rec monofasicos

RECTIFICADOR MONOFASICO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA CON CARGA RESISTIVA.


tv0


V(Vg1,k1) =V(Vg2,k2)

V(Vg3,k3) =V(Vg4,k4)


Obsérvese que la corriente promedio por la fuente alterna de entrada es igual a cero

R

V2

V2Voltaje de la fuente alterna de entrada


2

V2

TH1 y TH2 se apagan por que la corriente IAK se hace cero

TH3 y TH4 se apagan por que la corriente IAK se hace cero


2

V2

Obsérvese que el periodo de la corriente en la carga es la mitad del de la fuente alterna

2

TTr


La tensión media de salida es:

rT

tr

VdtwtVT

V

)sin(21

0

rT

tr

VwtdwtVwT

V

)sin(21

0

Multipliquemos por w y dividamos por w, entonces

Nótese que los limites de integración deben ser cambiados por ángulos, la variable muda es un ángulo y no tiempo

VwtdwtVwT

Vr

)sin(21

0


Adicionalmente:

Tfw

TTr

22

2

Vwtdwt

TTV

V )sin(2

220

VwtV

V )cos(

20

VwtdwtVwT

V )sin(22

0


Obsérvese que el mismo resultado puede obtenerse si:

Vdwt)wtsin(V2

1V0

VwtV

V )cos(

20

VV

V )cos()cos(2

0

V)cos(1V2

V0


La corriente media de salida es:

AR

V

R

VI )cos(1

200

El voltaje rms de salida es:

VVV

VdwtwtVV

R

R

4

)2sin(

22

12

)sin(21 2


La corriente rms de salida es:

AR

VI

AR

VI

R

RR

4

)2sin(

22

12

La potencia eficaz disipada en la carga es:


)2sin(22

22

R

VRIP RL

El factor de potencia es:

2

)2sin(1

4

)2sin(

22

12

2

PF

PF

V

RI

IV

RI

S

PPF R

R

RL

EJERCICIO:

El rectificador controlado de onda completa tipo puente (dos pulsos) tiene una tensión eficaz de 120 Voltios con 60 Hertz y como carga una resistencia de 20 ohmios. El ángulo de disparo es de 40 grados.

Determine:

a,.- La corriente media en la carga.

b.- La potencia absorbida por la carga

c.- La potencia suministrada por la fuente AC (en VA).

d.- El factor de potencia.


SOLUCION:

a.- Determine la corriente media en la carga.

VV 4.95)40cos(11202

0

La tensión media en la carga es.

La corriente media en la carga es.

AR

VI 77.4

20

4.9500


wRIP

AI

AI

AR

VI

R

R

R

R

67320)80.5(

80.54

)698.02sin(

2

698.0

2

1

20

1202

4

)2sin(

22

12

22

b.- Determine la potencia absorbida por la carga


c.- Determine la potencia suministrada por la fuente Alterna (en VA).

La corriente eficaz por el generador es también de 5.80 amperios, luego la potencia aparente suministrada por la fuente alterna es:

VAVIS R 69612080.5 d.- Determine el factor de potencia.

967.0696

673

S

PFP


Básicamente las configuraciones utilizadas en los diseños del rectificador monofásico de onda completa son:

a.- Rectificador monofásico de onda completa (dos pulsos) totalmente controlado con transformador de toma central y carga R-L con FEM.b.- Rectificador monofásico de onda completa (dos pulsos) totalmente controlado tipo puente y carga R-L con FEM.

Estas dos configuraciones se muestran en los dos gráficos siguientes

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL RECTIFICADOR MONOFASICO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA

RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA TOTALMENTE CONTROLADO CON TRANSFORMADOR DE TOMA CENTRAL Y

CARGA R-L CON FEM

1Sv

2Sv

RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA TOTALMENTE CONTROLADO TIPO PUENTE Y CARGA R-L CON FEM

Sv

RECTIFICADOR MONOFASICO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA CON CARGA R-L

MODELO EQUIVALENTE

Para el análisis unificado de estas dos configuraciones se construye un solo modelo equivalente, teniéndose presente las siguientes restricciones:a.- En el modelo equivalente solo conduce un SCR por semi-ciclo, de la misma forma que en la configuracion con transformador de toma central;en cambio en la configuración tipo puente siempre hay dos SCR’s en conducción simultanea. b.- El voltaje máximo que recibe la carga es:Modelo equivalente……………………Configuración tipo puente……………Transformador con toma central…….

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL RECTIFICADOR MONOFASICO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA

MODELO EQUIVALENTE

AN0 V2maxv S0 V2maxv 10 2max SVv


MODELO EQUIVALENTE

VwtsinV2tvAN

VwtsinV2tvBN

VwtsinV2tvBN

En el modelo equivalente se tiene que:

Transformador con toma central Vrmsv 1S

VrmsvS

Nótese que con esta nomenclatura:

Configuración tipo puente


MODO DE OPERACIÓN CON CORRIENTE DISCONTINUA



Esta claro que si hay conducción discontinua los dos ramales del rectificador actúan de manera independiente.

Por consiguiente en el primer semiciclo actúan la fuente VAN, Q1 y la carga R-L y en el segundo semiciclo operan la fuente VBN, Q2 y la carga R-L.

El análisis es entonces similar al efectuado para el rectificador monofásico de media onda, la diferencia es que en el segundo semiciclo también se tendrá voltaje y corriente de salida.



Dos pulsos por periodoT



radRwL

wLRZ

AewtZV

ti

radwtParawt

1

22

)tan(

tan

)(

)sin()sin(2

)(

:



Además la corriente se hace cero en;

adiscontinucorriente

adiscontinucorriente

siqueNotese

e

wt

:

0)sin()sin( )tan(

)(



21

2

)tan(

)tan(

)()sin()sin(1

)()sin()sin(1

wtdewtI

wtdewtI

wt

RN

wt

N

Debe observarse que en este caso el periodo de la señal de salida es la mitad que para el caso del rectificador de media onda (El ángulo correspondiente a un periodo es igual a π), luego:



EJERCICIO:

Para el rectificador monofásico de onda completa se tiene:

V=120 V

R=10 ohmios

L=20 mH.

Alfa=60 grados

Determine la corriente media de salida y la potencia absorbida por la carga.



rad

rad

Z

radR

wL

wLRZ

047.160

646.03710

02.0377tan

5.1202.037710

tan

)(

0

01

21

22

1

21

22



radwt

Para

ewtti

ewtZ

Vti

wt

wt

0

754.0

)tan(

60

:

2.21)646.0sin(6.13)(

)sin()sin(2

)(



rad

e

78.3216

0)sin()sin(0

)tan(

)(

La resolución numérica de la ecuación trascendental:

radwt

ewttiwt

00

754.0

21660

2.21)646.0sin(6.13)(

Finalmente



21

2

)tan(

)tan(

)()sin()sin(1

)()sin()sin(1

wtdewtI

wtdewtI

wt

RN

wt

N

La solución numérica de las integrales previas da como resultado:

wRIP

AI

AI

R

R

6971035.8

35.8

05.7

2

0


MODO DE OPERACIÓN CON CORRIENTE CONTINUA

Recordemos que el limite entre conducción con corriente continua y discontinua esta dado por la igualdad:

rad Si la corriente en es mayor que cero, entonces hay conducción continua.

wt


LIMITE ENTRE OPERACIÓN CON CORRIENTE CONTINUA Y DISCONTINUA

0sinsin

0)(

)tan(

e

wti

La expresión para la corriente es:

)tan()sin()sin(

2)(

wt

ewtZ

Vti

Aplicando la condición para que la corriente sea continua, tenemos:



)sin()sin()sin(

Por consiguiente la inecuación para conducción continua puede ser escrita como:

0)sin()sin( )tan(

e

01)sin( )tan(

e

R

wLtan

R

wLtan 11

Por definición de identidades:



En conclusión :

Conducción discontinua

Conducción continua

Limite entre Conducción continua y discontinua

RECTIFICADOR MONOFASICO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA CON CARGA R-L y FEM

ANALISIS DE LOS MODOS DE OPERACIÓN

Inicialmente mediante simulaciones con SPICE procederemos a realizar pruebas del rectificador con carga R-L y FEM (fijas) para tres diferentes valores del ángulo de disparo que definen las operaciones siguientes:

1.- Operación con corriente continua,

alfa = 43.22 grados

2.- Operación limite entre corriente continua y discontinua,

alfa =86.43 grados

3.- operación con corriente discontinua,

alfa = 60.50 grados.

CONDUCCION CONTINUA

VoltiosFEMVc

RwL

VVV

st

grados

m

203

tan

1002

102

22.43

1

3


ANALISIS DE LOS MODOS DE OPERACIÓNCONDUCCION CONTINUA

CONDUCCION DISCONTINUA

VoltiosFEMVc

RwL

VVV

st

grados

m

203

tan

1002

104

43.86

1

3


LIMITE ENTRE CONDUCCION

CONTINUA Y DISCONTINUA

VoltiosFEMVc

RwL

VVV

st

grados

m

203

tan

1002

108.2

50.60

1

3


ANALISIS DE LOS MODOS DE OPERACIÓNLIMITE ENTRE CONDUCCION CONTINUA Y DISCONTINUA

CIRCUITO EQUIVALENTE GENERAL



El rectificador monofásico de onda completa tipo puente (dos pulsos), representado por el circuito equivalente de la figura previa, presenta dos modos de operación bien definidos y que son:

1.- Operación con corriente continua.

2.- Operación con corriente discontinua.

Lógicamente hay una condición limite entre la operación con corriente continua y discontinua.



OBSERVACIONES:

A partir del análisis grafico efectuado previamente podemos concluir que:

“Para un conjunto definido de parámetros del circuito de carga (R, L, y Vc) se puede expresar que para valores altos de alfa (ángulo de disparo) la corriente de carga tiende a ser discontinua y formada por pulsos con una duración menor a 180 grados.”


OPERACIÓN CON CORRIENTE DISCONTINUA



Conduce Q1 Conduce Q2 rad2.0

FEM=Vc=20 V

OBSERVACIONES:

Cuando la corriente es discontinua se observa que:

a.- El SCR denominado Q1 inicia su conducción en el ángulo alfa y deja de conducir en el ángulo beta. Se supone que alfa es mayor que eta.

b.- El SCR denominado Q2 se dispara en el ángulo (pi+alfa), radianes; cuando ya Q1 dejo de conducir, puesto que la conducción de Q1 tiene una duración menor a pi radianes



grados

radV

VC

5.11

2.010020

sin2

sin 11

CONCLUSIONES:

Cuando la corriente es discontinua los dos ramales que contienen los tiristores (SCR’s) Q1 y Q2 actúan de forma totalmente independiente el uno del otro.

Podríamos expresar que se superponen dos rectificadores monofásicos de media onda de un solo pulso para formar un rectificador monofásico de onda completa de dos pulsos.



CONCLUSIONES:

El rectificador monofásico controlado de media onda con corriente de carga discontinua ya fue analizado completamente en capítulos previos.

Las relaciones formulares determinadas, así como las curvas correspondientes para diversos valores de φ son validas también para el rectificador monofásico de onda completa, con las siguientes consideraciones.



CONSIDERACIONES:

1.- Debido a que en este caso hay dos pulsos de corriente de carga por cada ciclo completo de la fuente sinusoidal (un periodo), entonces el valor normalizada de la corriente promedio de salida (IN) será dos veces la del circuito de media onda (El área bajo la curva en un periodo se duplica).



CONSIDERACIONES:

1.- Visto de otra manera el periodo de la señal de corriente es la mitad en relación al rectificador monofásico de media onda, por consiguiente:

)..(2)..()(2

1)..(

:)..(

)(22

1)..(

:)..(

OMRICORIdwtwtiV

ZCORI

CORcompletaondadeorrectificadelPara

dwtwtiV

ZOMRI

OMRondamediadeorrectificadelPara

NNN

N



CONSIDERACIONES:

2.- De igual manera, el valor normalizada de la corriente eficaz (rms) de salida (IR) será 1.4142 veces la del circuito de media onda

)..(2)..(

)(22

12)(

2

1)..(

:)..(

)(22

1)..(

:)..(

22

2

OMRICORI

dwtwtiV

Zdwtwti

V

ZCORI

CORcompletaondadeorrectificadelPara

dwtwtiV

ZOMRI

OMRondamediadeorrectificadelPara

RR

R

R



OBSERVACIONES:

En la unidad previa se analizo que el rectificador monofásico controlado de media onda puede operar con ángulos de conducción (gamma) mayores a pi radianes.

Luego si se dispara Q1 a un ángulo alfa, entonces cuando se dispare Q2 en el ángulo (pi+alfa) el tiristor Q1 estará todavía conduciendo.

Además obsérvese que cuando se da la orden de encendido a Q2 VAN<0 y VBN>0, por tanto Q2 inicia su conducción y apaga a Q1; decimos que la corriente de carga es transferida (conmutada) de Q1 hacia Q2.



OBSERVACIONES:

Obsérvese también que precisamente durante el tiempo de conmutación de la corriente desde Q1 hacia Q2 toda la corriente que estaba circulando por Q1 debe ser transferida hacia Q2; luego hay un intervalo pequeño de tiempo denominado el tiempo de conmutación durante el cual conducen simultáneamente tanto Q1 como Q2 y cortocircuitan las fuentes VAN y VBN (el secundario del transformador de alimentación en el circuito rectificador real).

El tiempo de conmutación es normalmente del orden de unos cuantos microsegundos y el nivel de corriente es justamente la corriente de carga existente en el momento de la conmutación.





OPERACIÓN CON CORRIENTE CONTINUA

CONCLUSIONES:

Bajo las condiciones establecidas se concluye que la corriente es continua, puesto que nunca toma valores de cero amperios.

Las relaciones y curvas validas para el rectificador monofásico de media onda que fueron deducidas en el capitulo previo, no son aplicables para el rectificador monofásico de onda completa bajo condiciones de operación con corriente continua.



CALCULOS MEDIANTE SERIES DE FOURIER.

Las deducciones y formulaciones realizadas previamente para el caso del rectificador monofásico controlado de onda completa con carga R-L son totalmente aplicables para la carga R-L con FEM.

La única relación que debe ser modificada es la del calculo de la corriente de salida promedio, que en este caso debe tener en cuenta el efecto de la FEM (Vc).

AR

VVI c 0

0



)tan(

()(

2)(

e)-sin(-cosm

B

Be)cos

m-)-(wts

wt:Para

)tan(

wt-

intiV

Zti NN

OBTENCION DE LAS CURVAS DE OPERACIÓN.

Para el rectificador monofásico controlado de media onda con carga R-L y FEM (Vc) se dedujo la expresión para la corriente normalizada:



OBTENCION DE LAS CURVAS DE LAS ZONAS DE CONDUCCION.

Podríamos obtener un grafico de la relación de voltajes m versus el ángulo de disparo α (alfa) para diversos valores de φ (φ como parámetro).

Así por ejemplo, para φ=π/6 y m=0 el programa ira incrementando alfa a partir de cero grados. Para cada valor de alfa se calcula el valor de gamma; si gamma es menor que π se sigue incrementando alfa.

El valor de alfa que hace que gamma sea igual a π es un punto que se guarda para la graficación y representa el valor máximo de alfa que hace que la corriente comience a ser discontinua. Valores de alfa mayores implica que la corriente es discontinua.

Este procedimiento deberá ser repetido para todos los valores posibles de m (-1<m<1).


Zona de conducción continua

Zona de conducción discontinua

Para m=0 la conducción es

continua entre alfa


Análisis de las curvas para las zonas de conducción:

Nótese que para m=0 y fi=pi/3 las curvas nos dicen que alfa=pi/3 es el limite entre la zona de conducción continua (área café) y la zona de conducción discontinua (área celeste).

A continuación comprobaremos mediante simulaciones con SPICE que efectivamente alfa=pi/3 es el limite planteado.

RECTIFICADOR MONOFASICO CONTROLADO DE ONDA COMPLETA CON CARGA R-L y FEM=0

Circuito de pruebas

335.41020602

tan

2tantan

31

11

RLf

RwL

grados

mst

60

78.2




continua entre alfa



Nótese que para m=-0.6 y fi=pi/3 las curvas nos dicen que alfa=23.4 grados es el limite entre la zona de conducción continua (área café) y la zona de conducción discontinua (área celeste).

A continuación comprobaremos mediante simulaciones con SPICE que efectivamente alfa=117.7 grados es el limite planteado.


Circuito de pruebas

335.41020602

tan

2tantan

31

11

RLf

RwL

grados

mst

4.23

08.1




continua entre alfa



Nótese que para m=0.4 y fi=pi/3 las curvas nos dicen que alfa=23.4 grados es el limite entre la zona de conducción continua (área café) y la zona de conducción discontinua (área celeste).

A continuación comprobaremos mediante simulaciones con SPICE que efectivamente alfa=23.4 grados es el limite planteado.


Circuito de pruebas

grados

mst

4.23

08.1

335.41020602

tan

2tantan

31

11

RLf

RwL


B

A

Corrientediscontinua

Corriente continua

grados4.23


Análisis de las curvas para el área B

Obsérvese del grafico previo que para m=0.4 y valores de alfa menores que 23.4 grados (por ejemplo 10 grados) grados no puede iniciarse la conducción de Q1 en alfa 10 grados, puesto que el voltaje de alimentación es menor que la FEM (Vc), por consiguiente el primer disparo se ejecutara en exactamente el ángulo eta (eta=23.4 grados).

La corriente de Q1 será mayor que cero hasta justamente el ángulo de 23.4+180= 203.4 grados, mientras el pulso de disparo para Q2 se dará en 10+180=190 grados. Es claro Q2 conmute a Q1 puesto en 190 grados VB es mayor que VA. En definitiva alfa efectivamente será de 10 grados en los próximos ciclos y se tendrá conducción continua.


Análisis de las curvas para el área B

En general cualquier punto (alfa, m) dentro de la zona marcada como B representa una condición de operación con corriente continua en donde el tiristor se enciende en:

mV

Vwt C 11 sin

2sin

Excepto en el primer disparo de Q1 que se ejecuta en:

mV

VC 11 sin2

sin


B

A


Corriente continua

grados4.23


Análisis de las curvas para el área A

Un punto (alfa,m) en el área marcada A representa una condición de operación con corriente discontinua puesto que para cualquier punto (alfa,m) en esa área, por ejemplo (12.24, 0.5 ) el primer disparo solamente puede ejecutarse en eta (30.6 grados) y como se observa del diagrama de las zonas de conducción; gamma necesariamente es menor que 180 grados (área a la derecha de la curva para fi=60 grados).

Por tanto cuando se produce el disparo para Q2 (12.24+180=202.24 grados) el tiristor Q1 esta apagado, por consiguiente Q2 se encenderá en el ángulo 180+30.6=210.6 grados y la corriente claramente es discontinua tal como puede observarse en las pruebas siguientes.

335.41020602

tan

2tantan

31

11

RLf

RwL


Circuito de pruebas

grados

mst

24.12

56.0

ANALISIS DEL DIAGRAMA DE OPERACION

Vm=100 V

Vc= 20 V

m=0.2

Fi= 75 grados

Eta=11.53

Alfa=6.48 grados

Ancho pulso=0.05 ms

de disparo

Alfa=6.48 grados

Eta=11.53grados

Estamos ubicados en el área A

Un punto (α, m) en el área marcada con “A”, representa una condición de operación con corriente discontinua en la cual el tiristor se enciende a wt=η=asin(m).

Lógicamente para alfas menores que eta, Q1 soporta un voltaje inverso, dado que Vc>VAN y no podrá entrar en conducción. Se supone entonces que el pulso de compuerta se extiende hasta π, luego el tiristor Q1 se disparara cuando wt=η, que es cuando VAN>Vc.

Si alfa es menor que eta y el pulso de disparo es muy fino (0.05 ms), entonces Q1 no se dispara y tampoco Q2; luego el voltaje de salida será igual a Vc y la corriente igual a cero amperios.

ANALISIS DEL DIAGRAMA DE LAS ZONAS OPERACION

ANALISIS DEL DIAGRAMA DE OPERACION

Eta=11.53grados

Alfa=6.48 grados

En alfa 6.48 grados hay el pulso de disparo pero no las condiciones de conducción (VA< Vc)

En eta 11.53 grados hay las condiciones de conducción (VA>Vc) pero no hay el pulso de disparo (ancho del pulso=50 us)

Vamos a incrementar el ancho de los pulsos de disparo a 5.5 ms.

Como puede observarse ahora si entra a conducir el SCR Q1, justamente en el ángulo eta y no en el ángulo alfa.

Cuando se aplica el disparo para Q2 este conmuta a Q1 y los disparos sucesivos se dan en alfa=6.48 grados.

La conducción es con corriente continua (área marcada con A)


Q1 se dispara en alfa=6.48 grados

Q1 conduce en eta=11.53 grados

Q1 y Q2 conmutan en wt=180 + alfaQue es donde se produce el disparo

IA

IB


B

A


Corriente continua

grados4.23


Obsérvese que el celeste y café esta encerrada por la curva m=sin(alfa) y m=-1 y la denominaremos como área C

Un punto (α, m) en el área marcada con “C”, representa una condición en la cual el tiristor se encenderá en un ángulo wt=alfa, sin importar si la corriente es continua o discontinua, puesto que siempre se cumple que:

CVwtV sin2

Área de operación estable

Alfa =180 grados


A la izquierda del limite formado por la línea de alfa=180 grados el convertidor opera de forma estable, siempre que: -1<m<0, sin importar si la corriente es continua o discontinua.

Área de operación estable

A la derecha del limite impuesto por la línea alfa=180 grados el convertidor podrá trabajar de manera estable únicamente en el modo de operación con corriente discontinua.

La razón para que no haya estabilidad para operación con corriente continua a la derecha del limite impuesto por la línea alfa=180 grados se demuestra a continuación.



ANALISIS DE LOS MODOS DE OPERACION

La razón para que no haya estabilidad para operación continua a la derecha de alfa=180 grados se puede demostrar de la siguiente manera.

Si el tiristor Q1 se enciende en alfa<180 grados, luego VAN>0 y VBN<0 , de tal manera que en la malla formada por los dos tiristores se tiene:


0

2

1

12

18000

0

:,1

0

ANBNAK

AK

AKAKBNAN

vvv

Vv

entoncesdisparaseQSi

Vvvvv

Si Q1 se enciende se aplica un voltaje inverso sobre Q2 (este se apaga)


Como se pudo observar en el análisis precedente Q1 pudo entrar en conducción y apagar (conmutar) Q2 debido a que para alfa<180 grados VBN<0, esto es, Q2 recibe un voltaje inverso en su ánodo.

En cambio si Q1 es encendido en alfa>180 grados VAK2>0; esto implica que Q2 sigue polarizado de manera directa y no conmutara (corriente por Q2 disminuya a cero).


CONCLUSION:

Para el rectificador monofásico de onda completa con cualquier valor de Ф (Ф=atan(wL/R)), un punto de operación (α,m), para el cual alfa>180 grados y que se ubique debajo de la curva para ese valor de Ф, no es permisible, puesto que no habrá conmutación entre tiristores; en otras palabras si Q2 es encendido, este no se apagara.

Para validar los diferentes métodos de calculo y análisis de las zonas de conducción realicemos las pruebas con los siguientes datos:

HL

R

VV

VVV

C

m

10

1

20

1002

Vamos a encontrar el valor de alfa que se constituye en el limite entre conducción continua y discontinua mediante:

Grafico de MATLAB-PSPICE-Datos de MATLAB

Obsérvese que alfa=56.9 grados es el limite entre conducción continua y discontinua

SPICE ubica el limite entre conducción continua y discontinua en alfa=60.5 grados y beta en 237.5 grados

alfa

beta

El calculo numérico con MATLAB, ubica el limite entre conducción continua y discontinua en alfa=60.5 grados y beta en 236.2 grados

Obsérvese la similitud con los resultados obtenidos con SPICE.


MODOS DE OPERACIÓN RECTIFICADOR

10 m

El primer cuadrante del grafico de las zonas de operación (continua y discontinua) representa claramente lo que en adelante denominaremos modo de operación rectificador, debido a que la fuente Vc esta absorbiendo energía (la corriente ingresa por el borne positivo).

Si Vc fuese una batería claramente estuviere recibiendo energía y cargándose (almacenando energía).

Si Vc fuese la fem de un motor DC de excitación separada, entonces se tendría acción motora (el motor recibe energía eléctrica y la transforma en energía mecánica).


MODO DE OPERACIÓN RECTIFICADOR (0<m<1)

01 m


MODOS DE OPERACIÓN INVERSOR

En el cuarto cuadrante la fuente Vc esta suministrando energía (la corriente ingresa por el borne negativo) y hay dos posible condiciones de operación que son:

1. -Que el circuito de carga (R, L y Vc) como un todo este suministrando energía a la fuente de entrada sinusoidal, en otras palabras el sistema de rectificación este regenerando y funcionando como un inversor desde DC a AC de frecuencia fija.


MODO DE OPERACIÓN INVERSOR (-1<m<0)

En la practica este modo de operación es aprovechado en el control del motor DC, puesto que en este caso;

R = resistencia de armadura.

L = inductancia de armadura.

Vc= fuerza contraelectromotriz (valor directamente proporcional a la velocidad del motor).

Si la carga entrega energía a la fuente AC, esto implica que Vc debe disminuir y por consiguiente la velocidad. Este es el denominado esquema de frenado regenerativo (modo de operación inversor).


MODOS DE OPERACIÓN INVERSOR

2.- Que el circuito de carga como un todo este absorbiendo energía; en otras palabras ambas fuentes (v y Vc) estén suministrando energía a la resistencia del circuito de carga.

Esta es una condición intermedia entre los modos de operación rectificador e inversor.


MODOS DE OPERACIÓN (RECTIFICADOR E INVERSOR)

Bajo condiciones de operación con corriente continua no es difícil decidir lo que sucede en el cuarto cuadrante.

Si el ángulo alfa se incrementa a valores mayores que 90 grados, entonces el voltaje de salida promedio es negativo (el circuito de carga como un todo esta suministrando energía a la fuente AC).

Esto es, para condiciones de operación con corriente continua (cuarto cuadrante, -1<m<0) y alfa>90 grados el sistema actúa como un inversor (modo inversor).



Bajo condiciones de operación con corriente continua no es difícil decidir lo que sucede en el cuarto cuadrante.

Si el ángulo alfa se incrementa a valores comprendidos entre 0<alfa<90, entonces el voltaje de salida promedio es positivo (la resistencia del circuito de carga absorbe energía de ambas fuentes, AC y DC).

Esto es, para condiciones de operación con corriente continua (cuarto cuadrante, 0<m<-1 ) y 0<alfa<90 el sistema actúa en un modo de operación intermedio entre modo inversor y modo rectificador.



El modo de operación intermedio entre modo inversor y modo rectificador cuando se tiene como carga la armadura de un motor de corriente continua implica que debe tener una transición rápida para aplicaciones de frenado regenerativo; esto es, el control electrónico debe pasar rápidamente de operación intermedia a operación inversora neta (se permita la regeneración de energía del lado DC al Lado AC); que la armadura del motor como un todo este enviando energía a la fuente de alimentación alterna de entrada.



Bajo condiciones de operación en el cuarto cuadrante (-1<m<0) y con corriente discontinua, tal como se muestra en la figura siguiente.

En esta figura se puede apreciar que hay tres intervalos bien diferenciados:



AitiVVtv

AitiVVtv

AtiVVtv

BBN

AAN

C

0)(

0)(

0)(

00

00

00

El criterio que determina cuando el sistema esta invirtiendo (modo inversor) es determinado por la potencia de salida promedio del convertidor, esto es:



WwtdivP 000

1

Si Po<0, esto implica que el sistema esta invirtiendo.

Si P>0, esto implica que el sistema esta en la condición intermedia de operación.


ANALISIS DE LA OPERACIÓN CON CORRIENTE CONTINUA

Desde el punto de vista del diseño de la sección de potencia y de los criterios de selección de sus componentes el modo de operación con corriente continua es el de mayor importancia y por consiguiente en el tratamiento siguiente se realizara un análisis detallado de este modo de operación.

Inclusive en el diseño de sistemas realimentados es de particular importancia que el sistema de actuación (rectificador controlado) tenga una sola función de transferencia (únicamente operación con corriente continua) y en lo posible sea esta función lineal.



Para operación con corriente continua tanto los voltajes y corrientes de salida tanto promedios como rms se pueden determinar aplicando la serie de Fourier para el voltaje de salida.

)()cos(2

)()sin(2

)cos(22

)()sin(21

)cos()(

0

0

22

0

10

wtdnwtvb

wtdnwtva

bac

VwtdwtVV

nwtcVtv

n

n

nnn

nnn

enteromn

n

n

n

nVb

n

n

n

nVa

n

n

.........6,4,2

1

)1sin(

1

)1sin(22

1

)1cos(

1

)1cos(22



La inspección de la señal de salida (vo) del rectificador muestra claramente que la frecuencia de la fundamental es el doble que la de la fuente de entrada alterna sinusoidal.

Esto significa que todas las armónicas del voltaje de salida deben ser del orden n=2*ni (donde ni es entero positivo). Esto implica que no existen términos armónicos impares.



0

21

2

221

2

0

2

21

2

)(cos81

)sin(21

V

VK

VVVV

VVwtVV

RIV

RRI

R



RnwL

nwLR

cd

RV

I

AnwtdIti

n

nn

nnnn

1

21

22

00

10

tan

)cos()(

Se puede obtener la serie de Fourier que describe la corriente de carga a partir de la serie de Fourier que describe el voltaje de salida:



0

..6,4,2

2

2

0

22

0

21

2

2

21

I

IK

Ad

II

AIII

AII

Ad

I

RII

n

nR

RIR

nRRI

nnR



AIIQ 2

0

La corriente promedio por cada SCR es por supuesto:

La corriente rms por cada SCR es :

AII RQR 2

El tiempo que se dispone para apagar el tiristor (SCR) es:

sw

tq



El tiempo disponible para el apagado del SCR deberá exceder el tiempo de apagado (toff) proporcionado en los datos del fabricante de SCR.

El voltaje repetitivo inverso máximo que soporta cada SCR es dependiente de la configuración utilizada, así:

Tipo puente:

Transformador con derivación central:

VVVAK 2max

VVVAK 22max


V

si



Cuando se diseña un rectificador (Convertidor DC-DC) es importante la determinación de la configuración y parámetros del transformador que deberá ser empleado.

Rectificador tipo puente:

AII R2

La corriente en el devanado secundario del transformador (I2) es igual que la rms en la carga (IR)

La potencia aparente del devanado secundario del transformador es:

VAIVS R2



Si denominamos con n a la relación de vueltas del transformador, entonces:

VASIVn

InVS

N

Nn

RR

21

2

1

Lógicamente se esta asumiendo que no existen perdidas en el transformador (ideal, implica que la potencia aparente del primario (S1) es igual a la potencia aparente del secundario (S2))

RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA TOTALMENTE CONTROLADO CON TRANSFORMADOR DE TOMA CENTRAL Y

CARGA R-L CON FEM

V

V

N1 vueltas

N2 vueltas

N2 vueltas



Rectificador con transformador con derivación central:

AIII RQR 22

La corriente en el devanado secundario del transformador (I2) es:


VAIVVII

VVIS RRRR

QR 222

222



Si denominamos con n a la relación de vueltas entre el devanado primario y la mitad del devanado secundario del transformador, entonces:

VASIVn

InVS

An

I

n

II

N

Nn

RR

R

21

21

2

1 2

Lógicamente se esta asumiendo que no existen perdidas en el transformador (ideal)



EJERCICIO:

El rectificador monofásico controlado de onda completa es alimentado desde 120 Voltios/60 Hertz y la carga tiene R =10 ohmios y L =100 mH. El ángulo de disparo es de 60 grados:

a.- Encuentre el voltaje de salida DC en la carga.

b.- Determine el valor rms de la corriente.

c.- Determine la potencia absorbida por la carga.




Primeramente debemos verificar si la corriente es continua;

continuacorriente

RwL

0

011

60

7510

1.0377tantan



VV

VwtdwtVV

0.54)60cos(12022

)cos(22

)()sin(21

0

0

Con V =120 Voltios y alfa = 60 grados calcularemos los términos an, bn, Vn, Zn e In con las formulas deducidas previamente.

El la siguiente tabla se muestran los resultados de los cálculos efectuados.




n an bn VnR Zn InR

0 ……… ……… 54.00 10.00 5.40

2 -90.00 -93.50 129.80 76.00 1.71

4 46.80 -18.70 50.40 151.10 0.33

6 -3.19 32.00 32.20 226.40 0.14

2 2



AI

I

R

R

54.5

.....2

14.0

2

33.0

2

71.140.5

222

2


wRIP R 3071054.5 22

Obsérvese que un resultado similar se obtiene si tan solo tomamos en cuenta el termino de continua y el primer armónico (n=2)



EJERCICIO:

Para el rectificador monofásico controlado tipo puente mostrado en la figura que opera con un ángulo de disparo de 75 grados, calcule:

a.- La corriente de salida promedio.

b.- La corriente de salida rms.

c.- La corriente promedio y rms de cada tiristor.

d.- El factor de potencia de la fuente AC.



HL

R

Vn

VV

N

Nn

3

1

2

1

1020

35.4

2302

460

2

De los datos dados en el diagrama se tiene:



A

Z

V

esbasecorrienteLa

adiscontinuconduccion

fwR

Lf

R

wL

7.3754.735.4

23022

:

6035.4

54.7tan

35.4

1020602tan

22

tantan

21

22

013

1

11



De las curvas obtenidas para los rectificadores monofásicos controlados de media onda con carga R-L, se tiene:

42.06075

25.0607500

00

R

N

I

I

Dado que este es un rectificador de dos pulsos, la corriente promedio debe ser multiplicada por un factor de dos y la rms por el factor 1.4142 (raíz de dos).

AI

AI

R 4.227.3742.02

9.187.3725.020



La corriente promedio por cada uno de los cuatro tiristores es:

AIIQ 45.9

2

9.18

20

La corriente rms por cada uno de los cuatro tiristores es:

AII RQR 8.15

2

4.22

2

La potencia activa suministrad a la carga R-L es:

wRIP RL 218035.44.22 22

La potencia aparente suministrad por el secundario del transformador es:

VAIVS R 51204.222302

El factor de potencia es por tanto:

423.05120

2180FP

Obsérvese que este es un factor de potencia deficiente, y que en una fabrica influiría negativamente.





Para operación con corriente continua tanto los voltajes y corrientes de salida tanto promedios como rms se pueden determinar aplicando la serie de Fourier para el voltaje de salida.

)()cos(2

)()sin(2

)cos(22

)()sin(21

)cos()(

0

0

22

0

10

wtdnwtvb

wtdnwtva

bac

VwtdwtVV

nwtcVtv

n

n

nnn

nnn

enteromn

n

n

n

nVb

n

n

n

nVa

n

n

.........6,4,2

1

)1sin(

1

)1sin(22

1

)1cos(

1

)1cos(22



La inspección de la señal de salida (vo) del rectificador muestra claramente que la frecuencia de la fundamental es el doble que la de la fuente de entrada alterna sinusoidal.

Esto significa que todas las armónicas del voltaje de salida deben ser del orden n=2*ni (donde ni es entero positivo). Esto implica que no existen términos armónicos impares.



0

21

2

221

2

0

2

21

2

)(cos81

)sin(21

V

VK

VVVV

VVwtVV

RIV

RRI

R



RnwL

nwLR

cd

RV

I

AnwtdIti

n

nn

nnnn

1

21

22

00

10

tan

)cos()(

Se puede obtener la serie de Fourier que describe la corriente de carga a partir de la serie de Fourier que describe el voltaje de salida:



0

..6,4,2

2

2

0

22

0

21

2

2

21

I

IK

Ad

II

AIII

AII

Ad

I

RII

n

nR

RIR

nRRI

nnR



AIIQ 2

0

La corriente promedio por cada SCR es por supuesto:

La corriente rms por cada SCR es :

AII RQR 2

El tiempo que se dispone para apagar el tiristor (SCR) es:

sw

tq



El tiempo disponible para el apagado del SCR deberá exceder el tiempo de apagado (toff) proporcionado en los datos del fabricante de SCR.

El voltaje repetitivo inverso máximo que soporta cada SCR es dependiente de la configuración utilizada, así:

Tipo puente:

Transformador con derivación central:

VVVAK 2max

VVVAK 22max


Sv



Cuando se diseña un rectificador (Convertidor DC-DC) es importante la determinación de la configuración y parámetros del transformador que deberá ser empleado.

Rectificador tipo puente:

AII R2

La corriente en el devanado secundario del transformador (I2) es igual que la rms en la carga (IR)


VAIVS R2



Si denominamos con n a la relación de vueltas del transformador, entonces:

VASIVn

InVS

N

Nn

RR

21

2

1




Rectificador con transformador con derivación central:

AIII RQR 22

La corriente en el devanado secundario del transformador (I2) es:


VAIVVIS RRQR 222



Si denominamos con n a la relación de vueltas entre el devanado primario y la mitad del devanado secundario del transformador, entonces:

VASIVn

InVS

An

I

n

II

N

Nn

RR

R

21

21

2

1 2




EJERCICIO:

El rectificador monofásico controlado de onda completa es alimentado desde 120 Voltios/60 Hertz y la carga tiene R =10 ohmios y L =100 mH. El ángulo de disparo es de 60 grados:







Primeramente debemos verificar si la corriente es continua;

continuacorriente

RwL

0

011

60

7510

1.0377tantan



VV

VwtdwtVV

54)60cos(12022

)cos(22

)()sin(21

0

0

Con V =120 Voltios y alfa = 60 grados calcularemos los términos an, bn, Vn, Zn e In con las formulas deducidas previamente.

El la siguiente tabla se muestran los resultados de los cálculos efectuados.




n an bn VnR Zn InR

0 ……… ……… 54.00 10.00 5.40

2 -90.00 -93.50 129.80 76.00 1.71

4 46.80 -18.70 50.40 151.10 0.33

6 -3.19 32.00 32.20 226.40 0.14

2 2



AI

I

R

R

54.5

.....2

14.0

2

33.0

2

71.140.5

222

2


wRIP R 3071054.5 22

Obsérvese que un resultado similar se obtiene si tan solo tomamos en cuenta el termino de continua y el primer armónico (n=2)

Nótese que el valor promedio del voltaje de salida calculado con las relaciones formulares fue de 54.0 V similar al obtenido mediante la simulación con PSPICE (54.69 V)

Nótese que el valor RMS de la corriente de salida calculado con las relaciones formulares fue de 5.54 A similar al obtenido mediante la simulación con PSPICE (5.23 A)



EJERCICIO:

Para el rectificador monofásico controlado tipo puente mostrado en la figura que opera con un ángulo de disparo de 75 grados, calcule:



c.- La corriente promedio y rms de cada tiristor.




HL

R

Vn

VV

N

Nn

3

1

2

1

1020

35.4

2302

460

2

De los datos dados en el diagrama se tiene:



A

Z

V

esbasecorrienteLa

adiscontinuconduccion

fwR

Lf

R

wL

7.3754.735.4

23022

:

6035.4

54.7tan

35.4

1020602tan

22

tantan

21

22

013

1

11



De las curvas obtenidas para los rectificadores monofásicos controlados de media onda con carga R-L, se tiene:

42.06075

25.0607500

00

R

N

I

I

Dado que este es un rectificador de dos pulsos, la corriente promedio debe ser multiplicada por un factor de dos y la rms por el factor 1.4142 (raíz de dos).

AI

AI

R 4.227.3742.02

9.187.3725.020



La corriente promedio por cada uno de los cuatro tiristores es:

AIIQ 45.9

2

9.18

20

La corriente rms por cada uno de los cuatro tiristores es:

AII RQR 8.15

2

4.22

2

La potencia activa suministrad a la carga R-L es:

wRIP RL 218035.44.22 22

La potencia aparente suministrad por el secundario del transformador es:

VAIVS R 51204.222302

El factor de potencia es por tanto:

423.05120

2180FP

Obsérvese que este es un factor de potencia deficiente, y que en una fabrica influiría negativamente.



EJERCICIO:

Para el rectificador y circuito de carga mostrado en la figura:

L=40 mH, R=4 ohmios, V=230 Voltios, Vc=80 Voltios y alfa=30 grados.

Calcule lo siguiente:



c.- La potencia suministrada a la fuente Vc.

d.- El factor de potencia en la fuente AC.

25.02302

80

2

754

1.15

4

1040602tantan

311

V

Vm

grados

R

wL

C

Del grafico para el análisis de las zonas de conducción se observa que para:

0307525.0 m

La corriente es continua.

Para corriente continua se tiene que:

VV

V 179)30cos(23022

)cos(22

0

Luego:

AR

VVI C 8.24

4

8017900

Para el calculo de la corriente de salida rms recurriremos a la formula:

AdIIII

n

nnRR

..6,4,2

2

2

0

22

0 2

21

2

.........6,4,2

1

)1sin(

1

)1sin(22

1

)1cos(

1

)1cos(22

21

22

22

nnR

nn

n

n

nnn

dI

nwLR

cd

enteromn

n

n

n

nVb

n

n

n

nVa

bac

Donde:

AI

d

bac

b

a

R

nn

0.22

83.2

83.21.1524

0.91

0.91

12

30)12(cos

12

30)12(cos23022

12

30)12(sin

12

30)12(sin23022

2

21

2222

22

2

2

2

Obsérvese que el valor rms de la segunda armónica (2.0) es relativamente pequeña en relación con la magnitud de la componente continua (24.8), las armónicas mayores pueden despreciarse sin que esto implique la perdida apreciable de exactitud en los cálculos, así: AIR 9.240.28.24 2

122

La potencia suministrada a la fuente DC es:

wVIP CC 1990809.240 La potencia suministrada a la resistencia del circuito de carga es:

wIRP RR 24809.244 22

78.05700

24801990

57008.24230

S

PPFP

VAIVS

RC

R

La potencia de entrada aparente y factor de potencia son:

EJERCICIO:

Para el rectificador mostrado en la figura.

Calcule lo siguiente:



c.- La potencia promedio que suministra la fuente DC.


SOLUCION:

V

VVc

HL

R

VV

30

80

1040

4

230

3

De los resultados obtenidos en el ejemplo previo se tiene que:

00

20

0

307525.0:

0.2179

25.075

mpara

AIVV

m

R

Del grafico de las zonas de conducción se observa que la corriente es continua.

AR

VVI C 8.64

4

)80(17900

Si despreciamos las armónicas de orden mayor que 2, como en el ejemplo previo, entonces:

AIIR 8.640

La potencia que suministra la fuente DC es:

wVIP CC 5180808.640 La potencia suministrada a la resistencia del circuito de carga es:

wIRP RR 168008.644

La potencia activa de la fuente AC es:

wPPP CRAC 11600520016800

La potencia aparente es:

wIVS R 149008.64230

El factor de potencia es:

778.09.14

6.11

S

PFP

EJERCICIO:

La tensión continua del circuito de la figura representa realmente la tensión generada por un conjunto de células solares, y tiene un valor de 110 voltios; conectada de manera que Vc=-110 Voltios. Las células solares son capaces de producir 1000 vatios (Watts).

El generador de alterna presenta una tensión eficaz de 120 Voltios con R=5 ohmios y L se ha elegido lo suficientemente grande como para que la corriente de carga sea esencialmente continua.

Determine: el ángulo de disparo alfa para que el conjunto de células solares entregue 1000 vatios, la potencia absorbida por la fuente alterna y las perdidas en la resistencia.

Para que el conjunto de celdas solares entregue 1000 vatios, la corriente media debe ser:

wV

PI

C

C 09.9110

10000

Luego la tensión media de salida del rectificador es:

VV

VVRIV C

5.105)110(5.009.90

00

El calculo del ángulo de disparo puede realizarse mediante la formula para el voltaje de salida promedio en función de alfa.

gradosV

V5.165

12022

)5.105(cos

22cos 101

La potencia transferida desde la carga hasta la fuente AC a través del rectificador controlado es:

wVIPAC 959)5.105)(09.9(00

La potencia absorbida por la resistencia es:

wRIRIP RR 415.0)09.9( 22

0

2

Obsérvese que la corriente y potencia de carga dependerán del ángulo de disparo y las caídas de tensión en los SCR’s, debido a que la tensión de salida del rectificador es similar en magnitud que la de la fuente de alimentación sinusoidal.

ANALISIS DEL CIRCUITO DE DISPARO PARA UN RECTIFICADOR MONOFASICO CONTROLADO TIPO PUENTE

DE ONDA COMPLETA

A continuación se presenta un análisis completo del circuito de disparo de un rectificador monofásico controlado de onda completa.

Los rangos distintivos del diseño son:

a.- El diseño esta basado en tecnología tanto analógica como digital

b.- El circuito de sincronismo esta basado en la detección de los cruces por cero de la fuente AC sinusoidal de entrada. Este circuito posee aislamiento magnético (transformador de control) entre el circuito de fuerza y control.

c.- El amplificador de los pulsos de disparo posee aislamiento óptico (opto-aisladores)

RECTIFICADOR MONOFASICO SEMI-CONTROLADO DE ONDA COMPLETA CON CARGA R-L

En el rectificador totalmente controlado de onda completa con carga R-L y FEM se puede reemplazar dos tiristores por dos diodos (configuraciones semi-controladas), de tal forma que en el semi-ciclo positivo conduzcan un tiristor y un diodo y de manera similar en el semi-ciclo negativo.

Dependiendo de los tiristores que sean reemplazados se obtienen básicamente tres configuraciones que se destacan en los gráficos siguientes.

Cabe resaltar que con las configuraciones semi-controladas solamente se puede operar en el modo rectificador (no es posible el modo de operación inversor).


Tiristores conectados en la salida positiva del rectificador


Tiristores conectados en la salida negativa del rectificador


Tiristores conectados el ramal lateral del rectificador

Nótese que D2 y D3 funcionan como diodos de paso libre para la

carga R-L y FEM

Sistema de control de velocidad o torque para motores de corriente continua de hasta 32 Amperios de corriente de armadura y voltajes de alimentación de: 110,120, 220, 240, 380 y 415 Voltios.El control de velocidad puede efectuarse con tacómetro o por realimentación del voltaje de armadura (método de compensación IxR)

Transformador de corriente con sensor de

efecto Hall para Ia

Transformador de impulsos con núcleo de ferrita para los disparos

de los tiristores

Rectificador de onda completa tipo puente

para el campo del motor

Varistores de Oxido Metálico (MOV’s) para la entrada alterna del

campo y la alimentacion

Resistencias, condensadores, diodos,

y transistores con tecnología de montaje

superficial (SMD=Surface Mount

Technology) y dispositivos de montaje

superficial (Surface Mount Device)

Módulos de potencia (diodo-diodo) y tiristor-tiristor montados sobre el disipador de aluminio

(utilizando un compuesto de Silicon

entre las dos superficies para

optimizar la transferencia de calor)

Disipador de calor construido con aluminio y aletas para aumentar

la superficie de transferencia de calor

Pequeña tarjeta electrónica que

contiene el sensor de efecto Hall y circuitería

de interface

Módulo de potencia (diodo-diodo) marca

IXYS

Módulo de potencia (tiristor-tiristor ) marca

IXYS

Postes de plástico para sostener la tarjeta

electrónica de control

Módulos de potencia (diodo-diodo) y tiristor-

tiristor ) montados sobre el disipador de aluminio y fijados con

tornillos

Control de velocidad de motor DC de excitación separadaIndustria Argentina

Control de velocidad de motor DC de excitación separadaIndustria Argentina

Se desea relievar la construcción de la sección de potencia con elementos discretos (diodos y tiristores)

Un diodo de cátodo al embase y un

tiristor de ánodo al embase

Un diodo de cátodo al embase

Un diodo de cátodo al embase y un

tiristor de ánodo al embase

Los tres ánodos de los diodos están

unidos por cables (A-)

Los dos cátodos de los tiristores y el cátodo del diodo de paso libre están unidos por cables

(A+)

L1 se conecta al

disipador que une el cátodo del diodo con el ánodo del

tiristor (metálicos)

L2 se conecta al

disipador que une el cátodo del diodo con el ánodo del

tiristor (metálicos)

Fusibles de armadura y de

campo

Tarjeta electrónica de control

Maquina extrusora de pruebas

Motor de corriente continua (DC) para la rotación del tornillo sinfín de la extrusora

Taco generador

Motor de inducción trifásico jaula de

ardilla para la ventilación forzada

del motor DC

Filtro de aire

Tapa para acceso a los porta carbones

del motor DC

Datos de la placa del motor de corriente continua (DC)

WEGVoltaje de armadura = 170 VoltiosCorriente de armadura=21.7 AmperiosVoltaje de campo =190 VoltiosCorriente de campo =1.4 AmperiosVelocidad =1800 RPMPotencia =3.0 KW

SISTEMA DE CONTROL DE TORQUE Y VELOCIDAD DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA PARA OPERACIÓN EN LOS CUATRO CUADRANTES

El Laboratorio de Electrónica de Potencia de la FIEC-ESPOL, adquirió tres unidades FINCOR Automation Series 2230 MKII, y mas específicamente el modelo 2236 MKII en la presentación (enclosed) “Book Case”.

La serie 2230 es un accionamiento (drives) regenerativo (regenerative), esto es, puede operar en los cuatro cuadrantes con potencias de 1/6 hasta 5 HP para voltajes de alimentación de 115/230 y utiliza en el diseño electrónico tecnología de montaje superficial (Surface Mount Technology=SMT).

La cartilla de selección de accionamientos, así como las principales características del accionamiento de velocidad o torque variable series 2230 MKII se especifican a continuación.

Los accionamientos de velocidad variable regenerativos, también conocidos como accionamientos de cuatro cuadrantes, son capaces de controlar no únicamente la velocidad y dirección de rotación del motor sino también el torque y su dirección.El termino regenerativo describe la capacidad del accionamiento bajo condiciones de frenado, de convertir la energía mecánica del motor y la carga acoplada al mismo en energía eléctrica que se retorna (o es regenerada) hacia la fuente alterna de suministro eléctrico.

Cuando el motor opera en el cuadrante I y III, la dirección de giro del motor y el torque en su eje tienen la misma dirección y el funcionamiento es idéntico al de un accionamiento no regenerativo.

Las características distintivas de un accionamiento regenerativo son visibles en los cuadrantes II y IV. En estos cuadrantes el torque motor se opone a la dirección de rotación (proporcionándose un frenado controlado). La serie 2230 MKII es capaz de conmutar rápidamente desde operación motora al modo de frenado regenerativo controlándose simultáneamente la dirección de rotación del motor.

Pulling implica tracción

Holding implica retención

Accionamientos regenerativos proporciona el frenado e inversión de giro en ambos sentidos sin el uso de contactores, reduciéndose los costos del sistema y además eliminándose partes móviles; además que se mejora sustancialmente la performance del sistema durante el proceso de frenado

Si embargo de que el frenado regenerativo detiene el motor y su carga muy rápidamente bajo condiciones de operación normales; la serie 2230 MKII dispone de una tarjeta opcional que proporciona frenado dinámico para parar el motor y la carga en condiciones emergentes, tales como una falla en el accionamiento o si el contacto de habilitación ha sido removido antes de la parada completa del motor (el equipo del Laboratorio dispone de esta opción).

RESISTENCIA SHUNT:El modelo 2236B viene con tres resistencias SHUNT (en paralelo)RS1=0.01 ohmio/3W.RS2=0.01 ohmio/3WRS3=0.025 ohmio/3WLuego: RSt= 4.17 ohmiosLa corriente máxima de armadura que se especifica para un voltaje de alimentación de 240 Voltios es de 15.1 Amperios, por lo tanto el máximo voltaje de salida en los terminales del shunt es de:

Vomax(RSt) = 15.0x4.17= 62.55 [mV]El fabricante especifica: FL (Full load) = 60 [mV]

CALIBRACION DEL RANGO DE CORRIENTE DE ARMADURA

La calibración del rango de corriente de armadura del motor se la realiza mediante la tabla 2 y el puente (jumper) J4

Debe seleccionarse la posición de J4 mas cercana pero no menor que la corriente de armadura nominal del motor; la calibración final se sintoniza finamente (si fuere necesario) a través del potenciómetro de limitación de corriente de armadura

rec monofasicos

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