo condiciones atmosféricas ordinarias para circuitos de bajo voltaje. Debe tenerse gran cuidado cuando se emplee el meghómetro. Si Ud. quiere medir aislamiento a tierra de cualquier circuito, desconecte la resistencia a tierra del secundario del Transformador Principal.

•Después que todos los circuitos han sido probados, restitúyase la energía a la Pala de acuerdo al procedimiento. Póngase en interruptor de pruebas Test/Run en la posición “Test”. Esto permite probar motores auxiliares sin hacer funcionar el motor principal. Los dos interruptores termomagnéticos deben estar en la posición “On” (cerrados). El voltímetro de corriente alterna en la cabina del Operador debe indicar aproximadamente 440V. Todos los números indicados en la siguiente descripción son los mismos que se dan en el Plano eléctrico de la Pala.

.Al presionar el botón de arranque (41), el voltímetro de Corriente Continua debe indicar inmediatamente 145 VDC aproximadamente. Si no es así , ello es debido a una de las siguientes causas:Existe una sobrecarga, esto es una sobrecarga térmica de un motor AC esta abierta.El Switch límite de pluma esta accionado.La secuencia o rotación de fases esta invertida.En interruptor termomagnético de 120 VAC esta abierto.El voltaje de Corriente Continua que llega al MFA y a las bobinas de polarización es demasiado bajo.

.Al cerrar el contactor de excitación (45A), se aplica energía a los campos de los Motores DC, las bobinas de control de los MFA, los dispositivos de control, y a las entradas de los MFA. También es excitado el relay de retardo al cerrarse los contactos de excitación . Esta ajustado para 10 segundos aproximadamente en la mayoría de las palas y cuando esta excitado se cierra, se cierra el contactor (19) de los motores auxiliares y de control. Esto a su vez, energiza los motores auxiliares y a los ánodos de los SCR’s. Es necesario verificar el sentido de rotación de los Motores Auxiliares.

62.- AJUSTES

Siempre que se realicen ajustes o calibraciones en cualquier maquina, deben seguirse al pie de la letra los pasos estipulados en el procedimiento suministrado por el fabricante, cualquier procedimiento mal ejecutado puede traer como consecuencia graves daños personales o daños al equipo, por eso es conveniente que el técnico que los realice este familiarizado con todos los procedimientos.

La importancia de conocer los procedimientos de calibración se manifiesta en que se pueden usar estos para determinar un problema tal como un componente defectuoso o un inapropiado ajuste de valores límite que puede ser la causa de fallas repetitivas de motores o generadores.

63.- AJUSTES ESTATICOSEl objeto principal de este método de prueba es

verificar los valores estáticos de calibración de diferentes parámetros de Magnetorque, Motores DC y Generadores. Las siguientes indicaciones deben ejecutarse con el interruptor de prueba (46) “Test/Run” en la posición TEST.

Nota.- Cuando el Switch de Test/Run está en la posición Test, el Motor Principal y los frenos de la Pala no funcionan. NUNCA MUEVA EL INTERRUPTOR TEST/RUN CUANDO LA PALA ESTE ENCENDIDA, PARA HACERLO PRIMERO APAGUE LA PALA.

Tome la lectura de Voltaje DC de Alimentación de los circuitos Electrónicos:Valor P&H = 70 VoltsValor hallado = ____________

631.- IZARArranque la Pala y realice las siguientes mediciones:

Descripción Puntos dePrueba

Valor P&HOff - Full On

Valor HalladoOff - Full On

Voltios AC del secundario deltransformador de ánodo de Izar

H1 - CL3 - 92

Voltios AC del secundario deltransformador de ánodo de Izar

H2 - CL3 - 92

Voltios AC del MFA de Izar (72A) E1-E2 Bornes17 - 18 (72A)

- 117

Voltios DC bobina de Polarización delMFA (72A)

Bornes9 - 10 (72A)

0 0.44

Voltios DC del Controller de Izar N1 - H3 0 69

Voltios DC Bobina de Realimentación deCorriente del MFA (72A)

Bornes3-4 (72A)

0 0.075

Voltios DC de Bobinas de referencia delMFA (72A)

Bornes1 - 2 (72A)

0 1.5

Voltios DC del Campo del Magnetorque CL2 - CL3 0 45

Amperios DC del Campo delMagnetorque. En caso de ser necesario,ajuste con la resistencia (130).

CL2 0 125

Una vez registrados estos valores apague la Pala

632.- GIROArranque la Pala y realice las siguientes mediciones:

Descripción Puntos dePrueba

Valor P&H Valor Hallado

Voltios AC del secundario deltransformador de ánodo de Giro

S11 - SP2 42

Voltios AC del secundario deltransformador de ánodo de Giro

S11 - SP3 42

Voltios AC del MFA de Giro (72E)E2-E3

Bornes17 - 18 (72E)

118

Voltios AC del MFA de Giro (72F) E2-E3

Bornes17 - 18 (72F)

118

Voltios DC bobina de Polarización delMFA (72E)

Bornes9 - 10 (72E)

0.84

Voltios DC bobina de Polarización delMFA (72F)

Bornes9 - 10 (72F)

0.80

Amperios DC de los Campos de los Motores deGiro. En caso de ser necesario ajustar el valorcon la resistencia (76).

SMF 22.5

Una vez registrados estos valores apague la Pala.

633.- AVANCE/EMPUJEArranque la Pala y realice las siguientes mediciones:

Descripción Puntos dePrueba

Valor P&H Valor Hallado

Voltios AC del secundario del Transfor.de ánodo de Emp/Av.

CP1 -CP22 40

Voltios AC del secundario del Transfor.de ánodo de Emp/Av.

CP3 - CP22 40

Voltios AC del MFA de Emp/Av.(72C) E1-E3

Bornes17 - 18 (72C)

118

Voltios AC del MFA de Emp/Av.(72C) E1-E3

Bornes17 - 18 (72D)

118

Voltios DC bobina de Polarización delMFA (72C)

Bornes9 - 10 (72C)

0.79

Voltios DC bobina de Polarización delMFA (72D)

Bornes9 - 10 (72D)

0.82

Una vez registrados estos valores apague la Pala.

633A.- AVANCE•Ponga el Interruptor de Empuje/Avance en la posición de AVANCE.•Arranque la Pala y realice las siguientes mediciones.

Descripción Puntos dePrueba

Valor P&H Valor Hallado

Voltios AC del secundario del Transfor.de ánodo de Emp/Av.

S11 - SP2 44

Voltios AC del secundario del Transfor.de ánodo de Emp/Av.

S11 - SP3 44

Voltios AC del MFA de Emp/Av.(72B) E2-E3

Bornes17 - 18 (72B)

118

Voltios DC bobina de Polarización delMFA (72B)

Bornes9 - 10 (72B)

0.24

Voltios DC bobina de Referencia delMFA (72B)

Bornes1 - 2 (72B)

1.0

Voltios DC bobina de Realimentacióndel MFA (72B)

Bornes3 - 4 (72B)

0.06

Amperios DC del Campo del Motor de Avance.En caso de ser necesario ajustar el valor con laresistencia (132).

PMF 150

Una vez registrados estos valores apague la Pala.

633B.- EMPUJE•Ponga el Interruptor de Empuje/Avance en la posición de EMPUJE•Arranque la Pala y realice las siguientes mediciones.

Descripción Puntos dePrueba

Valor P&H Valor Hallado

Voltios DC bobina de Referencia delMFA (72B)

Bornes1 - 2 (72B)

0.51

Amperios DC del Campo del Motor de Avance. PMF 65Amperios DC del Campo del Motor de Empuje.En caso de ser necesario ajustar el valor con laresistencia (742).

CMF 13

Una vez registrados estos valores apague la Pala.

64.- PRUEBAS DINAMICAS

El objeto de estas pruebas es ajustar los valores máximos de corriente y voltaje con que trabajarán los motores y generadores DC de la Pala, esto sirve para limitar la potencia que puedan requerir y asi evitar la destruccion del componente cuando se presente alguna condicion anormal de o falla.

Existen dos grupos de pruebas básicas: Pruebas a CIRUITO ABIERTO y pruebas a CORTO CIRCUITO.

Las Pruebas a CIRCUITO ABIERTO tienen por finalidad regular el máximo voltaje que entregarán los Generadores DC para determinado movimiento, estas consisten en abrir las conexiones de armadura de los motores y tomar lectura del Voltaje DC entregado por el Generador, para finalmente proceder al ajuste correspondiente en caso de ser necesario .

Las Pruebas a CORTO CIRCUITO tienen por finalidad regular la máxima corriente con que trabajaran los motores DC de todos los movimientos, estas consisten en abrir las conexiones de campo de los motores y dar máxima excitación al generador del Movimiento que se está calibrando, de esta manera se tendrá la máxima corriente circulando en el motor DC, se registra este valor y procede a realizar el ajuste en caso de ser necesario.ADVERTENCIA.- No realice pruebas de cortocircuito dando

mas de 10 segundos excitación máxima a una armadura, se producirá calentamiento en los puntos de contacto del carbón con el conmutador y se deformará este.

Estando la Pala parada, póngase el interruptor Test/Run en la Posición RUN. Cuando se presione el botón “Start” el Motor Principal inmediatamente comienza a girar. La mejor manera de proceder cuando se hace un arranque inicial después de un cambio de motor Principal o un Overhaul es que una persona ubicada en la Cabina del Operador se encargue de presionar los botones de arranque (Start) y Parada (Stop), mientras que otra persona observa el movimiento de rotación del Motor. El sentido de rotación apropiado del Motor Principal es hacia la derecha, visto desde el extremo mas cercano al Gabinete de contactores. Si al arrancarse la �m quina el sentido es incorrecto, inmediatamente

oprímase el botón de parada. Desconéctese la alimentación de 4,160 Volts, siguiendo el procedimiento, dejando desconectado el cable de cola mientras se haga la inversión de fases.

65.- PRUEBAS A CIRCUITO ABIERTO

Asegúrese que la máquina esté detenida, adecuadamente estacionada y con los Interruptores Termomagnéticos de 440V y 115V abiertos.

Asegúrese que el Interruptor de Test/Run está en la posición Run.

651.- GIROEstando la máquina parada (Sin energía), desconéctese el conductor grueso de fuerza (A4S) de las resistencias de fuerza de giro (83), situadas en el Gabinete de Contactores/Electrónica. Aisle completamente los cables. No desconecte el conductor delgado (A4S) de realimentación que también está conectado a estas resistencias.

Reponga los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V, arranque la Pala y Tome las siguientes lecturas con el Controller de Giro en las posiciones “Off”, “Full ON” a la Derecha y “Full On” a la Izquierda.

Descripción Punto dePrueba

Valor P&HOff - Full D - Full I

Valor HalladoOff - Full D - Full I

Voltios DC de la Bobina dereferencia del MFA (72E)

Bornes1-2 (72E)

0 1.75 1.8

Voltios DC de la Bobina dereferencia del MFA (72F)

Bornes1-2 (72F)

0 1.85 1.75

Voltios DC de la bobina derealimentación de Voltaje del MFA(72E).

Bornes7-8 (72E)

0 2.25 2.25

Voltios DC de la bobina derealimentación de Voltaje del MFA(72F).

Bornes7-8 (72F)

0 2.15 2.2

Voltios DC del Campo delGenerador de Giro

S11- S1C- 0 0 15.5

Voltios DC del Campo delGenerador de Giro

S11-S2D- 0 15.5 0

Voltios DC del Controller de Giro S1 - S4 0 21.5 22.5Voltios DC circuito abierto delGenerador de Giro. En caso de sernecesario ajústese el voltaje con laresistencia (81).

A2S-A4S 0 785 790

Amperios DC del Campo delGenerador de Giro.

S1C- 0 0 89

Amperios DC del Campo delGenerador de Giro.

S2C- 0 88 0

Después de registrar los valores, apague la Pala, abra los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V y proceda a conectar el conductor (A4S).

652.- AVANCE

Coloque el Interruptor de Empuje/Avance en la posición AVANCE.

Estando la máquina parada abra los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V, desconecte el conductor grueso de fuerza (A3CP) de las resistencias de fuerza de Empuje/Avance (83), situado en el Gabinete de Contactores/Electrónica. Aisle completamente los cables. No desconecte el conductor delgado (A3CP) de realimentación que también está conectado a estas resistencias.

Reponga los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V, arranque la Pala y Tome las siguientes lecturas con el Controller de Empuje/Avance en las posiciones “Off”, “Full ON” Adelante (Forward) y “Full On” Atrás (Reverse).

Descripción Puntode

Prueba

Valor P&HOff - Full F - Full R

Valor HalladoOff - Full F - Full R

Voltios DC de la Bobina dereferencia del MFA (72C)

Bornes1-2 (72C)

0

Voltios DC de la Bobina dereferencia del MFA (72D)

Bornes1-2 (72D)

0

Voltios DC del Controller deAvance

CP2-CP6 0 23 23

Voltios DC del Campo delGenerador de Empuje/Avance

CP22-C1C-

0 0 33

Voltios DC del Campo delGenerador de Empuje/Avance

CP22-C2D-

0 33 0

Voltios DC circuito abierto delGenerador de Empuje/Avance. Encaso de ser necesario ajústese elvoltaje con la resistencia (99).

A2CP-A3CP-

0 800 800

Amperaje del Campo del Generadorde Empuje/Avance

C1C- 0 0 107

Amperaje del Campo del Generadorde Empuje/Avance

C2D-

0 107 0

Después de registrar los valores, apague la Pala, abra los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V y proceda a conectar el conductor (A3CP).

653.- EMPUJE

Coloque el Interruptor de Empuje/Avance en la posición EMPUJE.

Estando la máquina parada abra los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V, desconecte el conductor grueso de fuerza (A3CP) de las resistencias de fuerza de Empuje/Avance (83), situado en el Gabinete de Contactores/Electrónica. Aisle completamente los cables. No desconecte el conductor delgado (A3CP) de realimentación que también está conectado a estas resistencias.

Reponga los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V, arranque la Pala y Tome las siguientes lecturas con el Controller de Empuje/Avance en las posiciones “Off”, “Full ON” Adelante (Forward) y “Full On”

Descripción Puntode

Prueba

Valor P&HOff - Full F - Full R

Valor HalladoOff - Full F - Full R

Voltios DC de la Bobina deRealimentación de Voltaje del MFA(72C)

Bornes7-8 (72C)

0 1.4 1.4

Voltios DC de la Bobina deRealimentación de Voltaje del MFA(72D)

Bornes7-8 (72D)

0 1.4 1.4

Voltios DC del Controller deAvance

CP2-CP6 0 23 23

Voltios DC del Campo delGenerador de Empuje/Avance

CP22-C1C-

0 0 13.5

Voltios DC del Campo delGenerador de Empuje/Avance

CP22-C2D-

0 13.5 0

Voltios DC circuito abierto delGenerador de Empuje/Avance. Encaso de ser necesario ajústese elvoltaje con la resistencia (125).

A2CP-A3CP-

0 745 745

Amperaje del Campo del Generadorde Empuje/Avance

C1C- 0 0 87.5

Amperaje del Campo del Generadorde Empuje/Avance

C2C--

0 87.5 0

Después de registrar los valores, apague la Pala, abra los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V y proceda a conectar el conductor (A3CP).

66.- PRUEBAS A CORTO CIRCUITO

Asegúrese que la máquina esté detenida, adecuadamente estacionada y con los Interruptores Termomagnéticos de 440V y 115V abiertos.

Asegúrese que el Interruptor de Test/Run está en la posición Run.

661.- GIRO

Estando la máquina parada (Sin energía), desconecte los campos de los Motores de Giro, abriendo el cable (SMF) de la bornera que está en el Gabinete de Contactores/Electrónica. Verifique que los frenos de Giro están aplicados.

Reponga los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V, arranque la Pala y Tome las siguientes lecturas con el Controller de Giro en las posiciones “Off”, “Full ON” a la Derecha y “Full On” a la Izquierda. No supere los 10 segundos por cada prueba.

Descripción Punto dePrueba

Valor P&HOff - Full D - Full I

Valor HalladoOff - Full D - Full I

Voltios DC de la bobina derealimentación de Corriente delMFA (72E).

Bornes3-4 (72E)

0 0.085 0.085

Voltios DC de la bobina derealimentación de Corriente delMFA (72F).

Bornes3-4 (72F)

0 0.085 0.085

Voltios DC del Campo delGenerador de Giro

S11- S1C- 0 0 11

Voltios DC del Campo delGenerador de Giro

S11-S2D- 0 11 0

Voltios DC del Generador A2S -A4S

0 28 28

Amperios DC del Generador deGiro en Corto Circuito. En caso deser necesario ajústese la corrientecon la resistencia (77).

A4S 0 800 800

Amperios DC del Campo delGenerador de Giro.

S1C- 0 0 96

Amperios DC del Campo delGenerador de Giro.

S2C- 0 96 0

Después de registrar los valores, apague la Pala, abra los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V y proceda a conectar el conductor (SMF).

662.- AVANCE

Coloque el Interruptor de Empuje/Avance en la posición AVANCE.

Estando la máquina parada abra los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V, desconecte el Cable de alimentación del Campo del Motor de Avance (PMF) en la bornera del Gabinete de Contactores/Electrónica. Aisle completamente los cables. Ajústese los frenos de avance desconectando el conductor (SE2) en la bornera del Gabinete de Contactores/Electrónica.

Reponga los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V, arranque la Pala y Tome las siguientes lecturas con el Controller de Empuje/Avance en las posiciones “Off”, “Full ON” Adelante (Forward) y “Full On” Atrás (Reverse).

Descripción Punto dePrueba

Valor P&HOff - Full F - Full R

Valor HalladoOff - Full F - Full R

Voltios DC de la Bobina deRealimentación de Corriente delMFA (72C)

Bornes3-4 (72C)

0 0.05 0.05

Voltios DC de la Bobina deRealimentación de Corriente delMFA (72D)

Bornes3-4 (72D)

0 0.05 0.05

Voltios DC del Campo delGenerador de Empuje/Avance

CP22-C1C-

0 0 16

Voltios DC del Campo delGenerador de Empuje/Avance

CP22-C2D-

0 16 0

Amperios DC corto circuito delGenerador de Empuje/Avance. Encaso de ser necesario ajústese lacorriente con la resistencia (139).

A3CP 0 960 960

Amperaje del Campo del Generadorde Empuje/Avance

C1C- 0 0 84

Amperaje del Campo del Generadorde Empuje/Avance

C2C- 0 84 0

Después de registrar los valores, apague la Pala, abra los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V y proceda a conectar el conductor (PMF).

CAMPO DEL MOTOR DE AVANCE

Estando la máquina sin energía con los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V abiertos, desconecte el conductor de salida (A1P)que está conectado en el Gabinete de Contactores/Electrónica, en el contactor de Avance. Reemplácelo con el puente N° 12 que se conecta entre el borne A3CP.

Verifique que el interruptor de Empuje Avance está en la posición de Avance, cierre los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V. Arranque la Pala y tome las siguientes lecturas:

Descripción Puntode

Prueba

Valor P&HOff - Full F - Full R

Valor HalladoOff - Full F - Full R

Amperios DC del Campo del Motorde Avance. En caso de ser necesarioAjuste la corriente con la resistencia(133)

PMF 150 70 70

Voltios DC Bobina deRealimentación de Corriente delMFA (72B)

Bornes7-8 (72B)

0 0.8 0.8

Después de registrar los valores, apague la Pala, abra los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V y proceda a conectar el conductor (A1P) delgado y grueso, retirando el puente.

663.- EMPUJE

Coloque el Interruptor de Empuje/Avance en la posición EMPUJE.

Estando la máquina parada abra los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V, desconecte el Cable de alimentación del Campo del Motor de Avance (CMF) en la bornera del Gabinete de Contactores/Electrónica. Aisle completamente los cables. Verifique que el freno de Empuje está aplicado

Reponga los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V, arranque la Pala y Tome las siguientes lecturas con el Controller de Empuje/Avance en las posiciones “Off”, “Full ON” Adelante (Forward) y “Full On” Atrás (Reverse). No supere los 10 segundos en cada prueba.

Descripción Puntode

Prueba

Valor P&HOff - Full F - Full R

Valor HalladoOff - Full F - Full R

Voltios DC de la Bobina deReferencia del MFA (72C)

Bornes1-2 (72C)

0 1.3 1.3

Voltios DC de la Bobina deReferencia del MFA (72D)

Bornes1-2 (72D)

0 1.3 1.3

Voltios DC de la Bobina deRealimentación de Corriente delMFA (72C).

Bornes3-4 (72C)

0 0.05 0.05

Voltios DC de la Bobina deRealimentación de Corriente delMFA (72C).

Bornes3-4 (72D)

0 0.05 0.05

Voltios DC del Generador deEmpuje/Avance

A2CP-A3CP

0 30 30

Voltios DC del Campo delGenerador de Empuje/Avance

CP22-C1C-

0 0 14.5

Voltios DC del Campo delGenerador de Empuje/Avance

CP22-C2D-

0 14.5 0

Amperios DC corto circuito delGenerador de Empuje/Avance.

A3CP 0 755 755

Amperaje del Campo del Generadorde Empuje/Avance

C1C- 0 0 80

Amperaje del Campo del Generadorde Empuje/Avance

C2C- 0 80 0

Después de registrar los valores, apague la Pala, abra los interruptores termomagnéticos de 440V y 115V y proceda a conectar el conductor (CMF).

EXAMEN FINAL

• BUENA SUERTE