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~ ORGANIZACION LATINOAMERICANA DE ENERGIA

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Cuadro de Texto

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Cuadro de Texto

1988

ING. LUIS E. BARAJAS S.

ELA60RAl)O POR:

REGULADOR DE VELOCIDAD

ELECTRICO - ELECTRONICO

CON DISIPACION DE CARGA

VOLUMEN VI

APUNTES PARA UN

MANUAL TECNICO

DE

DISEÑO, ESTANDARIZACION Y FABRICACION DE

EQUIPOS PARA PEQUEÑAS CENTRALES HIDROELECTRICAS

2 .1 Introducción 23 2.2 Oiaqrama 1Jencral de un reoul ador 23 2.3 Circuitos de rotencia controlados para la carga 26 2.4 r·•ateriales resistivos como carcas aux i'liares 31 2.5 Análisis conparat tvo de los Sistemas de R.J::.C. 36 2.6 Requlador de Disipación de Caroa a diseñarse 37

CAPITULO 11

OESCfl!Pc:ION C'FNERAI. Y TIPOS OE RF.GUl.AOOr.ES CON OISIPAC!ON DE CAr.G/\ /\LJXJLJAR (n.n.c.)

1.6 11 15 15 19

l. 6 .1 Por Control pos it tvo ele fl uío 1.6.?. Por Control de disipación de carca

3 5 Fundamento de la Acción Electromecánica

Análisis de l a s Variables del Sistema de c;eneraci6n Sistema de Requlación dn Velocidad

1. 4 1. 5

1.3 Características Generales de los Generadores Trifásicos Sincrónicos

l 2

Introducción Clasificación de las Centrales

1.1 1.2

CAPITULO 1

mrnoouccron A 1.AS f'E0UEfíAS CENTRALES HIOROEl.ECTRICAS

Prefacio.

1 N n 1 e E

103 103 106

Introducción Estandarización Construcción

4.1

4 .2 4.3

CAPITULO IV ESTANDARIZAC!ON Y CONSTRUCCION.

78 fl2 91 93 97

53 56 60 67 68 73

43 43 44 48 49 52

3.1 Introducción 3.2 Descripción Funcional del Regulador 3.3 Diagrama de bloques del Regulador 3.11 Análisis de la Estabilidad 3.5 Esquema del Circuito f-eneral 3.6 Diseño en de tal le por etapas

3.6.1 Sincronización a la red 3.6.2 Detector de frecuencia y error 3.6.3 Detector y medidor de cur-rien te de 1 ínea 3.6 .4 Circuito compensador de corriente 3.6.5 Circuitos de compensación P.D. 6 P.O.!. 3.6.6 Circuitos de gobierno de firistores o Triacs 3.6.7 Circuito Modulador y optoacoplador de los

tiristores. 3.6.8 Circuito de Potencia 3.6.9 Circuito de Seguridad: sobre - frecuencia 3. 6. 10 Circuito de Se~1uri dad: sobre - corr i en Le 3.6. J l Fuente continua de al unentac tén

CAPITULO TI I DISEÑO FUNCIONAL DEL REGULADOR.

BlBL!OGHArIA Y REFERENCIAS.

APENDICE C. Planos del Regulador de Velocidad EH<:trico - Electrónico con disipación de carpa .

APENll!CE O. Características de Instrumentos y el euen tos electrónicos.

APENDICE A. Tablas de cerecte-r st rce s de P.C.H. y elementos necesarios para regula dores con di si pac i ón de ca roa.

5. 1 Introducción 111 5.2 Fabricación 111 5.3 Montaje de placas electrónicas 113 5.4 Método de Operación 116

CAPITULO IJ

FAORICAC!ON, MONTA,IE Y OPER/ICJCN DE P.C.H.

La preparación del presente vo l umcn por parte de OLADE responde a la necesidad de proporcionar y difundir las bases tecnológicas requeridas para iniciar la producción de Reguladores Elóctrico electrónicos con disipación de carga, y contiene criterios técni cos necesarios para diseñar, establecer series estandari7.adas y fabricar este tipo de reguladores. Es i111portante dejnr claramen te establecido que las hipótesis asumidas y métodos de cálculo expuestos en el presente Volumen, si bien han sido cuidadosamente analizadas, por razones financieras no han sido comprobadas en prototipos ni en condiciones reales de trabajo, por lo que los reguladores que se construyen según las mismas, deberan ser sometidos a un proceso inicial de ajuste y calibración.

OJ.l\DE y la Organi z ac í.on de las Na el ones Un idas para el Desarrollo ln<luAtrial (ONUDl) c:elebraron, en marzo de 1985, un Contrato para el desarrollo de un Manual conformado por siete volúmenes, denominado MANUAT. TECNICO Pi\RA DJSF:ÑO. FABRICAC!ON Y: F:STANDARIZA C.(ON l)P, P:QUIPOS PARA PEQUEÑAS CENTHALES HIDROELECTRICAS.

En materia de pequefias centrales hidroeléctricas (P.C.11), que desempefiarán un papel muy importante en América Latina, OLADE cuenta con un programa integral que incluye desde la evaluación de las cuencas hidrológicas, para aprovechamiento en pequefta eBcala, hasta el desarrollo, adaptación y transferencia de tecno logia de disefio para equipos y plantas. Todo ello, orientado a promover en este campo la creación y consolidación del marcado latinoamericano de tecnologla y suministros de ei:;tn materia. La disponibilidad de conoc í.m i entes amplios, as f como la experien cia acumulada sobre el particular, hnn permitido desarrollar en l\mérica Latina una tecnoJ ogia ade cuade pn rn la f.abr Lcac í on de equipos para las P.C.H.

La región en su conjunto está en capacidad de pJ.antearse un desarrollo intensivo de la hidroenergia, si se considera que la tecnologia requerida es ampliamente conocida y que, en los dife rentes paises latinoamericanos, existen experiencias, capacidad de i.ngenieria de proyectos, empresas de construcción y, en muchos de ellos, la infraestructura necesaria para la fabricación de equipamiento para centrales hidroeléctricas de cualquier tamafio.

es la de los La mayor fuente energética disponible en América Latina

Hidroenergia, con un potencial superior a los 800.000 Mw, cuales apenas el 13% se aprovecha actualmente.

PRESENTACION

1

Seguidamente se presenta en este p rlme r capítulo una clasificación de las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas (P.C.H.), tanto por la potencia de gen~ ración como de obras c t v i l e s o mecánicas. Posteriormente se desarrolla el modelo matemático de la p l anda de generación, que pennitirá analizar las variables de mayor importancia involucradas en la planta.

En este sentido las pequeñas centrales hidroeléctricas que no requieren mu cha infraestructura y no necesariamente deberán estar interconectadas con otras centrales vecinas o a los si s teme s interconectados de distribución, permi ten un mayor cempo de estandari zacíón de sus características de oper~ ción, como el control de la potencia entregada y frecuencia.

La integración efe la población rural a los planes de electrificación de gran cobertura, se ve dificultada por su propia diseminación topográfica y

escasos recursos econ6mi cos que re qui eren o tres ti pos de so 1 ucí ones , surge entonces como e l terne t í va la electrificación secto r+zaoe , mediante la uti lizaci6n de recursos naturales propios de la zona y el trabajo conjunto de 1 os miembros de 1 a comunidad.

Las pequeñas centrales hidroeléctricas. actualmente tienen como caracterf2_ tica el servir a poblaciones rurales aisladas de la distribución de encr gía eléctrica de las grandPS ccn t ra l es , al no encontrarse dentro de l per.!_ metro de distribución de las e iudades y su tn te rccnex ión rcqucrirfa do el! vados costos de transmisión.

1.1 INTRODUCCJON:

INTRODUCCION A LAS P.C,H.

CAPITULO

"' r l as í Fi l:¿1('iÓn reconit.~ndada por La (ll./\Dl:~ y erlop tade po r INJ::CEJ.,.

** 1.:1 téru1ino Poqueñn c·0n l ril J t'f: <)P.11<'tél 1, y abar e a tnm.bién a las m.it"ll ':l mí

eros cent.r a l e s .

Constituyendo la turbina el equipo de transformación de energfa cinética a ene rqfa ro ta toría en las centrales, se presenta en el Apé11dice A, Tabla 2 .u na clasificación general de las Turbtnas para P.C.H. en función de la veloci dad específica y altura de salto, y en la Teb la 3 Io eficie11cia a el can ze r en los Grupos Turbina - Generador.

En el Aréndice A, rob ra 1, se incluye la e las i ficaci6n de las **Pequeñas Cen tra les llidroeléctricas en función de diferentes al ture s de caída de agua y volúmenes de caudales, dentro de los cuales se determinaría la potencia que se podría obtener dependí endo de los recursos existen tes para la cons true- c i 6n de una Pequoñe Central Hidroeléctrica (P.C.H.).

p. l. 50 Mw 5 Mi~ < p. 1 . < 50 Mw

500 KIV ,. r. r . < 5 tt.-1 - 50 Kw<P.1. < 500 Kw p. 1 . < 50 Kw -

Grandes Central es Medianas Gen trD les Pequeñas Centra les Mini Centrales Micro Centrales

POTENCIA IMSTl\ll\DA (P. r.) * CENTRAL

Con fines de diferenciar a l as Centrales Ht droe l éc tr+ce s desde el punto de vista tecnológico y constructivo se hü adoptado una c l asi f tcac tón en función de la potencia instalada.

l. 2 CLASI FJ CACJON DE LAS CENTRALES

la tensión, corriente y velocidad de rotación o frecuencia de cenerac íón son . "

importantes, lo que determina el presentar diversos métodos de Sistemas de Control ne Generación Eléctrica.

2.

En 1 a Tabla 4 se expresan las tons í ones nominal es ele régi111e11 y las correspondientes tensiones nonrí nal e s de los gener11dores.

Considerando el servicio a prestar las P.C.H. donde en la mayoría de los casos las transmisiones de ener\1ia desde el punto de generación al centro de consumo no estarán muy 1 ejos, se puede prescindir de los transformadores en la central. A cambio para compensar las pérdidas de transrnisi6n, el valor de tensión nominal a los bornes del generador se el iqe un sr. más elevado que la tensión de réq imen de la red en el punto de consumo, con el objeto de poder compensar en parle 1<1 ceido de tensión por t ransra í s i ón .

1.3.1 TENSIONES NOMIMAl.CS.

Por ser 1 a tensión ncnerada y la vet oc tdad de ro tac tón o frecuencia 1 as va r+ab l e s de mayor importancia y control en la oreraci6n, al incidir directa mente en 1 os equi ros o accesortos el ~e tr i ces del consumidor, so enunc i a rá al punes de tal 1 es a tonarse en c111?11ta en su construcción.

Hasta la velocidad de 750 r.p.111. el rotor es dr. tipo de polos salientes y por ·10 general de eje vertical. P¡1ra vcl ocida<IPs de 150 r.p.m. y superi.Q res, el rotor es de tipo c il ínclrico y eje horizontal.

La constitución de los oeneradores trifásicos que se emplean en las Centra les Hidroeléctricas se rigen por el número de vueltas de sus 1115qui nas rota torias mo tr lces . Los alternadores acoplados a turbinas hidráulicas se construyen para vel oc tdedes muy distintas; se9ún l a potencia, al tura del sal to y tipo de la turbina.

La contribución ciada por el descubrimiento dP. Faraday en 1931 sobre la ge neración de una tensión inducida debido al movimiento rcl a t tvo entre un campo ma9nét'ico y un conductor de electricidad, permitió el desarrollo dP. la generación el éc t r tca por la conversión de la energía rotatoria mecánica.

l.3 CARACHRISTICAS GENERALES DE LOS GENERADORES TRIFASICOS SlNCRONICOS.

3.

Normalmente se evitan velocidadr.s como 3600, 1200, 720, 514,7/7 r.p.111. correspondientes a nüme ro impar de pares de polos en P.C.H. y en caso de utili zarse se deben usar bujes o ro douri en r.o s aislados.

La Teb l a 5 presenta la velocidad de ro tac i én en funci ón del número de polos para una frecuencia de 60 Hz, y nos indica que cuando la turbina ·de acciona- miento es de tipo baja velocidad (turbinas hidráulicas) se requerirá un gran nv111ero de polos. Los alternadores ele polos salientes de baja velocidad requieren inducidos en el estator con un gran pcrírue t ro en el cua l puedan ser insertados los bobinados.

p = número de po 1 os.

~ • ve 1 oct dad de ro tac i 6n angu ta r .

f frecuencia <Je la red en fler1ios.

donde:

p dt (1. 1) (r.[l.111.) ;,;i 2 X

60 f do

La velocidad normal w de los generadores s íncronos viene determinada por la velocidad de l a m5quina mo tr í z , o por l a Irecuenc in en función al nvmero de polos, siendo:

l. 3. 2 VFLOCIDllOES N0~11/\LES

TENSJON NOMINAL DE · LOS GENERADORES

(Voltios) 130 230 400 525

1050

(Voltios 125 220 380

500 1000

TENSION DE REG!MEN

TABLA 4.- Tensión Nominal de los Generadores Trifásicos Sincrónicos en l'.C.H. (4)

4.

(l. 3)

R (l. 2)

0.4 " Jr N

La intensidad de campo .o flujo 11iag11ético ~>f creado por la bobina de exci- ta tr-i z , será 1 a suma de los amperios vue 1 tas que es te camino concatena, stendo:

Un circuito equivalente para una fase del generador sincrónico se muestra en la Figura 1-2, donde nos permi tirá cescr+btr separ<idamente los efectos físi cos presentes en el funcionamiento del generador, así tenemos:

Desde el runto de vista de an61isis es i1111>orLante determinar las or+nc tpates var+ab les que intervienen e11 el generador, sab t ando que és te es el equipo que va a trans fo rma r la P.nergío mecánica ro tcctonet generada por la turbina a energía eléctrica. El diagrama elcmcnta 1 de un gcn~rador sincrónico se muestra en la Figura 1-1, en la cual se mues tre e11 forma simplificada sus dos partes constt tutf ve s , el circuito del campo de excitaci6n montado en el rotor y el circuito del campo de tnducc tén en el estator.

1. 4 rUND/\MENTO DE LA /\CC ION ELEc·1ROt1í-.CAN1 C/\ ( 3)' ( 4)

El manual de P.C.H., volumen VIII sobre Generadores, se ha tomado para d+se- ño la m5quina de cuatro polos. 1800 r.p.111. Por tant.o se pueden cambiar las velocidades de la turbina con reductores nrecántcos para alcanzar la velocidad nominal del generador.

VELOCIDAD EN r.p.m. 3600 1300 1200 900 720 600

TABLA 5.- Velocidades normales de los Generadores Trifásicos Síncronos para Frecuencias de 60 Hz ( 3).

NUMERO DE POLOS 2 4 6 8

10 12

5.

( J . 6) (espiras totales/fase) Np = B . Nb

El flujo mac¡nético <!' creado por el devanado excitatriz se de sp l az a en sentido rotatorio en los devanados del inducido para el caso de los ocneradcre s sincrónicos. Los devanados del inducido constan de un número total de bobinas B. poseyendo cada bobina de un número de espi ras ttb , por 1 o que e 1 número tota 1 de espiras en una fase determinada del inducido será igual a:

La• carqa inductiva.

donde: Ef = fuentP de tensión cont inua .

íla =carga re~istiva del devanado.

(l. 5} lf = ---· Ef Ra + sr,

despejando 1 f y expresándole en trans íormadas di' L,ip 1 ace , se ti ene:

(l. 4)

Para conseguir un flujo constante y de polaridad definida, dependerá de la corriente lf que sea continua. Cuando existe tensión en uncir cui to de excitación, Fig. 1-2. la corriente lf en el circuito aumenta d!' acuerdo a la relación.

Kf constan te que relaciona f1 ujo a corriente.

If.N son los amperios vueltas totales o la fuerza n•agneto motriz (f.m.m.} que se debe oroducir mediante el devanado de exci- tación.

donde: R es la reluctancia total del camino cer rado R1• R2 .••

6.

en la que: rP es el flujo 111ac1nético por polo. Nb es el número de espiras ::ior bob i na . H es la vc Ioc t-íad re í atív a en (r.p.<;.) enl rP la bobina .Y

el campo maqué ti co .

( J . 8) - e . Emcd/bobina = 4 t Nb r x l(l volt.

Para el caso de una bobina que consta de Nb e sp+ras y el ticimpo t re querido pe ra completar un cuarto de rc>vo·111ciór1, P<; 1/4 r (o 5E'v 90° eléctricos), en la que el bobinado S<' mueve desde el ccntro de la z o na interpolar ha5ta una posición <;i t.vadn din~c:tarnentf! bajo el centro de un polo dado, la tensión inducida J11eci·i;1 nor bobina, sr11·á:

De esta de f intc tén, es ev tdeute , que la tens íón inducida generada IJV(!

ne í ncramentar se eumant ando la f ntens idad de'I caolJ)o magnético o red.\! c tendo el Liempo durante el cual se prcdoce 111to re l a

tivo entre al conductor y el •l.

<fJ es la nnea de rucria 111aon(lt ica crmr-a t.ena<.la con la espira. t e 1 tiempo en secundes en q111• son rQnc¡¡tpn¡i<las (j> t tneas ,

'I09 es el número de 1 incas que una sola csutra debe coocate- nvr c<ic1<i segunno n f 1 n <IP. inducir una tens i 6n de "un" voltio.

donde:

t: ( l. 7) <P - fl x 10 voltios Emed e

una ecuación es:

cuantilativanente lo antci·ior en

la (f.e .m.) tnduc ida mcrlia E111ed· Mewmann en 18~5. expresó en la que la magnitud de

Por el enunciado general ele la l.ey de Faraday (3), que dice: "E] valor de tensión inducida en una sola espira de un conductor es proporcional a la velocidad de variación de las lineas de fuerza que la atraviesan (o concn renen con ella)"

h.0?.'i.~.a.s_ ,t_ot:a_ l_e.s _ei:_ _r._l .i n.d~i:- ~do __ x e.sp_ ~r_a_s/bo_b_i_ry_a_~ ntín1ero de fa$e~

7.

Ra + La. S (l.12) Ia(s) =

o en transformada de t ap 1 ece , 1 a será:

{1.11) o o o o E00 = Vp + laRa +la (JXa) ,,

La re l ací ón entre 1 a tens i ón P.ll 1 os bornes y 1 a tensión generada en u na n1áquina síncrona, según la Fiq. 1-2, será 'i<iua'I a la relación vec tori a 1:

f es la frecuencin Pn Herz . ( f directa111ente proporcional y equivalente a W {r.p.s.).

Kp es el factor de paso c1el inducido.

Kd es el factor de dt s tr+buc íón del índuc í do.

en la que: Np es el nú111ero total de espiras por fase.

{1.1()) -· Egp w 4,44 . .¡,. M¡). f. Kp Kd X 10 volt.

Pero para un proceso de qener ac ién , donde se busca que 1 a tensión por fase sea completamente seno i da l mediante 1~ distribución intencional del devanado del inducido, el valor eficaz de una tensión se no i dal de C./\. es l ,11 veces el valor medio y tomando en cuenta que el indu cldo en el que se emplean bobinas de paso fraccionado Kp y el devanado está distribuido en el cstator Kd. ~P. puMle ded11cir la ecuación del valor eficaz de la tensión generarla en cada rase Eqµ de una 111~quina sincrónica de C.A. en la forma:

(l. 9) Emed/fase • 4 • Bp W x 10·0 volt.

La ecuación (1-8) se establece par a una máquina bipolar, que genera_¡¿ na onda senoídal en una vue l ta completa de 360" eléctricos. Reempla- zando esta ecuaci6n para todas las esniras en serie de cualquier fase, es í qua l a:

8.

Pig. 15. bittqrnmn v0ct0rjal de un qo ne r odo r ~ÍtH'.l'.{)11<}, <."<)tt tp ~ .Ar>.

F' i <1. 1 -4. <Jr. n<.~ou dG re l t•<"' i 6n (i(~ lc\s v a riob l e s cu un ~;<~neraci()r Si ncró r: i co .

la

Yo loRa

Eg

';¡Jf .. ) PAR flF~.¡~;rFNTE l'H0UUCIDO P(JH l.A CvlWJcNTE ]u

SENTH)O DE ílOTi\CJON íJCL !Nl'Llt'IOO W O Pi\H DE M:<;ION.AM!ENT<•

r t o . ·1-1. (~lrc·ui lo t1i(:í,~.ico oqu t vaf onr c ;' un ·"1 t.e r n.ulo r ... r JI(.; r- Jflr) <;unnc 1 ,}d() en ()!-; t ro 1 1 ¡,.

- le Re e

Rbib

Lb

+ Rf

Ra a ~~~~~~

~I va l .r b

~ Le

Ef

CIRCUITO DE EXCITACION CARGA

C!HCUITO DE 1 NDUCC!ON

9.

dt (l.14) T e- T ·• ,1 - + ~ H

di~

El Torque generado T por la turbina h i dréul tce por tanto deberá ser l 9ual '11 par resistente produc ido por l a corriente y al par mo tnr de la m§quina motriz, que será la suma de los momentos de inercia de la

111a se en 111ov i miento, co1110 son: turb ina , rotor de 1 generador, r otor de la exc i te tr t z (si está acop l ado ;il eje). etc. Resumiendo el Torque Generado, será iqval a:

K es una cons t ante de rc l ac ién del ntí111ero ele ese+ras y uní

dades rotacionales. donde:

(1.13) T•Kr~ln

Esta fuerzn elr.ctro111~gnética r que se 01>0ne al toruue generado T por la turbina hidr<íul rce , es a saber: un ca111J)O 111ar¡nético ((ji) ciado por el rlP.vanMlo de la cxct tatr tz , la l onuí tud activa tle·1 conductor o oso í

ras clel devanado del lnrlucido ( L) y la tntan~idad dr la corriente que circula por el conductor(!¡¡). Por tanto la fuerza el<>ctro111aqné- t íce 't o par resistente será i qua 1 a:

"En todos los casos <te indtic:ciñn el('ct.1·om()qniitic¡1, In tensión inducida tenderá a hacer circular en un c trcu+to cerrado una cor r+ente en un sent+do t.111, que lo ha ('11q0nclrado".

La d1>t.erminación del par resistente prnrtuc t da nor la corrtente a tra- vés del índuc tdo , que se opone a 1 c¡iro riel rotor está expresado por Ja l.ey de Lenz (3), que dice:

lilRa - caída de tensión Pn P.I dovana do por tener una resistencia efectiva (C./\.) de Ra.

laUXa) -e caída de tonstón debido a 1,1 reac tanc t a dr>l dr.vanado del inducido.

Eqp - tensión generada por fase.

donde: Vp .- tensión en borno sy f'a se .

10.

En sistemas de generación grandes, hay una relación directa entre el tor que meoinico de una máquina individual y la ve l oc í dad del sistema, o lo

1.5 ANALISíS DE LAS VARIA13l.ES DEL 51STEMI\ OE GENERACION.

Por lo tanto, para un Sistema Eléctrico de Generación se tienen dos seña les de entrada y cuatro de sal ida, exi s t iendo una interrelación entre es tas vari ab 1 es; pero e 1 grado de re 1 ación entre éstas, e-; mayor en cí er- tos casos, dependiendo del tamaño .Y e s tructur-a <fp'I sistema. (Fig. 1-4}.

Las variables do sel ida son la rrer.uencia f .Y la corriente generada la, pero por criterios de d imens tonamtento eléctrico y operación interesa el voltaje a los bornes Vp, la potencia activa P y la potencia reactiva Q P.11 t.regada por e 1 qencrador, siendo e s tas varí ab 1 ('S func iones de 1 a corriente la y la carga acoplada que no 11ec0~ar·ia111P.nl.e es constante y que (J(?rl@ralmente es resistiva - inductiva.

Ana lt z ando el d·iagrama de lo rig. J-3, ~., observa que cxt sten dos varia- b le s dP entradas directas, el vo l t aje o (;orriP.nte d•~ campo vr 6 lf, el Torque 111¡¡cánico T, indiroctamentP. el vo l ta.Je a los bornes del QPnP.rndor v11 que dr.pr.ndPrá dP la carga conectada y la corr+ont» !JE'nP.rada la.

Sintetizando este <lesarrol lo ma tcmé t í co en un rlio•1ra111a en bloques que re laciona las partes constitutivas y las variables qve intervienen en un generador, tomándose en cuenta una sol a fase, sr>rá lo indicado en la Fíe¡. 1-3.

VI= velocidad de giro ()n rr.volucione~ por ~equndo.

B = rozamiento viscoso de las parles en movimiento.

donde: J = sumatoria de los ummen tus de i ncrc t a en Kg 111,.

JS + B (1.15) (T - T} 1

H(r p.s.)(s) =

despejando l4 y en transformada de lap lace:

1 \.

l-' i q . l-(1. Sit-.temél de Co nt ro l de nno:-1 Ce nc ro I lli<h.;'lul ir·.; de Ce no r 1~~¡(,n !'16r·L)· ir:c;.

Vo r e t,

VOLTAJE

CONTROLA- DOR O E t ... >---1

1 1 I VELOCIDAD

1-- - '~ t_-_:1_ Pot.med_. _

1 ACTUADOR r---

PO'fE N CIA

A VOL 'TAJE E] Y CORRIENTE CARGA

Tvo.10 ---~----' 1

1

1 j FUEN'fE DE ___ _,

j j ENERGIA ELECTRl\.A

1

1

1

f Va med.

1 1

_ J

TOROUE A VELOCIDAD

FUENTE DE

ENERGIA

HIDRAULICA

,---- ---- 1 : ACTUADO 1 1 1 1 - 1 1

CONTROLA- 1 Wmed. DOR DE 1-l,~,.,

1

w 1--o@•---f GEN ERA DO R TURBINA

FLUJO DE AGUA

l•'L9. 1··3. 0.1.)Cf)"'~ft\~1 (•nquc-miÍ.ti<;•tJ y en b t cvruc-: ·IP Hll

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-----------'

JS + B

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Re t SLc

lo

Va

,----- ' 4[; ~SL¡l [f

1

1

1

1

1

1

1 b T 1

Pudiendo observarse dos caso~:

(l. 18)

De la mis111a forma se obtiene para la po teuc i a reecttve , la siguiente ex- pr-e s i ón:

para un vol taje <le sxct tac tón constante la potencia real es función del ángulo:\ y, por lo tanto, del torque mecánico de entrada al qenerador .

(1.17} 1Va1 1Egp1

Xa Pmaxc; =

(1.16}

Asi por n,it>mplo, la ecuación para la p0tenC'la activa generada s ienco IRal « IXal, (17), {18),

Lo an tor+ormcntc indicado se puede anal tz ar n1e}nr en base a las ecuaciones de potencia de la máquina sincr611ica que se obtienen a partir del diagrama fasorial de la Fiq. 1-5.

Cn el caso de la potencia generada, de í qua l forma se tiene que la varia e ton de 1.J corriente de campo afectará la sal i da de la oo tenc ie reactiva únicamente. En camb"io, una variación en la vo Inc idad de la turbina afee t.ará principalmente la salida de la potencia acl l ve . Cabe mencionar ade más, que también existe una int(>rrclación entrP l.orq11e y potencia react_j_ va, pero en todo caso, es mínima en compar-aci ón con las anteriores.

que es lo mismo su frecuencia (f); así mis1110, se puede decir que la magnitud de una barra individual de vo l te je (V0) puede ser controlada y f! jada por manipulación de la corriente d1> c<1111po (i fl.

13.

Así mismo se comprueba que lo 111a9ni tud del vol taje a los bornes del gen~ rador Vp de una barro individual, puede ser contr ol ada y fijada por man_!_

"Otro de los métodos indirectos para conu-ot ar la velocidad de ~riro de 1 a turbina, es manteniendo 1 a carga a los bornes del generador constan te, con lo que se mantendrá constante {ó con peoueños camb ios ) el Par r~ sistivo T, y a un Torque constante T mecánico prefijado se conseguiría mantener constante l a frecuencia, r·1<e111plazundo por tonto todo el s í s tema de servo-motor de control de velocidad de giro de la turbina".

Visto lo anter+or , se puede deducir que el 111ecanis1110 de control de velocidad de g'iro de la turb ína , tiene l e fvnci6n de mantener en lo posible la frecuencia constante, manteniendo su estabilidad y respondiendo a v~ r í ac tona s de Carga Eléctr·ica o en otros l'.ér111inos, equilibrando el Torque mecánico a variaciones de Par resistivo.

Como la potencia ac t íva QP.neracla es runc íón del vol Laje generado Egp y el vol taje entregado Vp. el iíngu'lo o q11e rorn1an entre ellos y de las reac tanc te s prop í as de la 111áquina sincrónica (1.16), se puede deducir que para 11n voltaje de excitación cons tante , dicha potencia es fvnc i én del ~ngulo ó y por lo tanto ds l torqus mecánico de entrada al qoncrador-, ya que dicho língulo crrinc i do con el 6ng1Jlo entre el rotor .Y el campo ro- tativo del cstator dado por el Torquc.

Oe este anál ts í s la potencia reactiva puede ser controlada de una manera directa y continua, tan to en 111a9ni tud como dirección en función de 1Egp1. o sea variando la corriente cont ínua de exci te c ión 1 f·

Los gpneradores que tienen esta caracteristica se encuentran subexcita- dos.

(1.20) Q ~ o o sea IEgpl cos 5 < v1 2~ CASO.

Los genaradores que tienen esta característica, se denominan condensadores si nerón tco s .

(1.19) () -, (1 IEgp! coso' >Va o sea 12 CASO.

14.

la ubicación general del sistema de regulación de velocidad por control

1.6.1. POR CONTROL POSITIVO DE FLUJO.

El sistema de regulación de velocidad está constituido oor elementos de detección, control y actuadores para el control de velocidad al eje de la turbina en el caso de "Control positivo de flujo"; o a flujo constante y torque mecánico constante, el "Control de disipación de carga aux i- liar", según las conclusiones abordadas en el item 1.4.

! .6 SISTEMAS DE REGULACJOtf DE VELOCIDAD.

Para el estudio de las relaciones eléctricas entre potencia, tensiones de bornes, fuerzas electromotrices inducidas y corrientes de excitación, lo mejor es resumir a una representación vectorial. como lo muestra la íig. 1-5.

El grado de relación de las variables se puede apreciar en el esquema, Fig. 1-4. en la cual, las líneas continuas significan que existe una gran relación entre evte s variables. en cambio. con las líneas punteadas, su relación es muy débil.

El Factor de Potencia.pes otro de los parámetros de la máquina que depende de su potencia reactiva; por lo tanto, al efectuar un control de Q nmdiante la variación del cenpo dP excitación, implica que tamhién se es tá realizando un control del factor de potencia de la máquina.

Para el caso de la Potencia Reactiva Q, puede ser controlada de una manera directa y contínua tanto en maqnitud como dirección vec tor i a l en función de IEgl ó sea variando la corriente continua de excitación if. Dado que Q depende de cos é' Fig. 1-5, una variación en el torque mecán.!, ca T, no influirá mayormente en una variación apreciable de la potencia reactiva.

pulación de la corriente de campo excitatriz if.

15.

El si s tema de comparación por medio de varillaje tiene realimentaciones de 1 azos menores para obtener compensac í one s ajustables que permiten un funcionamiento estable y dentro de especificaciones de desempeño, de a- cuerdo a requerimientos de func í onara iento lineales y límites de carreras. En la F·ig. l-7, se ilustra un esquema de un regulador óleo-mecánico (4) que combi na la compensación rígida y el é s t t ca . La primera determinando la estabilidad de la requ lec tón transitoria y la segunda, el grado de i-

El mecen is1110 de Control consta de: mecanismos de varillaje, servomot.Q res h idréultco s , etc., que relacionan el desplazamiento del tacómetro con la oostcton referencial de velocidad (comparador) para identifi- car un error en posición, que a su vez controla el sentido del aceite a presión al servomotor hidráulico de control de 'la turbina.

El detector de Velocidad o Tacómetro acoplado al eje: directamente, por bandas, o por un motor as mcréntcc con pequeños deslizamientos (0,1 a 0,2'.i:J, utilizan el principio de masas giratorias y resortes como lo mues'tr a la Fig. 1-7, teniendo pequeñas var lac tone s de diseño cuando son colocadas en eje vertical o eje horizontal.

Los e Ienrentcs o bloques que conforman este sistema de regulación, se com- ponP.n de:

a) ~.l._R~g_u_!_a_qg.~_9Jeo_l1.e_c.2_~i_c;E·- o Regulador Mecánico-Hidraul í co se define como un sis tema de gobernación di? velocidad en 1 a cual la saña l de CO.!).

trol en posición es riroporc tonal al error de velocidad. Las señates de cstebt l ización y compcnsac-ionr.s auxt l tares son desarrol 1 adas mecá- n icamen Le. para luaqo ser amp l i íicadas hiclraúlicamente.

b ) El ec tro-h idréul ico s .

a) O l eo-mecén icos .

Los tipos de Sistemas de Regulación de velocidad para P.C.H., desarrolla dos. a saber son:

positivo de flujo, dentro del St s tema Eléctrico de üenere c tón , es el mos tr-ado en la Fig. 1-6.

16.

Circuitos analógicos

Los controladores o contr~les programables; principalmente debido al desa rro 11 o de la e 1 ectróni ca, se 1 os construye a saber en:

El detector de velocidad o tacómetro; inicialmente se utilizaba el gener~ dor tacométrico acoplado al eje, para luego ser sustituido por el frecue!!_ ciómetro de precisión midiéndose o detectándose directamente la frecuencia de la red eléctrica. Los transductores más modernos, son los detect.Q res n~gnéticos colocados cerca del eje, obteniéndose pulsos por revoluci2 nes, o los convertidores de frecuencia a voltaje (circuitos integrados).

Los elementos o bloques que conforman este s tstema tienen las mismas funciones que el regulador Oleo-mecánico, pero su instrumentación en gran parte _g léctricos desarrollados en las últimas décadas, con mayor resolución y precj_ s ión que los elementos mecánicos tradicionales, asf tenemos:

b) El Regulad<¡[_Electro-Hidrául ico. - Se define como un sistema de goberna- ción de velocidad en el cual la señal de control eléctrico es proporcio- na 1 a 1 error de ve 1 oci dad o frccuenci a, y 1 a compensación es procesada ~ léctricamente (seiiales contfnue s para controlador analógico o señe les por pulsos para controlador di9ital), para luego ser amplificada hidráu- en un proceso similar al regulador Oleo - mecánico.

a) Servomotor de compuerta b) Servomotor de rcfl ec tor c) Servomotor de aguja o inyector d} Se rvomo to r de f)OS i ci 6n angular de hélice

El elemento actuante que mueve los mecanismos para el control del flujo de agua a la turbina debido a la acción del control del gobernador, con- st s te del Servomotor de fuerza hidráulico para accionar dependiendo de las lurbi nas a servomotores de:

rregularidad permanente del sistema, incluye también un variador de velocidad referencial.

17.

f'iq. 1-9~ Sí~tcm.:l cl<:> Cou t r o L de una Central Bidráulic.n de GP11erAci6n El~cc1·ica

1 1 1 1 1 1 t J

SISTEMA DE REGULACION POR CONTROL DE DISIPACION DE CARGA

Potencie u TOROUE ' FLUJO d~ Voltuje V•

/\GU/\ o VELO. Corrient<.L la CARv/\ TURBINA .. GENERADOR - .

w PRl NCI iY/\L

Fuent11 f · mod

de-_.. ta me<i Enernía r ---- - ------ ----

ACTUAPOílf- 1 W ref 1 CONTROL manual t 1 DE ~ f ref FRECUENCIA 1

CONTfl(,L 1 y OE 1- 1 CORRIENTE

VOLTAJE Vpm1 ¡ CARGA 1 ~ ACTUADOR J • 1 AUXIUAR 1

, V<f rot

s

o VARIAOOR DEL ESTA- T 1 SMO TEMPOf!AL

VARlADOR OE VE:'LOC!OAD

r/ VARIAOOR DEL

ESTATISMO ----~] f'ERMAN[NTE A+ B

18.

Se garantice un Torque constante al generador entregado por la turbina, lo que involucra un flujo constante de agua.

La regulación electrónica de carga consiste en mantener prácticamente cons tante la carga vista por el generador, de esta manera la potencia demandada es constante y por las conclusiones escritas en el ítem 1.4, reemplazan al regulador de flujo positivo antes mencionado, es evidente que este principio requiere de dos condiciones básicas:

La ubicación general del Sistema de Regulación de velocidad por control disi pación de carga, dentro del Sistema Eléctrico de Generación es el mostrado en la Fig. 19.

1.6.2 REGULAC[Otl DE VELOC[DAD POR CONTROL DE DISIPACION DE CARGA

Un diagrama en bloques de un regulador ElectroHidráulico para un P .C.H. con§_ truido en la Escuela Politécnica Nacional (19), para los laboratorios, se muestra en la Figura 1-8.

Los elementos actuantes para el control del flujo de agua de la turbina debido a la información eléctrica del Sistema de Control, pasa por medio de Transductores electromecánicos (Servoválvulas o electromagnetos} que controlan el camino del fluido hidrálico. al amplificador hidráulico an! logo del Sis tema OleoMecánico.

que han permitido mejorar y ampliar las funciones del control, al tener información adicional de la Potencia de Carga Eléctrica entregada, infor mación de las posiciones reales del servo de cC)llpuerta, servos pilotos de preamplificación hidráulica, etc., que penniten desarrollar diversos ni veles de control y compensación principalmente si son programables.

Circuitos Digitales Circuitos híbridos (analógicodigitales)

19.

estru~tural de un E.lectroflj dr áu lico.

Diagrama en bloques y Heguludor de velocidad

1-8. Fig.

-----·" TH4NSOUC ron De VELOCIOAO . ' "· •••••••••••• ---········ •••••••••• - ••••••••• J

,...... ... . .. ·-··:·····111}¡)i ~ vACVV~A 00 Oo$Tfh9VCION ~ X

11e.;::..11~

' .~:.::::;'~, .... "'" )~ ~~

.,.A..,,..CIO\.ICfOu Olf. ~Ol1C10N t~)

' Ks t-,•----- 1_ J S € NSO R DE VEl.OCIOAC

1 ~ - --- - - --- -- --- - - - --------- - - ~-- ·- - - - - "

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20.

Un análisis pormenort zado de los tipos de reguladores de velocidad con disi- pación de carga, se abordará en el Capítulo Segundo, que presenta un diagrama general de b loques del sistema, especificando las funciones que cumple cada bloque, efectuando un estudio comparativo de los diferentes

- Control de una sola carga lineal, acoplada a las tres fases. Control de una carga lineal por fase (tres cargas independientes) con re- 1 ación al neutro. Control estalonado de varias cargas fijas. Control en las dos versiones iniciales y sistemas auxiliares de servicios.

Los tipos de Sistema de Regulación Electrónicos con disipación de carga auxi liar que se están desarrollando, utilizan técnicas: l\nal6gicas, Digitales, Htbridos o Computarizados, en las siguientes modalidades:

Siendo un Sistema de Re<Julación muy nuevo en su desarrollo debido en su mayor parte a la evolución de los circuitos y elementos electrónicos, permite obtener un Sistema de Control tanto de la frecuencia como voltaje en el Si1 tema de Generación puramente sólido; entendiéndose como sólido, el no requ_g_ rir en gran parte dispositivos; mecánicos, mecánico-hidráulico, o electro-hi dráulico, que requieren servicios adicionales, como son: bombas hidráulicas; generadores eléctricos auxiliares, ... etc., además de un continuo mantenimiento y una operación cuidadosa.

Una ilustración topográfica de un P.C.H., con regulación de velocidad por control de disipación de carga, se encuentra en el Apéndice A. Fig. A-1.

- La carga auxiliar total debe tener la capacidad de consumir toda la poten. cia generada, o dentro de ciertos rangos se puede utilizar para Servicios Auxiliares, así: bombeo de agua, molinos de granos, calentadores de agua, etc.

Requiere de cargas auxiliares destinadas a consumir la potencia no utilizada por la carga pri ne ipa l que se entrega a 1 consumidor.

21.

en base al modelo matemático desarrollado para el estudio de estabilidad y rangos de desempeño fijados, determinando valores de los parámetros de ajuste. El Cuarto Capítulo presenta un estudio de la Estandarización de los reguladores para fines de fabricación, montaje y secuencia de operi

e i ón .

El Tercer Capítulo presenta el diseño del regulador l Io , Costos, ... etc.

tipos de sistemas, así como de la carga aux t l te r , para presentar el sistema adoptado bajo consideraciones de Exactitud, Posibilidad de de sarro-

22.

- Actuador o Circuito Amplificador de Potencia, que recibe la señal del

Controlador, cuya función es co111parar la variable a controlar con un va lor deseado y ejerce automáticamente una acción de corrección de acuer do con la desviación.

- Un detector de frecuencia o tacómetro, que se podría definir como un a- parato en el cual la magnitud de frecuencia aplicada, es convertida en una señal eléctrica contínua o de pulsos con referencia al tiempo, y es proporcional a la magnitud de la variable frecuencia.

Un diagrama de bloques que resume las alternativas de conexi611 de la carga auxiliar se muestra en la Fig. 2-1. Consta de los sigui entes b 1 oques:

2. 2 DIAGRAMA GENERAi. DE UN REGULADOR.

Analizando los Sistemas de Regulación con Disipación de Carga, (R.D.C.} que se pueden desarrollar es po s íb la deLerminar en un diagrama de bloques, las partes constitutivas que lo conforman, par-a luego efectuar una evalua ción de el los y presentar un df seño que pueda ser adaptado a diferentes condtc iones de funcionamiento.

2.1 INTRODUCCION.

DESCRIPCION GENERAL Y TIPOS DE REGULADORES CON DISIPACION DE CARGA AUXILIAR (R.D.C.)

CAPITULO 11

Su imp 1 ementación invo 1 ucre tres regu 1 adores de carga, donde e 1 contro 1 a- dor de frecuencia sigue siendo el mismo, pero el compensador o ajuste de

El añadir un compensador de lazo menor por medio de la detección de corriente a la carga principal, determina una corrección tanto en la parte transistoria como estacionaria de la frecuencia. Este tipo de compensa- ción si se implementa para fase - neutro, permite también un equilibrio de carga vista al generador por cuanto el desbalance de carga que podría exis tir por fases se corregiría independientemente.

Excesivo calentamiento en el generador.

Mayor desbalance en los voltajes a los bornes del generador 6 consumidor.

Menor potencia activa generada.

Retardo en la correccH5n ele frecuencia, debido a las constantes de iner cía del generador. (Fig. J-3).

Efectuando una evaluación del funcionamiento de este tipo de regulador para los fines propuestos, que son; distribuir energía eléctrica a zonas ru rales, donde se enct1cntran diseminados topográfic:~mcnte sus consumidores, con el atenuante de no uLil izar transformador de generación. (s diffcil por lo tanto, garantizar que la distribución o demanda de corriente por fJ!. se sea simétrica, deten11inando un;

Con el diagrama de bloques mencionado, se tendrá un regulador básico, que permite el control de una sola carga auxiliar acoplada a las tres fases, y por lo tanto la potencia total a disiparse caerá en una sola carga auxiliar en casos extremos.

Carga Auxiliar, es el conjunto de arreglos, resistencias preferentemen- te, que consumen el exceso de energía generada para mantener la pote.!! cia constante de consumo al generador.

control en forma de pulsos desplazados que activan tiristores o triac y modifica la corriente y vo'ltaje que se envía a las cargas auxiliares.

24.

F'.ig, :1- 2. R<:>r:t; f Lcado r 1'rifás.ico de Media Onda.

N

T +

s

Re VR

R

~· l.g . 2- L. IJlo<J ri.unfl UC'! 1) 1 <)<'¡UCS (R. O. C . )

AUXILIARES DE CONTROL Y DE SERVIOS AUXILIARES

" " _.,..._. CONEXIONES BASICAS

R ELE ELECT.-MECA. O ELECTRONICO

SERVICIOS AUXILIARES

1 1 1 t

1~· ll ·

1

1

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1 r-;------1 E_r•'-:·©-1 Lo:I 1 U• 1 ---------J.

COMPARADOR DE RANGO DE ERROR

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DETECTOR - 3 DETECT. 1 FRECUECIA CORRIEN. t

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! + COMPAR. e 1 COMPENS. i m .# ~ CARGA fref DE l 1 y AJUSTE ' AUXIL- FRECUENC.

1 L_D:_i:_o~~~ 1 LIAR

25.

La elección de los circuitos de potencia o actuadores que alimentarán a la carga, dependerá de múltiples faclores como son:

Al existir diferentes tipos de reguladores de disipación de cargas auxilia res, la alimentación a ésta puede ser obtenida de diferentes modos por los elementos electrónicos de potencia existentes, así se tienen; relés elec trónicos de controles fijos; ó los relés electrónicos controlados que pe.!: miten la regulación del paso de corriente, estos elementos cada vez mejo ran sus características por el impulso de la tecnología en semiconducto res obteniéndose en el mercado, diodos, tiristores, 6 triacs de mayor po tencia.

2.3 CIRCUITOS DE POTENCIA CONTROLADOS PARA LA CARGA.

Un contactor que puede ser de una via o de tres vfas, que conecte a la red de línea, los motores o equipos requeridos para dotar del Servicio Auxiliar.

Comparador de nivel de error de la salida del controlador, dentro de un rango de histéresis que active un contactar.

El equipamiento del Sistema de Servicios Auxiliares consiste, según el dia grama de bloques de un:

Otro de los aditamentos opcionales que aprovecharía la potencia generada y no consumida en intervalos de tiempo por el consumidor, es la de acoplar servicios auxiliares, como son: bombeo de agua, molinos de granos, calenta dores de agua ... etc. Servicios importantes pero que pueden operar en las horas de menor consumo. La Fig. {/\1) del Apéndice A, muestra una i lustración topográfica, de lo que podría ser un Sistema de Generación Elé~ trica para Pequeñas Centrales Hidráulicas, c~no la distribución al consu midor y servicios auxiliares que se podría implementar.

corriente deberá ser independiente para las tres fases, así como, el Actua dor y Cargas Auxiliares.

26.

Siendo el objetivo primordial el consumir carga, se pueden utilizar int~ rruptores electrónicos que permitan la circulación de corriente control~ da bidireccional {triac o la asociación en antiparalelo de dos tiristores) corno lo indica la Fig. 2-4.

De los circuitos indicados, la alimentación a la carga es por medio de circuitos de rectificación trifásica controlado por medio de tnterrupto- res electrónicos (tiristores), que permiten la circulación de corriente regulada unidireccional por medio de un disparo sincronizado a la linea o fase correspondiente proveniente de un controlador.

La Figura 2-3, muestra un rectificador trifásico controlado de onda completa.

La Figura 2-2, representa un rectificador trifásico controlado de media onda conectado a la c~rga.

2.3. l CIRCUITOS DE CONTROL DE UN/\ SOLA CARGA LINEAL, /\COPLAl)A A LAS TRES FASES. (12), (13).

A continuación se muestran algunos circuitos de potencia controlados, que pueden ser implementados para los reguladores de carc¡a.

Costo.

Rendimiento.

Grado de protección requerida y control.

Especificaciones de los d i spostt tvos rectificadores disponj_ bles.

Potencia a suministrar.

Naturaleza y necesidad de la carga.

27.

(.b)

R

F'ig. 2-i;-~. Circuito multir::ontac;t<) pa r a una ~et'\al ele mando a control.

R S T

SENAL DE MANDO

R $ T Ca)

SENAL. DE MANDO

Vig. 2-tl. (il} l\11\ll"-·~¡Í., C'IP un t1i,1c :l l(1 ;1~•0('i(lt:i(,11 r-u a n t' ipo1-.:1l<'ln r1<.' dn~; t i r i::ttJt'1.~n.

<b) TJiaqrnm;1 bloque del rQI{\ dP t~~lndo n(,I r do .

( b)

A2 RE L.E

At

28.

(l

(l

A2

A1

(o) A2

- o

o

~·ig. ?-.!. Rcc:tiric¿,dor Trifiíi:ico Cnn1·roli1<lO Ondil C<>mpl;¡t:.1.

La secuencia de conexión de las resistencias para conseguir que la carga auxiliar consuma el potencial requerido, dependerá de un convertidor aná logo digital que relacione la señal de error detectado, a una combinación binaria para activar los resistores correspondientes.

Este tipo de cargas pueden ser conectadas bajo la modalidad de una sola carga a las tres fases o una carga por fase, dependiendo del control a im plementarse. La relación del valor resistivo más conveniente será l ; 2; 4; 8; .... etc. con lo que se dispone de 1; 3; 7; 15 .... etc. pasos de re gulación, que se conectan a la(s) línea(s) mediante relés mecánicos o re lés electrónicos a disparo fijo.

Los circuitos de potencia o actuadores necesarios para la conexión de la carga auxiliar a la 1 fnea, depende de 1 número de resisto res que se pueden conectar en paralelo entre ellas en base a las combinaciones posibles.

2.3.3 CIRCUITOS DE CONTROL ESCALONADO DE VARIAS CARGAS FIJAS.

La Figura 2-6, resume 1 os circuitos de potenc la contro 1 ada a l'a carga de una fase.

La diferencia de 1 os circuitos de potencia enunciados a.nteriormente con los circuitos de control de una carga acoplada a fase - neutro, radica en que ahora serán tres circuitos separados por fase y donde la señal de con trol de disparo dependerá del controlador de frecuencia común o master que es compensado o ajustado por la corriente de su lfnea que va a 1a carga principal.

2.3.2 CIRCUITOS DE CONTROL DE UNA CARGA LINEAL, ACOPLADA A UNA FASE.

Como circuito de potencia utilizando varios relés estáticos, permite realizar funciones multicontacto sincronizando con la lfnea alterna la se ñal de mando o pulso de control. Pueden realizarse circuitos en serie, Figura 2-5-a, o en paralelo, Figura 2-5-b.

29.

30.

fi9. ~~-7 Circuito de conmutación de rosist<)I'eS"> fijos.

UI U2

N

REL

R2 R1

R

F i <.1. 2-6. e í rcu i tni:t do P<>t.t•rH..: i (.): (,1) R<>(; L i C 1 (:<id<~t· 1le 1'1~1'1 i ll oricl.1 (b) fl(\r-:L \ 1 i cHdt>r de u11<lt1 ,-:r):11pl cln (<.}Circuito hi<itrAt'<'iOncll c.:011 lt·.i.:i·~·· (rl) circu í l.o bidi.rc<.:rion.il '"'" tü iflL<>tO«

R T1 + R 02

-"'<;; R VR ..A.o- R v'l N N ..

T2

(O) (b)

R R

R R

-1"\.r Tr

N T N

(el ( d )

Las aleaciones de níquel y hierro son de baja resistividad y poca resis

Las aleaciones de acero cromo níquel como por ejemplo, los que contienen 17 a 20% de cromo, 7 a 10% de níquel, y pequeñas proporciones de carbono y manganeso se ut i 1 izan cuando se desea mucha precisión a el evadas temperat~ ras y resistente a la corrosión.

Generalmente más utilizadas son: las aleaciones níquel cromo, que tienen una elevada resistividad eléctrica, con coeficiente de temperatura baja y una gran resistencia a la oxidación y a las variaciones producidas por al tas temperaturas.

2.4.1 LAS RESISTENCIAS METALICAS.

la Fig. 28, muestra los rangos máximos de temperatura de trabajo que soportan algunos elementos resistivos sin que sufran variaciones de sus características o deterioro rápido.

Resistencias Metálicas CERMET Resistencias no Metálicas

Como carga auxiliar convendría que sean utilizados materiales resistivos, que son empleados comunmente para hornos industriales, elementos de cale facción, reostatos, .... etc. llay muchas categorías de materiales para re sistencias, casi tantas como de aleaciones, pudiendo clasificarse en tres grandes grupos:

2.4 MATERIALES RESISTIVOS COMO CARGAS AUXILIARES.

Un ejemplo de cálculo del valor de tres resistencias, para la obtención de siete pasos escalonados de potencia a consumir, se muestra en el Apéndice A, Tabla 6 . Un circuito en bloques de la forma de conexión se muestra en la Fig. 27 para una fase. Para la conexión de los resistores en las tres fases serán tres circuitos similares al indicado en la Fig. 27.

31.

Podrían clasificarse en base a la concentración de carbono, así se obtiene: grafito amorfo, grafito sintético y carburo de silicio. Se los puede en

2.4.3 LAS RESISTENCIAS NOMETALICAS.

Podrían ser convenientes como carga auxiliar, pero no se encuentra en el mercado fácilmente.

Las resistencias de cermet cuya resistividad varía grandemente con la te)!! peratura, así por ejemplo a medio ambiente de 35 uíl. cm, alcanza valor de 350 µíl. cm. para temperaturas de 1500°C. Puede a lean zar e 1 evadas tempera tu ras, Fig. 28 y son muy resistentes a las agresiones químicas y poseen a_! ta durabilidad.

El término "CERMET" es una contrecc tón de la expresión "cerámica metal". Los materiales que consti Luyen la resistencia son compuestos de metales y de metaloides que se presentan en forma de cerámica hecha a altas tempera turas.

2.4.2 LAS CERMETS.

En la Tabla 7 y 8 del Apéndice A, se muestra las propiedades eléctricas de los metales y aleaciones empleadas más comunmente para resistencias.

El alambre de hierro y de fundición se emplean también como resistencia, pero es menos resistente a la oxidación aún siendo galvanizado y su coefj_ ciente de resistividad es bajo.

Las aleaciones de cobre y níquel por sus características son mayormente.!!. tílizadas en instrumentaci6n.

tencía a la oxidación y conviene que trabajen a bajas temperaturas, pero son mucho más baratos que las de cromo níquel; podría emplearse como ca! gas resistivas calculadas para que produzcan temperaturas moderadamente ~ levadas.

32.

[•'jg, ~-10. ~lf;t·<•do de ~<1pot'tC' d( ... ld~ r<'~~iSt('l1Cic.1!1

Ctl• bdrrn!; rl.f' cer{iwj(·fl.

barros de ceromica

re

- -

f'iq. 2-a. ·rompcrtitur., ne t-rnht1 '10 :1c mtlt~rittlr:v u r i 1 i;-adC>H ('Cn10 1o~:intent·i.11-; {10).

o

METALES PRECIOSOS

RESISTENCIAS

NO METALICAS - CARBURO DE SILICIO - GRAFITO

- GRAFITO PURO - CERMET

( Ceram1co M•tal)

- Cr -Al

Temper. 2000 -c ro o o-e .

-Cr eo120 - Ni

- Fe

RESISTENCIAS METALECAS

- Nl-Cr-Fe

33.

o magnesio en polvo, pu~ Una ilustración gráfica

léctri carnente con las paredes del tubo por cemento den soportar hasta 800ºC ó 600ºC respectivamente. está en la Fig. 2-11.

Los elementos resistivos blindados en tubos de cobre o bronce y aislados e-

Todas estas formas de colocación son para el medio ambiente, por lo que es importante que tengan suficiente aireación, protección de los elementos con tra choques de gases, vapores o atmósferas especiales y arreglos anti-inductivos.

Otro de 1 os métodos en en ro 11 ar e 1 a 1 ambre res 1 s ti vo es en barras de cerá mica, lo que permite un mejor soporte y monor- defonnaci6n del alambre, d~ terminando que sus características eléctricas varíen en un mayor tiempo de uso. La Fig. 2-10 ilustra su forma de colocación.

La colocación mecánica, principalmente para resistencias de alambre cuya m~ lcabilidad es alta a elevadas temperaturas, convendrfa que sean en forma de paneles, donde las resistencias en espiral se encuentren en forma de f1. las, para la separación de los paneles deberá tornarse en cuenta la transmi- sión de radiación con el fin de no alterar demasiado el coeficiente de resis tividad de las resistencias y de enrollarse en formas de espiras debe exigi,r. se arreglos anti-inductivos. La Fl9. 2-9, ilustra una idea de su colocación.

Su instalación requiere de un estudio detallado, tnato por la colocación o soportes mecánicos, conexiones el~ctricas y suficiente aireaci6n.

Las resistencias a utilizarse, según lo anteriormente enunciado, pueden ser de diferentes formas fí si camen te: de a 1 ambres, bandas, barras, tubos, etc.

2.4.4 FORMAS DE DISPOSICION DE Ll\S RESISTENCIAS

Pueden soportar elevados rangos de temperatura, son resistentes a las agresiones químicas y son de alta durabilidad.

centrar en el mercado en forma de barras, tubos, espigas, ... etc.

34.

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35.

Un análisis comparativo de estos sistemas de regulación en base a la eva- luación de diferentes factores, lo resume la Tabla 9, y permite definirse con un criterio más acertado el sistema de regulación a diseñarse.

Y donde el circuito de potencia o actuador a acoplarse en el Sistema, puede escogerse cualquiera de los circuitos básicos enunciados en el ítem 2-3 para las cuatro postb i l tdade s de regulador y sabiendo además que el trata miento de las señales de control o los circuitos de regulación, pueden ser en circuitería análoga o circuitería digital pr inctpa lmente por el desarrollo de las microprocesadoras se efectuará una comparación de los sist~ mas.

Control de la disipación en pasos del arreglo de cargas fijas, por cada fase independientemente.

Control de la disipación en pasos del arreglo de cargas fijas, acopla- das a las tres fases.

Cont.rol de la disipación contínua de una carga lineal por cada fase in- depend i en temen te.

- Control de la d+s ípactén continua de una carga lineal, acoplada a las tres fases.

Considerando como alternativas mayores para la Regulación de Disipación de Carga, los cuatro sistemas enumerados en el ítem 2-?., que son:

2.5 ANAL!SIS COMPARATIVO DE LOS SISTEMAS DE R.D.C.

Una elevada protección mecánica y química.

Al estar aislado eléctricamente puede colocarse en l íqutdcs (corno calentadores de agua), permitiendo una rápida transmisión de calor o di sipación de calor.

Alta. resistividad por l onqi tud , al ser muy fino el alambre.

Las ventajas más importantes para la aplicación de estos elementos, sería:

36.

38.

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Por todo lo expuesto, se desarrollará el regulador de disipación de carga por fases con la compensación de corriente. En el diagrama de bloques del Plano No. 01, pág. 42 ó Apéndice C, se muestra en detalle los bloques a dise ñarse , siendo éstos, un detector de frecuencia tomada de dos fases, el comp! rador de frecuencia un sistema de seguridad con alarma de sobre y bajas fre cuencias, tres detectores por fase de corriente consumida por la carga real o distribuída al poblado, tres compensadores de corriente para la frecuencia por fase con compensaciones de operación P.!. O. (Proporcional, Integra 1, De rivado), conectados a sus respectivos actuadores o relés electrónicos que descargan el exceso de generación en los resistores de carga auxiliar. El sistema de protección y alarma de la frecuencia o corrientes permitirá una! decuada operación y supervisión del sistema.

costo no es elevado y puede ser menor, principalmente por los relés electró nicos (tiristores o triacs utilizados) a emplearse al requerir elementos de 1/3 de la potencia total entregada por el generador, factor que abarata los costos considerablemente en elementos de menor potencia y son factibles de conseguir en el mercado local (Ver Tabla 10) Apéndice A. así como la disipa ción del calor generado por los radiadores que soportan estos semiconducto res se lo harfa al ambiente natural y por último facilita la adquisición y

construcción de las resistencias de carga.

41.

e) Conseguir un menor mantenimiento preventivo y evitar el oµerador per

b) Control automático de carga en vez de control de flujo de agua. De esta manera no se requiere el regulador de velocidad que actúa sobre la válvula aguja, que r:odula el chorro de agua si la turbina es Pel ton, o los deflectores variables en las turbinas Francis.

a) Módulos estandar para centrales monofásicas o trifásicas hasta 400 KVA de 230/130 Voltios y 60 Hz.

Tomando en consideración las caracteristicas normales de una pequeña ce_!! tral hidroel~ctrica el diseño tiende a reducir el costo del regulador de velocidad de carga para las microcentrales, por lo que se desarrollará un tablero de control con las siguientes características:

3.2 OESCRIPCION FUNCIONAL OEL REGULADOR.

dor de carga diseñado y la definición de los circuitos a implementarse.

En base al diagrama de bloque del regulador (Plano 01) definido en el ca pítulo anterior se analizará en detalle cada una de las etapas:determina_Q do la función de transferencia correspondiente, resumiendo en la función de transferencia total que permite el análisis de estabilidad del reoula - -

3.1 INTROOUCCION.

DISEÑO FUNCIONAL OEL REGULADOR

CAP 1 TUL O 111

01 Pl..AHO H~

ESC.\'"-A.:

Fl!C:!-IA: l .qEvrSA.Ot:

DICIEMBRE/ 86 PROYECTO EJECUTIVO DETALLADO

APR08AOO: OISEK.a: 1 CH8UJO:

fng. BARAJAS L. VELASCO J.

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100 H/IOOA SWI

por el paso de la corriente iL a la carga principal to~ada del ca ble principal.

Vp = Señal de voltaje, función de la frecuencia de la red.

Vref = Seña 1 de voltaje, referencia de la frecuencia norni na 1 .

ef = Voltaje de error de frecuencia.

Vi = Seña 1 de voltaje alterno inducida por el campo magnético generado

Las etapas que involucra un regulador de disipación de carga, se muestra en la Fig. 31; donde:

3.3 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL REGULADOR.

Como no hay control sobre el flujo de agua o la turbina, el diseño invol~ erará un módu 1 o de protección de 1 a carga y de 1 regulador, 1 o que determ.:!_ na que la turbina y generador puedan soportar embalamientos hasta un 200% de la velocidad nominal.

Con estas características el módulo de control envía pulsos de disparo a los tiristores o triacs en el módulo de potencia. El ángulo de disparo para los tiristores o triacs determina la potencia disipada en la carga auxiliar. Esta potencia se regula de tal forma de mantener la frecuencia esencialmente constante, y además de la realimentación del error de fre cuencia hay una realimentación de la corriente entregada a la carga pri.!J. c ípe l lo que permite mejorar la respuesta transciente de cada fase y del sistema en general.

e) El diseño procura ser inmune a la tolerancia de los componentes, a va riaciones de temperatura, a variaciones de tensiones o frecuencias y con elementos ampliamente sobredimensionados.

d) Oe fácil construcción en el país y en su mayor parte con elementos disponibles localmente.

manente.

44.

Resumiendo los diagramas de la Fig. 1-3 y el diagrama del Sistema de Con- trol y carga de la Fig. 3-1 en un diagrama de bloques indicado en la Fig. 3-2; donde permite determinarse la función de transferencia de la frecuencia real vs. la frecuencia de referencia.

Para este análisis será necesario acoplar las funciones de transferencia del generador y turbina (Fíq . 1-3) que relacionan la potencia demandada por la carga a los bornes del generador como causa, 'incidiendo en el tor que de la turbina que repercutirá en la rotación del eje o rotor y por ende en la frecuencia como efecto.

Permite simplificar el análisis de las funciones principales que intervie nen en el proceso. Principalmente la "variable frecuencia".

( 3. 1 )

Considerando que el f1 ujo magnético <t> dado por e 1 campo oxc í ta tri z es cons tante, y la función F2<sl que relaciona el ángulo~ de disparo con el vol taje de al imentaci6n a la carga auxiliar Venus (que será una señal sinusoidal - truncada) como una constante Kr,, en un tnterva lo de variación se tendrá:

=Función que relaciona el ángulo ~ con Voltaje alterno, sobre la carga auxiliar, que se obtiene implícitamente de la corriente lrms tomado de la lfnea.

F z(s)

Fi(s) = Función que relaciona el ángulo 4- de disparo de los tiristores o triacs con el estado Vx.

Vx = Voltaje de error compensado, tanto en la parte transitoria como es tacionaria.

Vecs =Señal de voltaje de error compensado por corriente de carga para ca da fase.

V1 = Señal de voltaje en D.C. que representa la corriente ir..

45.

F'ir¡. 3-4. Voltaje de a l Iment oc í ón Ve a la carga aux í Li a r .

N

Rox

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1··ig. 3-2. Diagrama de bloques que relaciona .lu frecuen1,;l«.

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K

KP2

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+ + + + Kp, KT R Rc~SL.c -

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f' ig. 3-1. Di .1groma de b í.oquos del Regulador para una fn,;c.

LAS OTR·'TI!-~ FASES

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46.

donde: K1 Kp¡ La J

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K2 1

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que simplificando, tendremos la función de transferencia, igual a:

Se tendrá:

( 3. 4) T ~ constante

para: Egp ~constante

(3.3)

~ ~ B/J '111

( 3. 2)

Donde:

47.

Ta= Ra¡La Ra <La <a< 1

Tm • B/J . ·. J > B Tm e 1

tienen las diferentes constantes que intervienen en este análisis, se ob tiene de la ecuación (3.3), que:

(referencias 5 6 7) de los valores que Efectuando un análisis

( 3 .8) l

= f

Simplificando la ecuación (3.5), resultará:

22 Con realimentación de corriente.

(3. 7}

De la ecuación (3.5), para cuando la constante Kp2 =O se tendrá K2 =O y por lo tanto la función de transferencia, será:

¡2 Sin realimentación de corriente.

Para un análisis detallado de la estabilidad de la frecuencia, se consi derarán dos casos:

3.4 ANALISIS DE LA ESTABILIDAD.

48.

t = tiempo

Vcc =voltaje de alimentación R =resistencia en serie con e

donde:

(3.11) -t/RC

V e = V ce ( 1 e )

Para este previo cálculo, se partirá del circuito general propuesto en la Fig. 3-3, y será más fácil si se relaciona con el tiempo; es conoci do que en un circuito básico resistencia, condensador (RC) aliwentado por una fuente constante, el voltaje de carga Ve del capacitar C es i gual a:

Por todo lo anterior (Fig. 3-1), se deduce que los circuitos de control en su funcionamiento son 1 ineales hasta Vx, por lo que se requerirá obt! ner adecuadamente las funciones matemáticas de F1 es) y F2cs) que re l ac tg nan el voltaje Vx, con el ángulo de disparo u para los tiristores o tri aes y el voltaje suministrado a la carga auxiliar.

3.5 ESQUEMA DEL CIRCUITO GENERAL.

lo que demuestra, que tanto, para el sistema sin realimentación o con r! alimentación en líneas generales son ''ESTABLES" para cualquier valor que puede tener la carga principal, según el análisis detallado efectuado,en

donde tomando en cuenta un ejemplo específico para el aná lisis en los dos casos, de sin y con realimentación de corriente se uti lizaron los métodos de: Lugar Geométrico de las Raíces donde se varía la carga principal desde O< Re< .. y las Respuestas en el Tiempo para los valores específicos de Re•

(3.10) Tm <<Ta

por construcción:

( 3. 9)

49.

Pig. 33. Circuito General del Control de Carga por Fase, mayores detalles en planos 02, 03, 04.

Cl,.C.IJ•JO OC ar;:GURtOr.C>: SORA[ - CORR1f.Nlt:

y ,, e , ~Oti,(hi.Q át t1Hl$10R(S

... •• J ~r_~· ---~· t1 .. .,

n ... . 11~!' • lllCOIOOH Of;

l.H~EA. lf.ASC T

[?~ ..w. :r:B>-J

f ... ,. OtT(CTOH Y

'''' (ONAtt~TI! Ot

. .. •• .. .. ,, .........

.. .. ... , 1

. .. ~B

.. ••

.. : : G .... - ... v·~·..{\>/'-·..,·

••

C•HCOlf~ 01! ~lr«;o1o110A{): $0&kf. .Ór fl'l'tGV((;IL

, ....

'L1Ír]· tll,l/J ••O ... 1 ... ~

50.

que relaciona el ángulo de dt sparo con el voltaje de error Vx, a= F1 (Vxl, y se puede determinar para una alimentación de voltaje a la carga aux í-

1 iar (Ve} de la señal sinusoidal truncada por el ángulo de disparo de los tiristores (a) igual a:

( 3. 16) (en radianes) et = w RC Ln ó

(3.15) (grados) et = 360 f . RC Ln

despejando a de las ecuaciones (3.14) y (3.13), se tiene:

t = tiempo de disparo en segundos.

para: et= ángulo de disparo en grados. f = Frecuencia de la red, 60 Hz.

360 f ( 3 .14)

Relacionando el tiempo, con el ángulo de disparo a de los relés electr6 nicos (Fig. 34), se tiene:

(3.13}

para; t = T1 fase R; t = T2 fase S; t = T2 fase T, de donde:

( 3 .12}

En el circui~o (Fig. 33), el voltaje Vx para las distintas fases, serl:

51.

Refiriéndose al circu'ito general de la Fig. 3-3, éste responde al diagr~ ma de bloques presentado en la Fig. 3-1, por lo que detallando en blo ques los circuitos a diseñar (Fig. 3-5), permite desarrollar los circuitos

3.6 DISEÑO EN DETALLE POR ETAPAS.

Nótese que dependiendo de la Potencia de Generación (para baja), podría usarse, en vez de los tiristores T1 y T2 un triacs de suficiente corrie~ te. La Tabla 10 del Apéndice A, muestra tipos de relés electrónicos para diferentes potencias de disipación de carga.

Como se indic6 anteriormente la forma de controlar la carga será por fase, y se escogerá el control AC por ser más barato, como lo muestra la Fig. 2-6 c 6 d), donde la señal sinusoidal truncada de alimentación será como lo indica la Fig. 3-4. (Pág. 46).

con lo que, se obtiene larnis en función de Vx.

(3.Hl)

Concluyendo, que teniendo el voltaje de error compensado Vx se obtiene la alimentación controlada a la carga Vcrms o lo que es lo mismo la co rriente de alimentación lax·

que relaciona Vcrms/a = F?.{et)

A

V = voltaje pico de la red de alimentación.

Vcrms =voltaje de control para carga auxiliar.

oara: et= ángulo de disparo.

¡¡ 2 (3.17)

A

V 2 (ll-a) +sen 2 a

52.

(3.21) v1 = V sen wt = 15 lzsen (377 x 2,3 x 10•)

- ·· T1 = 2t = 4,6 x 10 seg

360 f ( 3. 20} t =

Si Ctmín = 5º. se tendrá:

para Vb n0,2 + 017 = 0,9 V

{3.19)

Q1 conduce cuando:

El circuito propuesto en la Fig. 36, se observa que en cada cruce por cero de V, existe un cero en Vi que tiene una duraci6n de T1 y da el~ <:t mfnimo y máximo, esto es cuando t =O el<)'.' et comienza el pulso V1 en T1/2 y en t = 1~0 ~ se tiene el ~ a máximo.

La manera de conseguir el sincronismo, es el método propuesto en el dia grama general. También se puede usar el dispositivo UJT ó el PUT (10) que además de sincronizar a la red, permite obtener una rampa variable que genera el <:)'.a de disparo.

Puesto que se requiere disparar tiristores o triacs, es conveniente que el ángulo a de disparo, esté sincronizada a la frecuencia de la red (60 Hz) y de la fase a conectar.

3.6.1 Sincronización a la Red.

en partes del todo.

53.

CARGA AUXILIAR

Ve.

MOOUL.

OSCILA.

54.

Fig. J-6. Circuito y tieii~1lcs de si.ncr.onizaci.ón .::i la red.

v, ....

FORMAS V OE

Ol'lDAS

' o ¡v~ 1:r-; 1 1

Vcc

FASE R TRr º' Rn

~

v, º' l'lEUT. Ot Ce

F' i9. 3-5. Oi.19r1tm11 <lo bl<iqnet de e i rt:\t i tos " rtiseíiar.

BLOQUE DE SEGURIDAD

lrd ~---....--...¡~ ~-1---~

FILTRO 1--..¡0 MEO. CORRI.

CON VER.

SINCRO NIZA CI.

GENER. RAMP!l SENAL REFERE

,_ ----" m

Est.o genera una corriente de descarga, igual a:

( 3. 24 J 1 R33 = 2 ,2 KQ 1

Cs t

= - = ---- = 2,3 Kn 0,1 X 10-6

T Para Ve = 15 v la descarga Tdescarga = R33Cs = -f• tomando Cs = O,luF:

Los valores adecuados de R1 y R2, hay que relacionarle con la etapa de descarga del condensador C5 en el tiempo T1_

2

1 R a = 47 KO 1 le Vcc

(3.23) =- R,

le 15 V ~ 3, 19 X -· = 10 Amp.

4 7 KO

donde un R, alto para mayores detalles en Apéndice G 20 , que 01 se sature satisfactoriamente:

o = 180

le = O ,6 Amp.

Para un transistor 01 = ECG 159, cuyas características, son:

(3.22)

La relación del divisor de tensión:

55.

Este yas características se encuentra en el Apéndice B 8.

Para suplir estos requerimientos es conveniente usar un solo circuito in tegrado (C.I.), expresamente fabricado para la conversi6n frecuencia voltaje, o pulsos de giro a voltaje continuo y se escoge el LM 2907 N cu

Existen varias formas de detectar la frecuencia, básicamente conviene t! ner una señal de voltaje que represente la frecuencia, esto es un conve..!:. tidor frecuencia voltaje OC. Este convertidor puede realizarse de va rias formas, sin embargo, hay que tomar en cuenta que en determinadas circunstancias, puede existir la necesidad de sensar la frecuencia no de la red sino del giro del generador o turbina (para el caso de conexión en paralelo de generadores), luego este bloque debe ser flexible a ca!!) bio de sensor o convertidor y trabajar con señales de fácil acoplamiento a nuevos sistemas.

3.6.2 Detector de Frecu!!~iay Error.

(3.26)

de la ecuaci6n (3.22), se tendrá:

(3.25}

= 3, 96 K!l = ,9 V

=

Ve 15 le =- = = 6,82 mA.

R33 2,2 Kn

le 6, 182 X 10-5 10-4 ~ la = = = 2,27 X Amp.

(3 sat 30

56.

9v VF R, = ----- = -------- & 15xl20x0,lxl0

Si C2 = 0,01 uF / 25 V, según ecuación (3.27), R., será:

(3.28} 50 KQ < R4 < 10 ~~l

según fabricante R, < 10 Ma

VOUT 9 V R, = -- • -- = 50 Kil

IP 3 180 pA

!pin 3 • 180 µA y si VF • 9 v a frecuencia máxima de 120 Hz.

También hay que tener en cuenta que la corriente en el pin 3 (conector 3) es, !pin :i R, • VouT máximo requerido;

donde K ª 1 para trabajo normal.

( 3. 27)

Oc acuerdo al fabricante:

La circuitería periférica del C. l. LM 2907 N para convertidor de frecuen cia a voltaje se indica en la Fig. 37; nótese los pocos elementos uti lizados.

El circuito tacométrico o detector de frecuencia y comparador será único para todas las fases, por lo que se requerirá la construcción de un solo módulo.

C.!. es fabricado para aplicaciones industriales y tiene muchas aplicaciE nes entre ellas la tacométrica, de manera sencilla y con pocos elementos extras.

57.

( 3. 32) ó Vr = .! 0,45 v.

ó f;n = _: 6 Hz/2 = _: 3 Hz

f;11 mín = 120 5% = 114 Hz + VF111 = 8,55 v

f; n rnáx = 120 + 5% = 126 Hz -> V f"n = 9 ,45 v para:

f;n = 120 Hz +

Los rangos de variación de voltajes, por la gran linealidad del C.I., se rán:

(3.31) C3 = ..!Q µF 2Sv (electrolftico) Un valor adecuado;

• 6,75 pF

,01 2 e, = -

0,01 X )0-6 15 X l 20 X 01 X l 0- 6

---- ( l - -------) 180 X 106

15

despejando de la ecuación (3.30), resulta:

para: C1 • C,, ; Vriz = 1% Vpp ; lpin 2 = 180 µA.,

( 3. 30) Vcc f;11 X C1

l vpicopico

C3 permite minimizar el rizado, y aplicando la ecuación dada también por el fabricante, se tiene:

( 3. 29) R., z 500 KQ j C2 = 6,01 µF

58.

Para determinar K1 conviene averiguar el máximo valor de ef' el cual de pende de Vx; si la ganancia intermedia entre ef y Vx es l, luego Vx de termina a ef.

donde P; puede ser un potenciómetro, que ajustando a 2,58 Kíl o hasta que Vref = VF mominal.

p, = o - 5 KQ R, = 5 Kl1

adoptando

(3.35) 0,667 R, = R6

R1 Vref = 9 V = - 15 V --- R, + R6

Para un Vref s Vf = 9 V ..;• a f • 120 Hz, se tendrá un divisor de vo..}. taje

K1 • Rg/Ro gananci~ del error. donde:

( 3. 34)

Para obtener la señal de error de frecuencia ef• la variable VF se res tará de una señal referencial, como sigue;

1 Rs = 10KQ1 (3.33)

Se adopta un valor, dado por el fabricante:

5 mA - 1,8 Kíl

9v

Para una buena linealidad del transistor de salida del C.1., se tiene que:

59.

Para conseguir estos dos objetivos, sin que la detección sea alterada por desconexión del medidor, se diseña un circuito transmisor que seco nectará al transformador de corriente T.C. Esto se logra con el circui to propuesto en el diagrama general (Fig. 33) o extrayendo el circuito del detector y medidor se ve en la Fig. 38.

Se puede conectar un medidor de corriente (Amperímetro) y obtener una in dicación de la corriente iLrms·

Por razones de desacoplamiento de la red, se usa un transformador de co rriente T.C. para sensar la corriente de línea de la carga principal iL.

3.6.3 Detector y Medidor de Corriente de Línea.

Para un K1 entre 10 y 15. se tiene:

Rg + P9 K1 = s 10 a 15

Ro

Si: Rs = 50 KQ R9 • 500 KQ P9 = o ... 250 K (* w) ( 3. 37)

Como KL = 22 ,22, para obtener Vx = 10 v para un corrimiento máximo de frecuencia.± 3 Hz, se bajará esta ganancia con una posibilidad de ajuste a K1 =} 22,22 ° 11,11, adoptado KL = 10 del análisis efectuando con la simulación del sistema, dejando la variable corriente v1 que tenga mayor influencia en el control.

ef 10 V K1 = ~ ( 3. 36)

vref - VF" 9 - 9 ,45

K1 ~ 22,22

Con un Vx = 10 v = 1ef1 o un error máximo; reemplazando en (3.34), se obtiene K1.

60.

Vi • voltaje f(i) inducido por T.C. !TC = corriente inducida

donde:

(3.40) y

(3.39)

Por lo tanto el voltaje de corriente V1(rms) para medidor y control será:

El T.C. deberá tener una relación 200/5, según referencia de Tabla B. en Apéndice B 2 se elige entonces un T.C. de la SIEMENS; 4 NC1122 2DC20 de 200/5 que tiene una 'potencia entregada de 5 VA para carga.

= 170 ~9 Amp. 50 )( 103

I¡:, =---·--- 3 X 180 X 0, 7 5

Corriente de línea IL máxima de ecuación (3.38)

12 CASO: P1' = 50 Kw.

Tomando como ejemplo de cálculo, dos casos de Potencia de generaci6n de P.C.H., así: El valor máximo de generaci6n de una microcentral 50 Kw, y el valor medio de una minicentral 100 Kw, para un voltaje entregado por el generador de 130 voltios; y un factor de potencia extremo cos .p = 0,75, se tendrá:

(3.38) IL =------- 3 . Vr,ti . cos .p

P total

Para determinar T.C., es necesario conocer IL máximo por fase;

Se puede también usar dos T.C., uno para control y otro para la medici6n aumentando el costo.

61.

f'i'). 3-8. Circuito detector y meet í do r de corriente de línea.

-Vcc

AMPl!:RIMET. A.C. DE TERMOPAR v.

COMPARAD-

IOKn

Raa v,

Rn

Fo., R

Fiq. 37. Convertidor de fronuAncS& volLaje y <lot.octor <le error.

62

+ Vcc

Vcc

Re

C.f. R'r Ro Ro '• Rr

frn C1 ....... • VF R4 Ro 61 e1

T

v. RH

63

= Vi=l,Iv. Si I L = 200 Amp .

( 3 .44)

Virms = 0,94 v a corriente IL máxima

V;rms = !,re R,rc = 4,27 A x 0,22 Q

El voltaje V;, será por tanto

(3.43) R,rc = 0,22 Q (5 a 10 W)

4 I~ ·-·--- (4,27 A)2

despejando:

(3.42) 4 VA= !2 RTC X l re

Potencia inducida (S,rcl del transformador 5 VA= P cos $, donde cos ¡p =1 por ser una carga R,1,c resistiva. Si se toma en cuenta la caída de 1 VA en bobinado, se tiene:

I 170 1 9 4 27 TC = = • llmp · (máx) M 40

por lo tanto:

(3.41) 200 - = 40

5

Siendo la relación del transformador:

R,rc = Resistencia pura ( ±. 1% )

R23/R22 =Constante de ganancia

64.

P = (V ce V 1 ) 1 e = ( 15 - 1 O) v. 200 mA z: 1 l•/.

los transistores Q2 y Q3 deben soportar una corriente le= 200 mA como máximo, a una potencia P igual a:

R5 será un potenciómetro de 50 n de 3 5 W ajustado a 41,36 Q. y el ª!!l perímetro escogido (termocupla) es de la YEW 2114 de AC de plena escala 200 mA, más características en Apéndice B- l.

(3.47) = 41, 36 Q Rs = --- 200 mA

El máximo voltaje sobre el amperímetro será cuando IL = 200 Amp, de la ecuación (3.45) se obtiene V1rms = 8,272 v y la resistencia Rs, será:

El segundo A.O. permite desacoplar la medici6n del control. Se usa un circuito de seguidor emisor para alimentar el galvanómetro. Si 11, va ría de O - 200 Amp., para tener una relac16n directa del dial, se escoge un amperímetro de o 200 mA, luego cada mA corresponde 1 Amp. em lv

R22 será potenciómetro de 50 KQ, ajustado a 39,9 Kn o hasta que V1 sea 7,071 v cuando Vi = 0,94 v.

Para R23 ~ 300 KQ, será R22 = 3oo KQ = 39 9 KQ. 7 ,52 1

(3.46)

0,94 (3.45} = = = 7,52

Se desea que V 1 = 10 v pico, por tanto V1 = 10/ 12 Vrms = 7 ,071 v , 1 a relación de ganancia para Amplificador Operacional A.O., A5, será:

65.

El circuito detector de corriente a la línea, medidor y obtención de la señal V1 para el circuito de compensación, requerirá que sea normalizado sus características para acoplarse a las potencias de generación requeri da, por 1 o que e 1 pote ne i ómetro R2 2 permitirá e 1 ajuste de los rangos de s~ ña 1 de ooerac i ón y 1 os indicadores de corrí ente de carga serán 1 os mis

el 2Amp. amperímetro, representa con 1 o cua 1 por cada mA que marca el

Lo demás queda exactamente igual. dob 1 e, de lv

Nótese que cambia unicamente la relación de corriente, siendo ahora

Sin alterar todo el circuito anterior, esto es que V1 • 7,071 vrms• con el mismo ampedmetro y demás elementos (se puede ajustar el detector P2. raque V1 = 10 voc sea máx. para c max , ya que solo cambia el circuito de potencia). Entonces basta cambiar el Transformador de Corriente T.C. ahora deberá colocarse uno de 400/5 y se escoge de la SIEMENS: 4NC1325 2DE20 con 5 VA de potencia inducida, igual al T.C. del ¡g caso. Más de talles en Apéndice B-2.

100 Kw 1 L ª = 341 , 9 Amp,

3 X 130 X 0, 75

De la ecuación (3.38):

zg CASO: PT ª 100 Kw.

Ambos son complementarios y más detalles de sus características en Apén dice B- 20.

Q3 ~ ECG 211 con le= 1 Amp (pnp) p ::: 1,33 \~

y

Q2 • ECG 210 con lc = 1 Amp (npn) p ::: 1,33 w

los transistores:

66.

10 AV 10 AV Ce = = = ( 3 .48) = 4, 16 µF

l mA ·zio 10 X 0,1 (v)

i;Q i lit

El capacitor C8 es el filtro de sequimtento para obtener V1oc' de una fórmula empírica, se tiene:

ini de A61 en el momento de salida bajo:

permite 1 imitar 1 a corriente de del sistema y su valor debe ser

ajustado a 25 Kn, con el fin de tener un elemento de calibración de la corriente.

Pis = un potenc i 6me tro de 50 KQ

R2s = 75 Kíl donde:

y

2 50 KQ Considerando R2, = 100 KQ;

De la ecuación (3.45) se tiene que, V1 • 7,071 vrms o el valor pico V1 = 10 v pico Si se busca que VImáx = 10 Voc la ganancia de A, y At debe rán ser por lo tanto unitarios.

Al trabajar en los circuitos de control con señales contínuas, deberá convertirse la señal alterna Vi del circuito detector de corriente as~ ~al de voltaje contínuo Vr proporcional al estado de corriente de la lí nea. Se realiza el circuito indicado en la Fig. 3-9, donde se obtiene el módulo de la información y un rectificador de seguimiento de picos.

3.6.4. Circuito Compensador de Corriente VI.

mos, cambiando solamente el factor de multiplicación y su calibración se logra ajustando el potenciómetro Rs·

67.

Simplificando:

(3.50)

, R12(S(Ru+Rl0)C,,+l) Vx = - [- ef ---------] + Vr

R10($ C,, Ru + 1)

A la salida de A7, se tiene:

Se calcula R9 = 100 1<;1, por mantener en lo posible resistencias del mil mo valor, para facilitar el mantenimiento.

El circuito propuesto en el diagrama general {Fi9. 3-3), consiste primero de un inversor del error, un compensador P.D - sumador y un limitador de Vx, se muestra esta parte en la Fig. 3-10.

Que permite ajustar 1 a es tab i 1 i dad relativa y ve 1 oci dad de respuesta. IJ!! plica ajuste de la ganancia Kp y derivada Kd en el error de la frecuencia y corriente.

12 CASO. Compensador Proporcional - Derivador P.D.

Para el caso específico de regulador de carga, donde los circuitos de control son enteramente electrónicos y por lo tanto su rapidez de respue1 ta es una de las grandes ventajas, convendría tener elementos de ajuste en los siguientes casos:

Del análisis efectuado en el ítem 3.6.4, y del estudio de estabilidad comprobado se observa la factibilidad de implementar compensadores con el fin de mejorar específicaciones de funcionamiento como son: exactitud, estabilidad relativa o velocidad de respuesta.

3.6.5 Circuitos de C_ompensación P.D_. ó _P.O._~.

(3.49) C0 = 4,7 µF

68.

Permite un mejor ajuste de funcionamiento, al incidir en la estabilidad

22 CASO. Compensador Proporcional Integral Derivado P.l.D.

( 3. 54) Kd - Ki

<l>m = arctag. ( , )w111 1 + Kd K; wm

y

(3.53) 1 1 1 Log wm = - (Log - + Log - J 2 Kd Ki

La contr tbuc tén que permite este compensador está determinado por medio del máximo avance de fase cj¡m que se puede obtener en la red a la frecuen cia um. Analíticamente <l>m y tom puede relacionarse con los parámetros Kd y Ki del circuito, siendo igual a:

por lo que: wd < wi, demostrando el predominio del derivador y esto se conoce en la teoría de control (5:7), corno un "Compensador de Adelanto de Fase"; la ubicaci6n de los polos y ceros, así corno su ganancia dependerá de los elementos que se instalen según ecuaciones (3.52). La representE_ ción gráfica de la función de transferencia de la red de adelanto de f,i se tiene un cero real en: S • - 1/Kd y un polo real en S = - l/Ki. (Fig. 3-11.a) o en términos de frecuencia, por medio del diagrama de Bode esta red tiene dos frecuencias de ruptura que se observa en la Fig. 3-11.b.

(3.52)

' Kd S + 1 vx = - Kp ( ) (V1 - ef) Ki s + 1

donde: Kp = Ru IR10

Kd = (Ru + R10} c, = 1 wd

Ki = R11 c. 1 " - Wi

wd 1 wi 1 = y = C,(R11 +R10) C,, Ru

( 3. 51)

69.

!'ig. 3-12. Esquellla simplificado del controlador P.I.O.

V1

-et

R¡o

R

1 R10

Kd S + l Kp (

K i S • 1

b) Dil\\.RN1A DC: BODE

M) P{,l\NO 01': S

4- 90 <l>m

l09W ..L - ..L l<I Kd

- - - - -- - - ""!=--:::--:-- -- ,. l<p 1 VI ~~et 1

Fig. 3-10. Circuito compensedor P.D. Sumador.

LIMITADOR SUMAOOR COMPENSADOR INVERSOR

Vi R10

Ru e ~ R14 Z1

v. Rll' R11 C

RI ª' R12 1_1 ft R10

Re

70.

expresada gráficamente (Fig. 313), en el plano de S y el diagrama de BQ de el controlador P. I .D., se observa que los controles de ajuste Kd y Ki

( 3. 58) 1

(1 + S Kd + - ) S Ki

controlador Vx frecuencia~ del ef La función de transferencia de error de P.J.D., será igual a:

y para corriente, igual a las ecuaciones (3.50).

( 3. 57)

Kp R12 =- R1o

Kd • R1~ e, 1 c4 Ki = R 3 5

donde:

R11 C,, S + 1 ( 3. 56)

Simplificando la ecuación (3.55), con respecto a las constantes de ajuste , se ti e ne:

( 3. 55) ( S C.(Rll +R10) + l) -------V1J

R12 1 Vx = - - [( SR10C., +--- + 1) Vf+

R10 S C4 R3s

La Fig. 3-12. muestra el circuito simplificado de un controlador P.l.D. en paralelo, donde la señal Vx será igual a:

relativa, velocidad de respuesta y corregir el error estacionario de la frecuencia, que se logra con el ajuste de la ganancia Kp, derivada Kd e integral Ki del error de la frecuencia, así como está incorporada a la señal de corriente con la compensación proporcional, derivada del 12 ca so.

71.

Fi9. 314. Controlador Electrónico P.l.D. en Cascada.

b) DIAGRAMA DE BLOQUES

v. 1 1-+ Sid i-...--1 1 + Síi K Vt _ et

a) CIRCUITO ELP.CTRONICO

Cd R1 v.

R Co

Rt

F'i9. 313. Representación gráfica de la F. T. • Kp ( l + s Kct +-1) S Ki

Ju! 7

~ ~ 7

20LOf -~ ~- 1 " / 1 1 ;,+-. 1 1 / 1 ,1

111<1 1/l(d n

a) DIAGRAMA EN EL PLANO S loow

rr1:

b) OlAGRAMll DE BODE

72.

a) Disparo en Corriente Continua.

a} Corriente continua b} Corriente alterna c) Por impulso único d) Por trenes de ondas o impulsos

Siendo el sistema utilizado para disparar los relés electrónicos, la a plicación de una señal en la puerta (Get ), se distinguen cuatro modali dades de disparo (12), según la forma de la señal:

3.6.6 Circuitos de Gobierno: de Tiristores o Triacs.

Considerando las características que cumplen cada controlador, la selec ción del sistema de control es usualmente un compromiso entre la calidad del control que se desea y el costo del sistema de control. lconómica menLe hay mu.Y poca diferencia entre un controlador P.D. y uno P. I.D., de 111000 que en el caso de estudiar procesos y sus per tuebect ones que no sean bien conocidos, puede ser más convení ente construir el controlador 1>. I .D. para tener así un compensador de mayor flexibilidad en el con trol del proceso.

( 3. 59) l

(l + -- ) $ T¡

- e

También es posible diseñar o encontrar controladores electrónicos P.I.O. en cascada, como lo muestra la Fig. 3-14 .a, y cuyo diagrama de bloques correspondiente está en la Fig. 314.b. Su función de transferencia se rá:

deberán tener un rango de variación, donde Ki >> Kd para tener una ac ción de corrección de mayor número de interacciones o que tengan mayor efecto de ajuste. Cuando K; > Kd se le conoce como Controlador Asimé trico.

73.

La potencia de ataque máximo de pico PGFS(máx)' puede aumentarse a condición de no sobrepasar la "potencia media" de puerta.

La excursión inversa de la tensión de puerta debe permanecer infe rior al valor máximo admisible, lo que explica la utilización del diodo de protección D.

Para el cebado en C.A., el circuito básico pasa a ser el de la Fig. 316. En este caso:

b) Disparo en Corriente Alterna.

(3.61) ) . RG(máx) Rs(mfn) + RG(máx)

2 V S(máx) = ( --~"""---- p Gf'S(máx)

La Potencia máxima disipada en la puerta (PGFS), si Rc(máx) s Rs(mín) es:

Rs =resistencia de carga a la puerta. 10 y V0 =Punto de trabajo de corriente y voltaje en la pue.r:

ta.

donde:

( 3 .60)

El valor mínimo que debe tener la tensión del generador Vs, será:

El montaje de la figura 315.a, representa un circuito clásico de dis paro. Si se traza la recta de carga de 1 circuito de disparo, debe cortar la característica de puerta en la región marcada "zona prefe rente de cebada", lo más cerca posible de la curva de la potencia de pico máximo admisible (Fig. 315.b). La derivada de la corriente dic/dt a de ser del orden de varios amperes por segundo a fin de re ducir al mínimo el tiempo de respuesta.

a) Disparo en Corriente Continua.

74.

Fig. 3-17. Tipos de señales de disparo aJ tener <tesfas<1n,iento ñe V y I.

t (d)

Ce> t 1

_¡ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

tJ\/\AAAAAA~' WMMJM 1 'AfvlMM --1 L!L:'LV...V .V V-1-, 1 1

( b)

V 1 --, ,.- / , ... /

/ ' / Cal ' / ' / ,/ '

/ ,.

Fig. 3-16. Circuito do cebodo on c.11.

V'V

RI

o va

1··Jg. 3-15. Circuito <le cebado en e.e. (fll Determinación del. punto de runcionnmionto <lel t.Lr t suor en o I cccado en e.e. (b).

b)

POT. MAX INSTAl'HANEA a)

CARACT. DEL TIRISTOR

JTENSION DE / 1 PICO MAX - - /

/ /

/R1(mo•J

v. Eo

+~--.J v. v.

- ...,.

75.

Disparo por impulsos alternativos y negativos.

Disparo por impulsos siempre positivos (12 y 42 cuadrante) Disparo por impulsos siempre negativos (22 y 32 cuadrante)

Para el triac, el impulso de disparo debe presentarse a cada semipe ríodo, pudiendo ser indistintamente de polaridad positiva o negativa. Hay que considerar tres casos:

En el caso del tiristor el impulso debe ser positivo con relación al cátodo. Cuando se usa alimentación en C.A. el impulso deberá interve nir al menos una vez en cada período puesto que el tiristor se desce ba al término de cada semionda positiva de la corriente de carga.

Finalmente, se reduce la disipación debida al incremento de la corrien te residual en las proximidades del nivel de cebado.

Los impulsos deben ser de una o varias decenas de microsegundos de du ración según el tiristor y se puede considerar como un circuito en e.e. El cebado por impulsos permite una potencia de pico superior a la potencia media de puerta a<*nisible y pueden aplicarse criterios de tolerancia más amplios al circuito de disparo. Además, es posible re ducir a un valor mínimo el retardo entre la se~al de puerta y la sub.i da de la corriente de ánodo, lo que permite tener una sincronización muy precisa.

c) Disparo por Impulso único.

que representa la potencia media máxima disipada en la puerta durante un período completo.

(3.62) Vs(máx) I .¡:¡' --'--'--- ) Re Rs(mín) + RG

1 = [ -

2 PGAV(máx)

El valor de Vs(mín)• es entonces el mismo que la ecuación (3.60) P2. ra disparo en C.C. El valor de Ys(máx) viene dado por:

76.

En el item (3.6.1) ecuación (3.24) se calculó R33 que descar~a el capac_i tor C5, para lo cual se e scoc í ó e, = 0,1 11F, entonces usando la sigui en-

Las oscilaciones que aparecen entre a y n, podrían ser perjudiciales, por 1 o cual se prevee 1 a resistencia R1• en paralelo con el A.O., que permite qenerar una histéresis adecuada, para prolongar la duración de los impul sos y efectuar posteriormente una modul aci ón de pul sos.

Las formas de onda involucradas en el circuito, están indicadas en la Fig.

319.

La sef'lal Vx 1 imitada se compara con una rampa, esto genera pul sos que v2_ rían de acuerdo al estado o señal de Vx. La señal rampa puede obtenerse de distintas formas, una de el 1 as es 1 a propuesta en el circuito general, que está sincronizado con la red, extrayendo dicho circuito (Fig. 3-lB) para su análisis.

La solución de este último caso, presenta la ventaja de consumir poca energfa, en valor medio, del circuito de mando. l:.ste caso es el que se ·irnplementu para el disparo de los t ir í s tores o triac.

O bien ampliar la duración de cada impulso (Curva C);

O bien enviar trenes de impulsos repetí ttvos hasta el término de cada semi-onda (Curva d).

Para evitar este fenómeno es necesario:

En el funcionamiento en C.A. con cargas principalmente inductivas y

un triac (o dos tiristores montados en antiparalelo}, la corriente en el elemento inductivo persiste algún tiempo después de la vuelta a ce ro de la primera semi-onda de tensión en la que se produce el cebado, por lo quo resulta un rectificador de corriente que puede deteriorar 1 os e i rcui tos conectados en 1 a rama. Esto es lo que muestran 1 as curvas correspondientes de la Fig. 3-17, en a) y b), para los impulsos de disparo respectivos.

d} Disparo por trenes de ondas o impulsos.

77.

En 1 a Fig. 3-20, se muestra la forma de onda V2, si a esta señal se le invierte, se tiene la señal V2 indicada en la Fia. 3-21, y si dentro del

3. 6. 7 e i rcuito Modulador y Optoacopl ad..2.!>

positiva sol amep R16 ~ ,47 Kn es

Los diodos 01 a sal ida de A3, permiten obtener la parte te, R16 sirve para polarizar rapidamente estos diodos. conveniente.

Conviene colocar un potenciómetro para Ru de 100 Kn ajustado a 71,6 Kn o hasta que C5 se cargue 1 os 10 V cuando Vx está en max, en un tiempo de 7 ,86 sen.

=7,!6lxlO"Q (3.65)

6 15 0,lx 10 lm---

15 - 10 Vcc Cs Lm-----

Vcc - Vxmáx

= 7,867 . 10-I T¡

tiempo a cumplirse en la caree del capacitar hasta alcanzar los 10 v , por tanto de la ecuación 3.63, se determina R1s, que será:

( 3. 64) 7 ,867 m seg 10º mseo - --- = . 360-X 60

T¡ = 8,33

Tomando en cuenta los 5° al inicio y 5° al final, por sincronización, se tiene

= 10 v , se obtiene, que r , = -1- = 8,33 mseg. 2 X 60

para Vxmáx

( 3. 63) Vcc

T 1 = RC lm ( --- ) Vcc - Vx

te ecuación que representa la caroa del capacitor, se tiene:

78.

79.

fig. J-?O. señ<.ll inverti<la de V2 y modu l ade .

> O( + t 11111 11

-1 v.

t íl íl íl íl ílíl íl íl v.

riq. 3-19. Formas de Onda del cJrcuito de la Fig. 318.

V .. 2 1 - • 1 l 1 t

r 1

~~..Lf''--~~~ •

v. 1

...-""' _ .. ¡ 1· ,

,- - - ..,.........,,...,

1

1ov Vx ,.. ••

v. <• 1

1

1 1 t

~ T -~ ,rr rr

F'ig. 3-lB. Circuito de disparo en fnnci6" de Vx y la sincronización de l<t red.

' 1 R1-. 1 R141 "--,/\/'- -' Zt

v. Vx

v~Raa

La señal V3 ingresa a un amplificador de corriente que activa dos "led's" de fototriac's, éstos colocan los pulsos de disparo a la etapa de poten cia. Los fototriac's tienen la función de aislar la tierra de los cir cuitos de control con la etapa de potencia.

por tanto R1, sería:

l R11 = = 4,55 Kíl

2,103 X 0,1X10-G (Ln 1 + 2)

R1, = 4,7 Kíl

y { 3. 66) Ria = 47 Kíl

f • 1 KHz.

para una malla como la indicada en la Fig. 321, para los datos:

{ 3. 65) f = --------- 1

La frecuencia del oscilador está dada por la relación:

La compuerta "NANO" a utilizarse es un C. I. tipo U = MCM 40118 o ECG 10118, mayores detalles de sus características se encuentran en Apéndice 8- 15.

El oscilador podría ser implementado de otra manera, pero conviene este circuito por generar onda cuadrada y se si9ue usando amplificadores ope racional es.

intervalo a~ n, se introduce una señal de alta frecuencia {1 KHz) se tiene V2'. Es el objetivo del modulador y oscilador que se consigue con el circuito propuesto (Fig. 321).

80.

La corriente de base será:

El transistor Q es un 2N 222211 o ECG !23A con las siguientes caracterís._ ticas; le = 0,8 Amp, B = 200, r = 0,5 \L Mayores características en Apéndice B- 20.

::: 1 H

P0 = (50 mA)2• R21 = 0,44 \~

La potencia a soportar:

R21 R 130 Q (3.68)

8,8 V R21 = • 130 íl 12 50x 10-3 A

para i = 50 mA y Vcc - ? Vt.r::o-Vsl\T" 15 - 6 - 0,2 • 8,0 V se ten- r.so drá:

(3.67) i i~i::nrms

Como 1 os pul sos son cuadrados, se puede demostrar que:

más detalles de sus carec te+ts ttcas en el Apéndice B- 25.

VDI = 250 V

TRTAC IRMS = 100 mA

VLFm = 3 V lp = 50 mA LEO

Se escoge, para el fototriac el tipo ECG 3047 cuyas características son:

Existe la alternativa de usar transformadores de impulsos para efectuar

este aislamiento.

81.

Al ser el circuito de potencia, el actuador que controla la corriente de carga al sis tema auxiliar, deberá ser norma 1 izado para 1 as potencias de generación requeridas por lo cual se tomará tres ejemplos de cálculo p_e. ra los ca sos de potencias indica dos en el i tem 3. 6. 3 (Detector de frecuencia y error).

Puesto que cada tiristor trabaja en 1/2 ciclo, basta calcular los elemen tos involucrados en uno de ellos y se repetirá para el otro medio ciclo cambiando 1 a polaridad.

potencias totales de 50 K~J , 100 KW. y 20 K~i. El diseño responderá para

El circuito de potencia puede tener dos alternativas, con tiristores ca!)_ trapuestos, o con triacs (en paralelo si la capacidad de corriente no es suficiente). Ver Tabla JO Apéndice A7.

Está compuesto por la etapa de disparo, tiristores (ó triac's) y la carga auxiliar, como lo indica el diagrama general (Fia. 3-3) 6 para su d.i. seña que se repetirá en las tres fases según el circuito de la Fig. 3-22.

3.6.8 Circuito de Potencia.

le 50 ntA IB = -- = --- " 1,67 mA. (3.69)

13$}.\'f 30

vbe 0,7 V R20 =-- = ::: 4,19 Kíl

1B/JO 0,J67 mA

R20 = 4,7 Kíl (3.70)

Vcc - Vbe 15 - 0,7 R19 = - - • 8,56 KQ

la 1,67 mA

R19 = JO Kíl (3.71)

82.

Por recomendaciones de fabricantes, a este valor lRMs hay que rnul tipl i- carl o por un factor de seguridad de por 1 o menos 2, 5, antes de escoger

(3.75) = 90,65 Amp.

= ] 28 ,2 12 2

El tiristor T1 (ó T2) debe soportar una corriente mínima

(3.74) A

i I = - RMS-r1 2

= -- ] 1 ' 1 - - sen wt 2w o r. t 1

() 2

1/]20 .L/120 60 i2

o

A7 i sen2 Ci>t dt

(3.73) A

donde: i I' = l /,ti i' dt ){MS '1'¡ T

Para escocer los tiristores T1 (ó T,), requerimos la corriente en 1 a media onda, siendo:

~ 128,2 Amp.

(3.72)

De la ecuación (3.38) podemos determinar la corriente de la carga:

CASO l. P ~cf; = 50 K\~.

83.

( 3. 78) VL - Vo2 VCESAT VGTmáx

!GTmfo

El valor de R2 y R, para alcanzar el disparo del tiristor será:

VL = 16,02 V (3.77)

VL =V sen wt = 130 12 sen (377x 2,315x 10-4rad)

El voltaje VL de la ecuación (3.21), será:

360 X f 360°x 60

(l 5º t = --- = --- = 2,315 x 10-• seg.

De la ecuación (3.20), el tiempo será:

Teniendo en cuenta lr,Tmin' se procede al diseffo de la etapa de amplific~ ción de corriente para el disparo: El peor de los casos se da en los e! tremos de a, esto es cuando a= 5° 6 a= 175°.

Mayores ca racterí st i cas del ti ri s tor se encuentran en el Apéndice O- 26.

IRMs e 275 Amp. vP = 600 V

1GTmín = 150 mA VGTmáx = 3 V

di/dt = 800 Amp/se1:1. VFON • 1,5 V

dv/dt = 300 v/seg.

Se escoge para T1 el ECG 5582 cuyas características son:

(3.76) IRMs ~ 90,65 X 2,5 ~ 226,6 Amp.

el tiristor conveniente.

84.

le 150 mA l = - = = 5 mA. B 30 30 para:

Como la corriente del ITR/bc optoacoplador ECG 3047 es 100 mA y V0N =

3 v , oor la misma ecuación (3.78), se tendrá:

El transistor 1) es el 2M2222A 6 ECG 123A con: le= 0,8 Amp.; P = 0,5 \.J : fl = 200. Mayores características en Apéndice B- 20.

Como la etapa de disparo tiene que disipar potencial únicamente durante el tiempo de encendido de T1 el diodo zener z, escogido es suficiente.

Se escoge e 1 ECG 511 'A de P = 5 N y V7 = 3 V, que permite una Imáx = 1, 5 Amp. permanentemente. Mnyores características en el Apéndtce 13- 22.

El zener Z1 permite 1 imitar el Vc.;·r el 3 v.

(3.81) a, = r. 2 KQ

Por recomendaciones de la casa ECG del tiristor a instalar

(3.80) 3 a 5 \~ R,, = 35 Q

3 a 5 \~ para

(3.79)

J\ 16,02 - 0,7 - 0,2 - 3

150 X 10-3

85.

( 3 .84) 10 w R = 70 n

C = 3 µF ~ 200 V 1 = 90,65 Amp.

usando las tablas (de 200 v pico), se tiene:

-- = = 1 ,95 V/seg:: 2 V/seg. dV 115,8 18,38

se tendrá aplicando la ecuación (3.83):

a toN = 50 useq y si t1 t2: 50 use9

V1, t1 al 63l de tensión de pico V1, t2 al lOl de tensión de pico

~ = 130 12° = 183 ,2 V , "!> V 1 ueco { ros = 18 ,38V

63% = 115,8 V

para:

dV V1 V2 " (3.83)

Es necesario prote~er al tiristor de dv/dt, para lo cual se coloca una red RC. Para este cálculo de la red RC se recurre al método o tablas prQ. puestas por 1 a RCA (ver en Apéndice 8 - 29 ) y usando su ábaco o Cu,!:. vas para tensión de oico de 200 V (120 v de servicio), se tiene:

Los diodos 01 y 02 son iguales y deben ser rápidos, se escoge el ECG 552 de ! = l Amp: Vpr = 600 v; t = 200 mseg. mayor infonnación en Apéndice B - 22.

(3.82) a 1/2 w

= l ,666 Kn 16,02 0,7 3 0,7 3,3

5 X 10- l

86.

lrrns = 2,5 = 453,3 Amp .

por ecuación (3.76), se tiene

2 -- --- = 181,3 Amp.

256,4 /2 1 rrns =

T1

para la selección de tiristores, de (3. 74):

100 K~/ - _ ~ 256,4 Amp.

/3 X 130 X /3 . 1 lax =

Siguiendo los mismos cálculos del caso 12, se tiene: de (3.72);

Las especificaciones ele Rax para otras potencias, están dadas en la Ta- bla íl - 29.

( 3 .86} Rax por fase= 1,014 R

(183,8)' 2 ,04 X 10-4 r = X----- ~ 6 l•l •. 70 1/

Resistencia de carqa Rax;

( V )2 (130)? Rax = -- =-· --··- ~ 1. 014 n

p l<J> (5(1/3) X 103

donde t ~ RC = 70 X 3 X 10-6 = 2,04 X 10"4•

( 3 .85)

87.

de (3 .86):

= 8,1 ~l.

1,32 X 10-•

1/60 X (183,8)2

33

A 2 (V ) t

P=-x- = R T

de (3.85):

-· t ~ RC 1,32 X 10

donde:

10 a 15 W R = 33 fl R = O ,03 Kn

200 V e= 4 µF e : 4 µF

usando la misma tabla para 200 Vpico, e interpolando a 180 Amp, se tiene:

2 V/ 1JSe9

Hay que cambiar la red de protección, teniéndose de la ecuación (3.83):

Nótese que IGT y VGT son iguales a los tiristores. Caso 1~. donde toda la etapa de disparo no varía.

mayores características del tiristor se encuentra en el Apéndice B - 26.

dV/dt = 300 v/seg. di/dt = 800 A/seg. VGTmáx = 3 V ¡Glllin = 150 .Amp. Ypi=600v. Irms = 470 Amp.

Se escoge el ECG 5591 con características

88.

Por recomendaciones de fabricante, a este valor hay que multiplicarlo por un factor de seguridad de por lo menos 1,5 antes de seleccionar el triac.

= 51,28 Amp. 1 rms

El triac T1 y (T~) debe soportar una corriente máxima:

' í 1rms = 12

A2 i sen2 wt dt 1

1/60

Para escoger el Triuc T1, o de requerir poner en pnralelo dos triac T1

y r; de (3. 74)

... 5 l , 28 An1p . 20 X ) Ü 1

¡-3 - . 130 . /3 X J lax =

Corriente máxima por fase de la ecuaci6n (3.72);

_32 CJ\SO. Potencia P J$ = ?.O KW.

Las e spec i ficac iones de Rax para otras potcnc i as, están dadas en 1 a Ta b 1 a ll - 29 , del l\pé nd ice B.

Rax = 0,507 (a) por fase.

}00/3 X 10~ = o. 507 Rax - - =

v2 (130)2

89.

t'ig. 3-23. Circuito de Potencia con t r í ac s .

Rox

FASE R

Fig. 322. Circuito de Potencia con tiristores.

01 R1 Ro.x

R FASE

Fig. J21. Circuito Oscilador, Modulador y Optoacoplador de los tiristorcs.

Rao

º'

º'

:~. ----~

R17

+v e«

90.

Por lo tanto será necesario generar una señal que indique que la frecuen

Aparece por tanto, la necesidad de desconectar la carga real (al consumi dor) cuando la frecuencia se sale de estos rangos, protegiendo los equJ. pos caseros del consumidor hasta que sea nuevamente ajustada la frecuen c i a sumírrí s tr ada por la turbina con la intervención del "operador", al ser informado por 111ed i o de una a 1 arma vi sua 1 y sonora. La carga auxiliar será 1 a que consuma toda 1 a energfa generada sin que sufran los ci rcu i tos electrónicos de control y la carga auxiliar ningdn dano.

En el item 3.6.2, se habló ya de los r anqos máximos y mínimos de la frecuencia de red en opera e i ón normal .

3.6.9 Circuito de Seguridad ; Sobre-f recuenc í a .

Ri = 120 Q 5 W.

Se e scoqe entonces I = 90 mA.

El peor de los casos es cuando V • 10 V

V 10 V Ri ~ ~ ;¡ 0,11 K¡) I e; 90 mA

Icmin e 80 rn/\ en 1 I y IV cuadrante

1 . = 50 mA en l y I ll cuadrante cnn n

Irms = 40 Amp.

Se escoge dos TRIAC, ECG 56024 para conectarle en paralelo como la indi ca la Fig. 323 y sus características son:

Irms = 51,28 x 1,5 = 76,92 Amp.

91.

Obteniendo V1 de:

fmáx > 127,2 Hz.

6

fmín < 112 ,8 Hz.

ó cuando:

Donde:

A estos valores desconectará la lfnea del consumidor, lo que involucra detectar fuera de la zona normal de trabajo (Fig. 324a), por lo que se propone el siquiente circuito (Fig. 324b), con utilización de Amplifi cadores Operacionales.

fmin • 112,8 Hz/2 = 56,4 Hz. vf mín = 4 ,5 * 20:% • 5,4(v) y

fmáx = 127,2 Hz/2 = 63,6 Hz. vf máx • -4 ,5 + 20% = -5,4(v)

El sistema de control trabaja hasta estas señales vf. si para seguridad se opera con un incremento del 20% de vf, se tiene:

vf = + 4 ,5 (v) VF = 8,55 y para f mín = 114 Hz

Vf=4,5(v) f máx = 126 Hz Para

cia ha salido de los rangos preestablecidos, y enviar al circuito corres pondiente de desconexión. Aprovechando la señal Vf (voltaje de error que representa el estado de la frecuencia) que se genera en el circuito de control, se tiene:

92.

Se aprovechará una de las señales del control, se puede detectar entonces, la sobre y baja carga. Esta señal es v1 (que representa el estado de corriente del consumidor), se tiene entonces:

Para lo cual se desconectará primero el consumidor y de persistir el da- ño, como segundo paso. la alimentación de la excitación del campo del g~ nerador.

Se presenta también 1 a necesidad de proteger a 1 generador de sobrecargas. Para lo cual se estima que en caso de existir una sub-demanda de energía, se desconecte todo el sistema (para que no trabaje a pérdida ) , ó para los casos de sobre-demanda al nominal o corto circuitos en la línea.

3.6.10. Circuito de Se_9.!:!_1'._idad; Sobreco..:riente.

La se~al Vs, se conecta entonces al circuito de desconexión del contador P1 de la lfnca a carga real.

El mismo valor ser~ para V2, pues es sl111étr-ico.

6 R20 potenciómetro de lOO Kíl, ajustado a 56,?5 KQ o hasta que V1 = 5,4 v.

V1 R2s 5,4 ... ·- ---·-- .. = = 0,36

vcc R21 + R2a 15 V

donde: l - 0,36

R, ., ~ Ria 0,36

R21 = 1, 7U R20 (3.89)

Si R21 = 100 KQ

Ra a 56,25 Kíl

93.

º'

rig. 325. Circuito detector de sub y sobre potencia, y relé actu~dor.

v.

-Vea

Ru •• -vcc

(h) Circuito detector

Va

V¡

Vb º'

t

(~) Rango de acción en vol tajes.

ZONA DE TRABAJO

V¡

Fi9. 324. Circuito detector de baja y sobre frecuencias y relé actuador.

(b) Circuito detector de sobre nivel.

v.

94.

+voo

Va1 º' Vb1 º'

(a) Rlln<J()S <le acc tón en voJ tajeR Vf

ZONA NORMAL DE TRABAJO

l/f + 1).4 ,_, __ ......,_,. ....... .,........,........,,..-..,.._,,.

V1 = Vrms . Ks = 0,083 x 7,52 = 0,625 Vrms

Vrrns = 0,377 Ax 0,22 n = 0,083 Vrms.

a voltaje por la resistencia RTc• se tiene:

1 i. " -- = O ,377 AmDrms. 40

ror t.anto , usando la ecuación (3.41), para de tcrnnna r I.l'c

= 111 13 Amp. 1,67 Kll

130 X 0,7!>

La corrtente a cletectarse, según 'la Fig. 3-8 ), y de la ecuación (3.38):

5 Kfl P1t - 90% = = 1 ,667 KW

3 Sub-carga

3 = 16,67 KH

50 KI~

Potencia a una fase, simétricamente distribuida:

1_2 CASO: P 3<1> = 50 KH

Considerando para los dos casos, de 50 KN y too Klv, la zona de trabajo en niveles de voltaje V1, se muestra en la Fig. 3-25, como el circuito propuesto.

P¡.p 90% Para sub-carga

Para sobre carga

95.

Considerando R29 = 100 KQ se tendrá R30 = 6,25 KQ o un potenciómetro de 10 KQ ajustado a 6,27 KQ, 6 hasta que v, = 0,884 V.

por lo tanto los voltajes V1 y V2 se obtendrían del divisor de voltaje:

lv ~11,llv para vol tajes:

V2 = - 11, 11 V

V IOC m - 12 V l a - 11 '11 (V)

V¡ = l,045 X 7,52 = 7,86 Vrms

Vrms = 4,75 x 0,22 • 1,045 Vrms

4, 75 An1>rms ; 190 = 40

ITC

IL = 189,7 Amp.

Para el caso de Sobrecarga:

para voltaje VI~ 0,884 v ~ Va = Vcc 6

V l = - o ,884 V

0,884 V = V1

Detectándose a la entrada del circuito de protección:

96.

La corriente Tbi' es suministrada por el circuito lineal de regulación de voltaje ( LMXX ) , pero requiere una protección por eventua 1 i dad de cortocircuito, para lo cual se coloca una resistencia R$ y su valor s~ rá igual a:

B1 =ganancia de Q1

donde: lb1 =corriente de base de Q1

(3.90)

Siendo rL la corriente de carga, se tiene en la base del transistor de potencia Q1, la misma corriente, pero dividida para la ganancia de éste;

Se requiere una alimentación de voltaje contfnuo de+ 15 V0c y - 15 V0c tanto para se~ales referenciales como alimentación a los Amplificadores Operacionales o etapas de potencias. El circuito se presenta en la fig.!!. ra 326 y los cé lcul cs están en forma 1 iteral.

Revisando todos los diseños de los circuitos para el regulador de velocl dad como de protecciones, se encuentran totalmente desacoplados de la l.i nea de fuerza tanto de las fases o neutro, por la utilización de trans formadores desacoplados, así como la interconexión con los actuadores (tiristores, alarmas, etc.) por medio de ootcacop l adore s o relés que ac tiven las alarmas o contactares. Por lo que se diseñará una sola fuente para todos los circuitos mencionados.

3.6.11. Fuente de Alimentación a los Circuitos.

Considerando R 32 = 100 Kíl, se tendrá R s i = 285 Kn o un potenciómetro de 500 Kíl, ajustado a 285 KQ o hasta que V2 = 11,11 v.

V2 = Vcc R>i + R32

y:

97.

98.

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La potencia de Q1, es:

Es posible que el transistor de potencia Q1, se deba sustituir por un par Darl ington, porque puede ser necesario un lh más al to, pero en gene ral el cálculo del control no cambiará.

( 3. 94) VLM Vi - máx < R, < -- ILM 2 lbi

esto impl tea IR7 = 2 lb1 como mfntmo , entonces:

( 3. 93}

es preferible que IR7, sea:

(3.92) V; R1 =

El condensador C7, mantiene el voltaje máximo, pero requerimos un segui miento de la señal de sa lí de Vr,M• por lo que se requiere una descarga controlada, asf se tiene:

e, = 10 a 22 µF y C 7 = 3 a 5 µF

Los condensadores C1 y e, son recomendados por el fabricante {ver Apén dice B - 11 }, por lo que normalmente serán:

( VLM - Vbe1 Vcc) R6 = (3.91)

1b1

donde: VLM = voltaje de sa 1 ida de LMXX

Vbe =voltaje base emisor.

99.

El capacitor de filtrado de alterna, C1, es:

El fusible F1 debe soportar IL con K = 1,2 de factor de seguridad.

(3.98) =--

El indicador luminoso está formado por: R10 y LEO L1, donde:

C9 corta altas frecuencias, de manera que puede ser del orden de pF (100 a 1000 pF}.

Q3 es peque~o. basta un transistor para se~ales de algunos I < , y G1 max

donde: Ic2 es corriente de gate de tiristor T2•

(3.97) Rs ¡

y Cs2 permite pasar transiciones de corriente que no son cortocircuito, por lo tanto, C52 = < 1 µF.

(3.96) =--

El circuito de protección de sobre corriente está fonnada por Rs2, Cs2 ,

Rs. Qs y T2, donde:

donde: K1 = 1,5 a 2 de factor de seguridad.

(3.95)

100.

siendo esta la mínima potencia requerida.

(3.101) ST r i = 1 , 3 (V sec . I rJ en Voltio Amp .

La potencia de 1 transformador será: P tri = (V sec . IL) cos <P, como descg nace cos .p, puede tomarse como la unidad y poner factor de seguridad en la potencia obtenida(: 1,3).

relación de transformación, donde Vpri = 120 v.

(3.100) = n Vpri Ysec

V~ec = Vjn, implica que Vsecrms = V'/2 = Vsec

Para el transformador de al terna (T Ri), se tiene;

Los diodos 05, 06 y 07 son iguales entre sí y basta que soporten un máxi mo de 1 Amp. y Up¡ > 120 (v), siendo comunes en el mercado.

Los diodos de rectificación 01 y 02, deben soportar la corriente de car ga IL' y tener un Vpi =V' secundario del transformador TR1•

óYiLM = Vr + óVin teniendo en cuenta, para una adecuada elección de Vr que óViLH es la variación de voltaje a la entrada del circuito LMXX Podría escogerse, Vr = óVin y calcular el capacitar C3•

óViLM =voltaje de rizado Vr más variación de Vin

t = 1/2 f = 1/120 segundos. donde:

(3.99) 1L . t/AV· lU! =

101.

En forma análoga se procede con la fuente negativa Vcc• donde si todos los transistores y tiristores son complementarios e iguales, entonces las resistencias y capacitores también serán iguales.

(3.102}

la potencia de la resistencia Rs2 de protección de sobre corriente (3.96) será:

102.

De los criterios expuestos en el Capítulo 11 de este Manual, se pudo ver que dada una configuración inicial del regulador básico, el hecho de añ1 dir la compensación de corriente y el P.I.D. no representa mayor incre mento de precio. De modo que, en este tipo de reguladores siempre y sin

22 Exactitud de la regulación deseada. 32 Tipo y Potencia del grupo reguladorturbina generador.

J! Variación promedio de la carga Qtil.

Como posibles caracterfsticas del sistema, en base a las cuales se pueda realizar la Estandarización, podemos mencionar las siguientes:

Por estandarización de los reguladores se entiende el hecho de definir un conjunto de diseños de reguladores que cubran el conjunto de tipos de turbinas de las Pequeñas Centrales Hidroeléctricas.

4.2 ESTANDARIZACION.

En este capítulo se hace un análisis de las caracterfsticas del sistema en base a las cuales se puede realizar la estandarización y construcción de los Reguladores Electrónicos con Control de Carga, bajo ciertas nor mas de Instrumentación y control internacionales ( 14).

4.1 INTRODUCCION.

ESTANDARIZACION Y CONSTRUCCION

CAPITULO IV

En relación a la tercera característica "Tipo y Potencia del grupo regu lador, turbina generador"; como fue conocido, el regulador de veloci

En base a los argumentos dados en el análisis anterior, se ouede apre ciar que con el esquema de control planteado en el Capítulo Tercero, y considerando el hecho de dar mayor posibilidad de variación de los par_! metros de compensación Kp, Ki, y Kct (en el circuito electrónico), de m_Q

do que los reguladores puedan adaptarse a la variación de carga. Se pu~ de llegar a una regulación óptima de funcionamiento o una gran exactitud en mantener la potencia generada constante.

Es importante mencionar que los estudios de diseño del sistema, pennite la variación de carga útil de extremo a extremo, es decir, de O KW a P.Q. tencia máxima implementada al ser un sistema de regulación enteramente sólido y electrónico, lo que determina que su Estandarización de los n!Q dulos del sistema de control sea el mismo para cualquier potencia y el circuito de potencia y cargas resistivas, dependa de la carga útil a ser vir.

A potencias menores, el sistema de regulación de carga involucra menores costos de implementación al requerir muy poca obra civil, el montaje y pruebas requerirá de dos técnicos o aproximadamente 60 horas/hombre de trabajo, al construirse el equipo enteramente modular.

El sistema de regulación de carga, considerando los costos de implement2_ ción de la Central más los costos de operación principalmente por la e nergía hidráulica utilizada a un flujo constante y tomando en cuenta las horas de no utilización útil de la energía eléctrica generada, por lo cual será descarga en las cargas auxiliares, determina que a potencias aproximadamente mayores de 150 KW, el costo de construcción y operación sean altos, y no justificarían su implementación, sino más bién, cual quier tipo de reguladores con control positivo de flujo, o la utiliza ción de energía de los Sistemas Interconectados del País.

mayores cambios en la parte electrónica se puede llegar a definir el re gulador que mejor se desempeñe para una condición cualquiera de carga ú til.

104.

El método para estandarizar la parte del circuito de potencia, se lo puede desarro 11 ar tomando corno base 1 os criterios dados en 1 os ejernp los de cálculo para 50 KH, 100 KW, con ti ri stores o 25 KW con tri ac , de sarro llados en el Capítulo 3, ítem 3.6.8.

De este análisis se desprende que si se construye reguladores de veloci dad con disipación de carga, del tipo presentado en el presente Manual y se lo hace considerando que cada regulador está compue s to de tres unida des físicas separadas; la una, compuesta de una placa de detección y com paración de la frecuencia y tres placas de detección de corriente y com pensación. Estas placas podrfan ser universales a excepción de los de tectores de corriente por fase, cuya determinación se detalló en el Cap.!_ tulo 3, ítem 3.6.3.; la segunda y tercera parte, se lo podría diseñar y construir en grupos estandarizados dependiendo de la potencia de las Pe queñas Centrales Hidroeléctricas.

La tercera parte, son 1 os panel es de resistores de ca.rga aux i1 i ar, que también deberá ser estandarizada su construcción de acuerdo a 1 a pote.!). cía generada por la Central.

La segunda parte, en el circuito de potencia o de disparo de los relés~ lectrónicos (tiristores o triacs), que dependerá su dimensionamiento de la potencia del generador entregado. Su estandarización de las placas impresas. donde se montará los elementos periféricos del tiristor podría servir para la mayoría de las Pequeñas Centrales y los tiristores o triacs, necesariamente están ubicados aparte con sus disipadores, lo que involucra que sea altamente dependiente de la Potencia.

dad, está compuesto de tres partes fundamenta les. La primera, es la pa..i::. te de detección de las variables y procesamiento de información, con un consumo de energía mínimo y está concebido para ser común para todos los reguladores de velocidad estandarizados, ya que seria independiente del tamaño o potencia de la Pequeña Central, y con la posibilidad de a daptación de un regulador sin compensación de corriente (planos 01, 02, 03. 04).

105.

PLACA # 2: Módulo detector de corriente, compensaciones y disparo de re lés electrónicos (Uno por fase); se obtiene el voltaje D.C. función de la corriente, se le suma con el error de frecuen cia, se compensa y convierte a pulsos sincronizados por fase, que dispararán a los tiristores o triacs. Detalles de la cir cuitería, en el plano 03.

PLACA# 1: Módulo de frecuencia único: en este circuito se obtiene el voltaje o.e. función de la frecuencia, se la compara con la referencia fijada y de se 1 ida el voltaje de error ( p 1 ano 02 ).

Como se habfa planteado por facilidad de construcción y mantenimiento, el equipo debe poseer las caracterfsticas modulares; los circuitos y s~ ñales de control anteriormente mencionados se distribuyen en las placas impresas de la siguiente manera:

Se compone de las señales de control y referencias, los algoritmos de procesamiento de las señales por medio de Amplificadores Operacionales, se~ales para disparo de los relés electrónicos, señalizaciones, circui tos de protección para la carga principal: corte total de energía y fuen te de poder.

Etapa de Control

La construcción del regulador electrónico de carga se divide básicamente de 1 as tres partes mencionadas anteriormente; la etapa de control, la e tapa de potencia y los paneles de resistencia auxiliar.

4.3. CONSTRUCCION.

Si se procede de esta manera, los costos de la construcción de los regu ladores permitiría su comercialización y por lo tanto existirán ernpr~ sas que desearían producirlos.

106.

• X.E.e. Internacional Electrotechnical Corrmi.s í on .

ANSI l\mcrican National Standads lnstitute.

Las dimensiones ffsicas o distribución de los elementos electrónicos que conforman las placas queda a criterio de los constructores su conforma ci6n pero requerirá un apego a las normas internacionales principalmente de conectores (I.E.C.*, 30, 171; ANSI/E.! .A. 406), líneas de interco nexión como material básico para las placas de circuitos impresos (I.E.C. 249, 326), protecciones eléctricas (I.E.C. 269), y señales de interco nexiones anal6gicas (I.E.C. 3$1, 3$2).

La circuiterfa de los m6dulos descritos, así como la interconexi6n global de todos los elementos, puede observarse en los Planos 01, 02, 03 y 04, que muestran el circuito global del regulador electrónico de carga.

PLACA # 5: M6dulo de protecci6n de sobre corriente de fase S y T: reci be las se~ales de carga en corriente que es consumida en la Hnea de fase S y T y consta de los circuitos de comparaci6n que activarci el contactar P2. Detalles de los circuitos, en el plano 03.

PLACA# 4: M6dulo de protección de frecuencia y carga de fase R; recibe las señales de error de frecuencia y la señal de carga en co rriente que es consumida en la línea de fase R, y consta de los circuitos de comparaci6n que activan las alarmas y canee tores Pi y P2 según el tipo de seguridad. Detalles de los circuitos, en el plano 02 y 03.

PLACA# 3: Circuito de disparo (uno por fase); recibe las señales de co!!. trol V0P modulado en pulsos y sincronizados de la fase corre~ pondiente, consta de dos circuitos amplificador de disparo de los tiristores para la onda positiva y neqativa de la línea. Detalles de la circuitería en el plano 04.

107.

Fig. 42. PLACA 11 2: Control de di,;p¡:iro por fases /J placas)

v, -vf Tri out 1n rn

8 9 10 11 12

T11 NC "IC VOP VGALV m

T 1 2 3 4 -V••I +Vcc VTC

. 'º

Qi y Q3 van con disipadores ele 4-6 c;m2

v(;i\LV a l

CJil 1 vanomo t ro .

02 P"I'

Fig. 4-1. PTJ\Cll # l 1 Detect<>r d<> frecuencia.

12 3 4 !!

-vcc +ve e -Vf Vp out tn -

Vf va ñ todas ltts pll'lCilS de control de "CllTE" y al sis t(~ma de sequriduti

Ar

LM2907"1 A2

' ..

108 .

Fig. 43. PLACA i 3: Circuito de Jisparo (3 placas)

-Vce 1 +Vee '. 'TJ43 Vdp VGTI Vln VGTZ + JI: In out T i.e, 7 out

2 3 4 :! 6 7 11 9 'º 11 12

l!Z

El montaje de los módulos descritos, así como de disposición de los tran§_ formadores, contactares, indicadores, etc., se presentan en el plano 05, que se compone de un armario; donde a la izquierda se instala los elementos de potencia, como son: switches, contac tores , filtros, los tiristores de potencia, medidores de voltaje, watimetros, frecuencímetro y medidores de corriente total de cada fase; y a la derecha, los circuitos electróni- cos como son: las placas impresas e indicadores de frecuencia y corriente a la carga real, indicadores luminosos y sistema de protección. Las oi- mensiones físicas del bastidor y disposiciones de los indicadores, switch, placas electrónicas y elementos de potencia eléctrica requerirá también que se cumpla las nol1'1(1S de construcción e instalación, dadas por I.E.C. norma 297, 516 .Y ANS!/UL 50, 65.

Distribución y construcción del bastidor

El regulador se compone por tanto de 9 placas de circuitos impresos: Pla ca li 1, 3 Placas # 2, 3 Placas 11 3, 1 Placa i 4 y l Placa # 5. A conti- nuación se presenta un bosquejo de la disposición de los elementos en las placas. Figs. 4-1, 4-2, 4-3, 4-4 y 4-5.

109.

Fjg. 4-5. PLACA # S: Circuito de Protección de Corriente.

VI VI VRAX lnlfl lnflA

·:;1 montado {J<'t1 disipador · ~ 4-6 cm2• l5 6 7

QR activa relay óuxiliar con bob ina de 12 (V)

t" lpnpl

•• , R.

123 4156 +vee 1 -vee -Vnl VI Vs + Ir ;1t ov•

9'A dA

Fig. 4-4. PLACI\ # 4: Scc¡ur l dad de frecuencia cnrqa de <¡ill

~1U$Te AJV.:ITE

QS" Q!c

... ., ' RZS

. AJU~TE PARJ.. ~RliCUf..NCIA

110 .

- La etapa de detección de frecuencia y comparador de error, no existe ninguna modificación a cualquier valor de potencia requerida.

Con respecto al Regulador de Velocidad con Disipación de Carga, los pasos requeridos para su implementación no requerirá muchos cálculos, al haber- se diseñado los circuitos electrónicos de manera modular y casi universa les; así se tiene;

Tornando como dato inicial la potencia en energía eléctrica necesaria para implementarse en 1 a zona rural donde requí era del servicio y considerando un factor de crecimiento, se puede definir 1 a Potencia requerida y por lo tanto la turbina y generador necesario dependiendo de recurso hidráulico ex is tente.

5.2 FABRICACION.

En fonna secuencial se presenta en este Capítulo la Fabricación de una P.C.11., princioalmente con respecto del regulador a 1 a potencia de gener.2_ ci6n a implementarse, la construcción en forma industrial de las placas electrónicas impresas y 1 a secuencia de operación de 1 a central como del regulador.

5.1 INTROOUCCION.

FABRJCACION, MONTAJE Y OPERACION DE P,C,H,

C A P I T U L O V

La construcción del bastidor del regulador y montaje de los instrumen tos, Tarjetas electrónicas y controles ya fue enunciado en el Capítu

La carga resistiva a constituirse, fijado la potencia a consumir en la Tabla 10 Apéndice A7, nos indica el valor de la resistencia auxiliar y su construcción como montaje en los paneles convendría se rija las normas enunciadas en Capítulo 2.4 y especialmente item 2.4.4.

El circuito de fuente de alirnentaci6n continua tampoco sufrirá cam bios, debido a que su diseño está sobredimensionado.

Los circuitos de seguridad; tanto de sobre frecuencia y sobre corrien te, no sufren ningan cambio al ser estandarizados.

10 del /\pénctice A7 y de requerir mayores cambios en su diseño se se guirá los mismos cálculos enunciados en el Capítulo 3.6.8.

cambios requeridos para el regulador 1 os circuitos d.e disparo tomando sobredimensionamiento desarrollado

tres casos de potencias enunci! esta estandarización será los relés que puede determinarse en la Tabla

Para el Circuito de Potencia, los a implementarse no existe en en cuenta con el corresoondiente en el Cap f tul o 3 . 6 . B , ria ra 1 os das. El Onico cambio necesario de electrónicos (tiristores o triacs)

Los circuitos de compensación y gobierno de los relés electrónicos no requiere cambios al ser estandarizado.

Con respecto a la etapa de detección y medidor de corriente de 1 ínea, con los tres casos de cálculos desarrollados en el Capí tuf o 3.6.3, se puede sobredimensionar el regulador a implementarse a una de las po tencias calculadas. Bajo la estandarización de diseño, se requerí rá luego cambiar el transformador de corriente TC conveniente para la P.Q. tencia requerida, para lo cual, aplicando la ecuación (3.38) se dete.!: minará 1 a corriente de línea máxima IL y mirando en el Apéndice B 2. determinamos el transformador conveniente. Ajustándose luego el vol taje V1nns a las órdenes establecidas variando el potenciómetro R22.

El medidor de corriente se ajustará a las escalas correspondientes con el potenciómetro Rs.

112.

Es conveniente también tener un código para el alambrado interno tanto de la regleta y tarjeta, como el cableado en el bastidor del regulador.

Las patas de cobre de conexión a la tarjeta, deben tener una separa ción acorde a la regleta de conexiones a usarse. Siguiendo los proce sos de fabricación e instalación de las placas descritas, es fácil re tirar la placa para realizar reemplazos o mantenimiento. Las regletas facilitan también la interconeción.

Una vez terminada la placa se debe rodearla con barniz o estanarse, p~ ra evitar daños de humedad y protección mecánica.

b) Instalación de las placas

Los conectores o terminales de la placa deben ajustarse a lo dado para el montaje del bastidor, siguiendo la norma I .E.e. 1306 y 13011, asf como las asignaciones dadas de las se~ales eléctricas según las placas # l , # 2, 11 3, # 4 y #s.

El material ha utilizarse para la construcción de los circuitos impre sos, deberá sujetarse a las normas I.E.C. 249, tanto en la confección del impreso y acabado.

Los elementos electrónicos utilizados deberán ser de fácil adquisición en el mercado, elementos especiales de fácil identificación o reemplazo.

La fabricación de las placas de los circuitos impresos se sugiere el dejar a las fábricas especializadas en la construcción de placas electrónicas p~ raque distribuyan los elementos de acuerdo a las normas internacionales, principalmente cuidando su verificación de construcción, montaje o reempl~ zo, por lo que se tomará en cuenta los siguientes puntos:

5.3 MONTAJE DE PLACAS ELECTRONICAS

lo 4.

113.

Luego de verificar que las condiciones de operación son normales,

32 Conectar las cargas auxiliares (SWl), verificar la carga máxima del generador mirando el va t üne tro , y abriendo más la válvula de admisión hasta alcanzar el torque mecánico necesario para obtener la potencia máxima de generación o la frecuencia fijada y ajustando la excitación, hasta alcanzar e 1 voltaje norma 1 de trabajo.

22 Fijar la frecuencia referencial del regulador (60 Hz) y conectar la fuente de alimentación contínva a los circuitos electrónicos del regulador.

12 Poner en marcha la central; abriendo la válvula de admisión de~ gua hasta alcanzar un voltaje y frecuencia normal de funciona miento del generador que se encuentra en vacío.

b} Funcionamiento y Operación del sistema.

Verificando los tres puntos anteriores, el equipo se encuentra lis to para operar.

32 Verificar que los contactares Pl y P2, se encuentren conectados y en perfecto estado. Los swí tche s SWl y SW2 están abiertos.

22 Conectar o comprobar la conexión de las cargas auxiliares en los puntos indicados del módulo de potencia,

12 Conectar o comprobar 1 a toma de fuerza del as líneas provenien tes del generador hacia el bastidor, así como del bastidor a 1 a línea real.

a) Comprobación y preparación del regulador.

La operación del regulador generalmente involucra tres funciones a sa ber:

5. 4 METODO DE OPERAC 1 on.

114.

3~ Inmediatamente el cierre de la válvula de admisión del agua, an tes de que la turbina y generador se envalen.

?2 Desconexión de la carga auxiliar (SWl), desconexión de la fuen te continua de alimentación al equipo, y

12 Desconexión del switch de carga principal (SW2).

e) Desconexión del Sistema.

El regulador vigilará permanentemente que las condiciones de Q peración sean las adecuadas, procediendo a la desconexión de la carga principal ante cualquier condición de falla de la frecuen c+e , o desconexión total del sistema, si existe exceso de car ga. La reconexión de la carga principal o del sistema requiere volver a seguir a la secuencia indicada anteriormente.

4.2 La conexión de la carga real o principal por medio del switch (SW2), quedando la operaci6n del regulador automatizado. Veri ficar los indicadores de corriente por fase a la línea que CO.!l

firmarán el uso de la energía en el poblado y de observarse las indicaciones diferentes, comprobar el funcionamiento del regul~ dor y la compensación de corriente, observándose en los i ndicad_g res de corriente del generador se encuentren en la máxima car ga e iguales.

se procede a:

115.

controlar. A7

A1 A2

Tabla 1 Clasificación de Pequeñas Centrales llidroel éctricas

Tabla 2 Tipos de Turbinas para P.C.H. Tabla 3 EfiC'iencias de los Grupos Turb íne

Generador A2 Fi!J. A1: 11 ustración topográfica de una P.C.H. A3 Tabla 6 : Cono inec iones posibles a real izar

con tres resistencias fijas de di sipación de caros A4

Tabla 7 Características de Metal es Puros y Aleaciones para Resistencias A5

Tabla 8 Ohmios por pie bajo estandarización A6 Tabla 10: Ti ri stores o Triacs a emplearse

se~ún la Potencia de Car~a a

TABLAS DE CARACTERISTICAS DE P.C.H. Y ELEMENTOS NECESARIOS PARA REGULADORES

CON DISIPACION DE CARGA

A P E N D I C E A

A-1.

o o o o o o o ...., . ~ M o "' <( M \D

o o o "' o o .

o o o N "' ·~ ~ o "' "' "' V\ (11 ...... ::;;:: o o o .., ..... M t.{) E ~ o o N

'

"' o "' o o o . ...., o ..... "' ...... :::) ro • ~ "' CD o o o u

V\ ro u ·~ o g .... o o o ..., . ...., t.{) .... .... "' u ro ,...

•(11 CD A A A ~ o s :e 11 s, o ~ e ~ ~ o o ·~ e o ,_. ..... :e ~ •r cf:< o "' ro "' V\ o (11 (11 .... X "' o o.o 11 ~ ' ..... N N

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z: UJ V\ o o f:< V\

~ .... ro o.o o e ro o .s: t.{) ~ Q. )( u ... ..... co . ..... °' ' <( e( 11 -' ' °' CD ;z

~ ' .... <( o e( z ... - ... °' UJ

u ;z .... u o, <( UJ ;z z <..) w ~ ... - u :E: o UJ o °' ...... :::) e( :z: u ;z cr .... UJ ...... ...... w o o :E: X Q. z

POTENCIA TURBINAS INSTALADA PEL TON MlCHELL BANKY 1 FRANCIS AX JALES (Kw)

< 50 0,50 a 0,65 0,54 a 0,62 0,59 a 0,65 0,58 a 0,66 50 a 500 0,65 a 0,69 0,62 a 0,65 0,66 a 0,70 O ,66 a O, 70

500 a 5000 0,69 0,65 0,70 a 0,74 0,70 a 0,74

TABLA 3. Eficiencias totales del Grupo Turbina Generador

De 25 a 15 Hasta 15 De 50 a 15 De 15 a 5 Menos de 5 De 15 a 2 De 100 a 2

De 300 a 450 Francis UltrarrápidaCámara abierta

De 400 a 500 Hélice Ultrarrápida De 270 a 500 Kap l an Lenta De 500 a 800 Kaplan Rápida De 800 a 1.100 Kapl an Ul trarrápida De 570 a 1.050 Tubular (Kaplan llorizontal) De 60 a 200 Michell Ganky

De 100 a 50 Oc 50 a 25

De 200 a 100

De 400 a 100 De 400 a 100 Oe 400 a 100

Pe l ton de un inyector Pelton de dos inyectores Pelton de cuatro inyectores Francis LentaCámara forzada en espiral Francis MediaCámara forzada en espiral Francis RápidaCámara cerrada De 225 a 450

De 125 a 225

Hasta 30 De 14 a 42 De 17 a 73 De 70 a 125

ALTURA DE SALTO

Metros TIPO DE TURBINA

r.p.m.

VELOCIOAO ESPECIFICA

TABLA 2. Tipo de Turbina más adecuada en función de la altura y velocidad específica para P.C.H.

A2.

Fig. Al. Ilustración topográfica de una P.C.H.

',, ,, '.:--::- -, ~>--

MOLINO BOMBA de AGUA

SERVICIOS AUXILIARES

.POBLADO

1-- OESARENADOR

OESRIPIADOR rfompuerlo y Cona!)

OBRA

A3.

Los valores de las resistencias para la potencia de 10 Kw a 130 V, serán:

R1 = 11,835n (:: 1,5 Kw)

R2 = 5. 915 Q ( ::: 2, 9 Kw)

R,, = 2 ,957 Q ( ::: 5 ,8 Kw)

POSIBILIDADES POTENCIA ARREGLOS V /\LDR TOTAL SEÑAL DE ( ~¡) CO NMUT AC ION

U1 U2 Ü3

n = o o o "° o o o 1 1..428 R 1 ll ,835fl l o o 2 2.857 R2 5. 915 o 1 o 3 4.286 R1; R2 3,943 1 1 o 4 5.714 R,. 2,957 l o 1

5 7 .,142 R1; R,, 2,366 o l

6 8.571 R2; R. 1,971 o 1 1

7 10.000 R i ; R2; R4 1,690 n 1 1 1

TABLA 6. Combinaciones posibles a realizarse con tres resistencias en paralelo, considerando la potencia máxima a consu mir de 10 K11 a una tensión de 130· Vrms con un cos rp = l.

A4.

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TABLA 7. Características de Información

general en Metales

Puros y

aleaciones para Resistencias.

A5.

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1$

NOTA: *Dos triacs en paralelo. Enfriamiento al ambiente con radiadores desde 10 KW hasta 80 KW Enfriamiento forzado de aire con radia.dores desde 80 KW hasta

200 KW. Enfriamiento forzado con circulación de agua destilada desde

200 KW hasta 400 KW. Características de los tiristores y triacs en Apéndice 8

TABLA 10. Tiristores o triacs a emplearse según la Potencia de carga a controlar, con voltaje de 130 Yrms·

CARGA CORRIEtJTE TIRISTORES TRIACS RESIST. DE CARGA 3 <P POR FASE Conexión Conexión A DISIPAR POR

(Kilovatios} (Amp. Fi9. 322 Fig.323 FASE (ohmios)

10 25.6 ECG 5568 * ECG 5685 5,07 20 51,28 ECG 5568 * ECG 56024 2,535 30 76,92 ECG 5577 1,69 40 102,5 ECG 5577 1,268 50 128 ,3 ECG 5582 1,014 60 153,8 ECG 5591 0,845 70 179 ,49 ECG 5591 0,724 80 205,12 FCG 5591 0,634 90 230,76 ECG 5591 0,5633 100 256,4 ECG 5591 0,507 150 384 ,6 ECG 5587 0,338 200 512,8 CCG 5587 0,254 250 641,02 ECG 5595 0,2028 300 769,25 ECG 5595 o, 169 350 897 ,4 Ecr.: 5598 0,145 400 1026 ECG 5598 o, 126

A7.

B-20 B22 B23 B24 825 B26 B-28 8-29

Transistores Diodos y Rectificadores

Indicadores LEO Rectificadores controlados SCR Optoacopladores T'iristores Triacs Dispositivos de Protección

08 B-11 B-15 B17

Convertidor frecuencia o voltaje Re9ul ador de vol taje Compuertas NANO Amplificador Operacional

Amperímetro de hierro móvil B1 Transformadores de intensidad B2 Vatímetros de potencia 133 Frecuencímetro ele 1 engüeta B4 Fasfo1etro B-5

CARACTERISTICAS DE INSTRUMENTOS Y ELEMENTOS ELECTRONICOS

APENDICE B

IN <'Ol><:ú">O -i MOIOS5E62J;I MOIOSS E6250 M010SS E627Q

MQl0$$- E.6291> MOU)S!>• E€t310 1.1.0 IOSS fi63·~0 MOIOSS- E6~0

MQl 0$$ .. E6380 .1.101oss .. E6AOO M0tMSE6410 WHOS!i E64iO

MOIOSS • 1!'4110 ... U2 ~IOIOSS· l4130• U2 M010SS• E•1170-U2 11.010~ .. E4200-U'2

MOIOSS • E4230 .. U2 MOIOS5 E42$0-1)2 M010S$• 1!4280- U2 MOt(I$$ .. €430()- U2

M01055E<t320V2 M01055- E43"0 U2 MOIOf.$- E-4:JG(I ... U2 t.lQIO!>$• ~4370- U2

M0105!o- Gi!l90-V2 t.'01055-114400- U2 MOIQ~•S• 64420- U2

p1.11n conex.én ll u~vés <19 1rn.1'lslorrnudor ue i111onsid;\d /5 A - ,,,,,,. V,1l¡y t~T,11 1.1.11i1·••\tll• N Wlo1v..tJY l111!t1,ul(ll 111• 1t.•l,11':.w1;,, "'v~ .. .;...,n ,.,¡," ~ .... ~~ QI; 111 .. •0<1,, A />_., ___ •

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voltlmetros de hlen o móvil

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'º M-01029- Eó290 co 11.01029-EbJIO

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eccción O!jpccniiJ A A

Instrumentos de hierro móvil

para c o r rteru e auerna oe 15 a 65 Hz

A loo" . Si se desea una ejecución para comente con

lsc a consuuar).

'1u Clase de exac1itud: 1.s retase 1, como o¡ . Consumo propio: arnpeémcnos O. 1 a 1.6 V ... o. voltimeiros 0.9 a 4 V i . _ ..... Ccncxlón En caso do corrrerne aucroa, conexión oirecte

A1..1)~1¡f11e1ro CIO h\1110 '"óvil A 00 N~ En caso de corrteme continua. sólo concxió« c:i31;i (;Q1111·~i0t•:. trélfl'ilOllY'lll(l(M uc lelo. "tuni>iaaa 200!5 A

Cnpocldad de sobrecarga porlll&nenlomente, Al 20% de la 1ntet\Sidad o del aieance do me<fida, no dol valor fi11al do • Ampcri1neuo~: 50 veces ta carga no(ninal dur 2 a :,\ nuo. apl'ox1madame1uo. 2 veces lt'I cncg Vollimctros· 2 veces la caiga 11on1inal cluran1 -

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Amporlme1ros do hierro móvü. care doblt> corga y conoxiÓI\ ditoc1a -

Instrumentos de medición para montaje incorporado

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Vatimetro, ejecución O MOl0$5 • 00530 M()I O~ t.'0541) "'1:>109S ... C(IS<10

MOl055- 03$90 MOIOS~03590

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MOIO!iS-000·1() M()1()$$v 000·10

Vi'ltimctro. ejecuciones Oe. Oo/lV

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F(l!'lmelro. cjocuc!(1n Kd N" ~ 1x••l•dó M'Jlt.>!15 ~ oosno

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Dimensiones de tas 1esistencias en serie dispucslas exlerio'm~nt~. en milime11os -,1!- s.S _~

Coulonlo 1111011\11 ~l;'\$k;A tl~iónOo

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Esquom~s <IO connxi01'ICO segun OIN ·•3007 '"º D'l'l'l~l'lr.11'"'"" '""'"''"" l'Nlr¡ri)(:l ... 1t•!1•rill11\ll'kt

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el valor fi11al del alcance de medida debe estar enlre 0,6 y 1.2 veces el valor de la potencia eparerue con$tllulda cor los valores de 1as teosiones e in1ensidados primarias de los lfar,sformadores do mr,clidn. (P, 1 u l'.1 · 11 ~.l.UI "°" fl)(!n\l)IO; .,.,,f«...,,. rk' ('.(lnl'll'l(ifl 11 lr.i•,llltl!!l'l!lflO! dlt lnh)f\Slc:l.irl 100/!l A 11 ll'•'~ltlf!l'l!lflf)1 (1,. 1r•1l'Mt1 'lt)00Jll)0 V 1>1r.,mcf' "" 1f\t'(lol'J~ "';'i~lmo 1 :l' \ '"3 1(Kl A· 0000 \1 " 1 21" ~V 1vwn1 •tn11nn!!111cll) 1 il: MW) A1r,111Y',t> (11'> AV>tll!M Ml!'IWiO l'I fl \ "l 100 A 8000 V " 0.92 MW 1v~1, .. 1"""'·'"'·'® t:;oo k'•"'

~ .. . . ·· . nproxln1ndamP.nte 1 O mA. en ol circuito de tensión a1>roxlm;i(famP;nte. 0.5 a t.5 VA. P.n el circuilo de intensidad. por tase.

Con s umo pr oplo .. , - pcnnancntomontc ~· 1.2 veces la carga nominal.

Copacid:ld do sobrf'!ct.119a: Séleccl6•' dnl alcance de mo dtda:

con slstemn de medlda oic-clr<>dlntimico. con nócioc cerrado en hierro F1ccuenc1,, no mln at: f>O y '10 l lz Clase: 1.5

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Vatlmetros do potencia efectiva --·-·· ··----~··---···-------------------------! ~-------- ·

Instrumentos de medición para montaje incorporado

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Block and Connection Oiagrams 011.111n ""'" p,,c1tM1t'1, rop v,,\ v ,

Applications • Ov111!w•rlN 1pectJ 1'"'flnq • ~1t(1U••\CV t() 'Y11lt.i91~ 1:on .. 111,1on iUChOtnllt!I • S0tt(IOl'llfltfS • 01~11tik•t OO•nl (f\•'tll Mlllfll$ • Hond·t'lol<I t•cl'lom11to1

• SD<t•t-d liO'•IJll'IOfS

• C1vht COl'l1tOI

• A1.11omo11ve -0001 •ock con vol • Cfutch conuol • Horn control

• Toucti 01 '''V"ª sw•:cht~

• f1e11u1ini:·11!01,1bling #01 ow 11p(lfi!

• Ti\chomrt~t has bv•ll in l'IVUftUh w1111 eifl'ler d<tfer· enttnl 1(1(1\lt 01 ground rehtt1lt::i!d in(lvl

• Suill·in 2111\111 on LM291J • •-Q.3!1. line~rity tVe>kal • C1ound 111feref\ceo 11ehomtttr 1t Jvlly 1)rote~1cd

llorn ttamoq11 duc to 'w'''~ .U)ovo V ce and eeicw 91ou11d

• G1ovnd ttf•l•l'ICed u.cl'IOM•ttt u11>ut in11rtncn' ditt<ltlv w1H1 .,._.,,otile itlvcunct 1l\•9nu1c 01clcuoi

• Oe> <>•no/como.iuto• hb 11011h•'Q 1rtt11llH01 ov1uu1 • 50 mA \11\~ cr \OVf(I! 10 (HICfltlt? 1rlt1V,, toh•,..o•d\,

mvtt•t.ot 1..E:Ot

Features

Advantages • OlHI~•• 1wlnl)1 10 ll'OW"cl 'º' ittrQ !r~QUl"l'ICV inoul • liuv1ouu·Vóvf :1:11,... 11Ver.: oeAI a:Cl • Only ont RC fltlwm~ ~I0\'1dt•\ ftnq1111nl'V l10ubllnl) • Ztner rtgvlator on Ch+p ..)!low~ 4i;c:u1.-111 .iu<,; u111)h1

ftt(l\1tncy tO volt1Qt otC1.11ttf111~l11.,.1•n1011 1lM1917J

The LM2907. LM291J 1e1let ~re monohthíc f,eq\liinev ec voltage ronvenets with :i hi91'1 g1l>"1 QP aml)/COl'l'll>·lra· 1or des19n.;od 10 opera te a reliv. loMp, or otnP.t loaó when 1he input lreQuency reache* or exceecs 1 seltcted ra1e. The 11c)1ometer tises 1 chargo pvmp tecflniquf .ind oUers freQuency (iQubjin'il f<>r low r1eote, lv'I lnou! pro1ec11on 1n rwc .. ersio1H (LM290i'·8, LM2917·8) and lts ou1pu1 swln9s 10 W<)unc: for 1 tero ft«>ueriev on:>ut,

LM2907, LM2917 Frequency to Voltage Converter General Description

Industrial Blocks ~National U Semiconductor

' ~. Absolute Maximum Ratings (Note 1> 1 Sul>OIV V<i!tage 28V lfll)lll Vo\11~ Rf11~ i Sv/'.ll)l'f Cuutrn (Zrr>f' {,)1)11(>tUI ?SmA la~l\l>lnUtf LM190)-8, LM2017·8 •28v 1 Coneccor ''oll• ?BV l.M2'001. LM'.?9') OOV tO •28V

D1U111r.u¡_¡I lnoo! V(lol~al}'\ OP A.mp/Como.r.io1 o.ov u> •?&v:

Tocl'lolf'ltt•• ?Bv P<iwtr Oou1p.1ion 500m'll

Op A.mp/Cull'l(lll•ll•(I( 28V Q(Mt1.iU'lt1 lffl"ll)t'flllUlll Rft19f 40~C 1v •'8f.'C S10111ge ,,,,.Pf'"I\"' fbll9* V1tC 10 • JSO'C le.&: T tMj'.lt••h¡(t l:!ioklt(ol'IO, 10 MCOfU.i•) 300'C

Electrical Characteristics Vcc., 12v0c. 1 ... 2&°C.•ef!tistc:i1cuit

PARAt.1ETER CONOITIONS MIN TYP MAX UNITS

TACHOMETE'R

'"PUi l tueJl'IOlt'H V" • 250mVl) l'I ~. kMt (Nott 21 ! 10 • 15 !40 mv

Hvu"•lli•S v., "'250 A\VI) 1) $11 kHt (NOlt ,1 3~ "'" Othe1 Volt~IJ'l! V'"' li 250 mVo o$ 1 kH? INOH: 2>

t,M1907/LM2917 36 IO ,., 1 M29::n AILM2917•6 ~ 1! "''

lf'IC>ut O•u C..i11em v,. • -so mv0t o 1 1 •• Vo•• v,. • ~12& 'wvee 1No1C 31 8.3 V

PI" 2 Vo, v.N • "'•25 mv0c INoit :t> 2.3 V

Ou1ov1 Cuac"~· I?, •:1 V2 • V3 "' 6 OV (Nott 41 "º 180 240 •• l.ttk19t Cu111n1. 1, 12·0.V3•0 º·' "' Gt11\ C:t1n\l•"~· K INt•11•3) OH 1.0 1 1

l•l'l1•1111ly 1, lkHt.GUh 10 k.llZ INOt• 51 1 u 03 ,, o ~

OPJAMP COMPAAATOR

Vo• v1._,. GOV 3 10 MV

1.,, ... , v.; • e.ov 60 soo 11A

ll"lovl Common MOCll' vo11.,,91: o Vtc-1 !1>V V

Vohtpt Gfin 200 V/m\1

Ou1~ut S+nk Cuu11n1 Ve • 1.0 •O so ••• OotPVt Sov1~~ Cu1 rtnt Vr. • vee 20 10 mA

S.uur•uon VohaQe 15.,,,K .. SmA 01 os V

l51NIC ~ 1,0ruA 1.0 V

IG•NIC .- SOmA 1.0 t.5 V

ZENEA AE.GVLATOR

Re!fvl11:(11 VQlltgt: A01110., • 410U 7.SG • Se11u Au1Hln<:e 'º $

15 !l

T ,moe1a~\Jrt: StibihtV •1 rnvfc TOTAL SUPPL Y CVRReNT 3.6 6 ... Nol• 1. f::o< OOtt•l•Qf> •ti •nb1t1'>1 lt"'l"'f•Olo,j•f1 •bc;.'1: :?S' c. t"'" Óh!U "''"" bt Óf•ll!t(l l)Kté' º"" :so·c l"'l.l~lmt,I"' ~flCl10I\ ltmpt••N'" .... 11. 11'1t1m•I 1u+u1n<c (>Í l)!>'CIW jv,.ni()ll 11> •mtl•tnt 10" 1>1Jflk•9t '21 •11<1 16 (t• ~ 11\t1mal "'"""<"* r'I' ll:l'f'Clw iunc:tiQ!\ 10 t.,,btt"l 11>• Ptc\tpt> 2Q No•• 2. >i}'JltlUll ;, , .. , 'lfll'I .. v,M1V·n·'· ()ffltt voltt¡¡t ,, ,, .. ,, cl•ll~·~"'l:t s... lUl ClfCV•1, NOH 3: Vo11;itQ11ll10 lf4 1( vcc > 1 V9¡¡. Vot. ,, t(lWil 10 1:1 JI. vcc 1 Vse: 11\"'t!ort VoH VoL. ve,cJ2. Tht (l•fltft!Wlt. VoH' Vol.· •fld l'lt rnlr•o• 1111in, •2t•3. t•t 1ht lWO 'eel()•t thtl uv;• tl\l' 11c:l'lo"'tl~• ~··" COl'!Jlt'•I 10 "'•fv ~rom 1.0. Ni;>lt 4: Út lU'I' Wllf" <;)oOó,if>~ ll'lt t•mt CQr'IJ!Vlf Rl "C 1 11111 Al " 1«h 11\At 11!.c n!,11<•í11vm •'ll•CIP.1\tVle'IVI vQIU9t 11 lllft 3 Cf" ~ , .. cil"

w•1l'l l3" RI Tl14 Mt,.;lmum 1<tlUt 1(1< RI ti lomht>d l)v lht OVIOVI '''''U•f>ct OI OHi J Wlootl\> '' !l'ffl'' 11!<1!1 10 MSI tv~ullv. No1e S: NOflltf>U"IV 11 cl•l•t>r(S A~ lht 0tu111l•1>n O! '.'0111 (ó.) pin)! 'or t I~ ~ !; kki lrorn t Jl<••¡ril>t uee O~fif'l~d by lto~ VQUi f.) l ltJ1l lf"Ó VOIJ' ¡> 10 11H~. e' .. 1000 ir. R< • 6811 •"4 c1 - o.2'2 mt:cr

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USINO ZENEA RECUlATEO OPTIONS llM11· I For thQiO JppJIC!t1i0111 wtitflJ Jll Qlll(lUI W, I <:~r111n1 m,i~t t¡1,19bttl•ned l1"l•:f111l'd,.1'C or 11.cp!, "'n11001,J, thl! l.M2917 ,, o Iered. T~ 1116•~ ¡ .. e1>1uidtr"tlo" !~ choo1 n9 • dropp na rulnl)1 f unro9vl•1ed •upoly to tke r111v1<:t ¡, 1ho1 th• t«" "•'d <•i.'I ami) e;,cuitrv •'''''il ,.llíHl!fll Jt>out l 11'1' ' "ºh""l;ft 1(!'>1111 $\11!1111Jml hy !hn 11•1w1 A1 lo~ 1 1ool1.~,., lh1:1t ll'IUU üe $0Mli (Ut(t1)( ft(l,,..•I'~ '" ttor .:tbOvlt 11'10 3 mA circu:t evr14111 10 01:1 ; ,,.i:ul11:01. "' an e1Ji1r'!l'I •· it ~1'111 tow 11.1or.4·( .,,, t t'J to IGV," ti:ili1!ln<le ot 410'.l \•1ill mfrum·tt" ~ •

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Typical Appllcations

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C.U.1H1 .>11 1!11(11 C\Ut(:'nl on 01 11•,1)114::1,Uy .11 h1w te!1\Q1i14• l•Ufl\, S~'l"titl C•l1Hi.J<!'rllll(I•\¡ mv ,! l)fl 1l'lit! ·"hCft Gh(l(>Sitte} RI, lh4.1 ouH11Jt curren• 411 P11\ J •i in;erna.Uv f1xed •"d cne1~(()1i: v .. 1n 1 muH ee !ou v:,11\ or .,Qu.tl to thh vl11uo, 1 t A 1 fi C0(1 fMgii, 11 C"'' b•:<:C1m•1 iJ rn¡n1!it:.111t trtlClil)I\ i)( 11111 nu111u1 l•n(l('(l.oc~ IH l)it\ 'whorh (l•,;111r111s '"''~9 .. ty A1,o oucuv• t10¡1!" voh;,1111 l•fü~• llll <:011tlel,•ui<( ""il 1h11 tltt of C2 :, •lftctt(I b•1 A 1, Ar\ tllOltUiOf• lh4t dotledbt\ ir.e l'il)plt co111tt1t º"pi" 3 'º' • •m9te l'\1ci cornbll\·

CHOOSINU n 1 ANO r.1

! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~., Applications lnlormation ccuuunv•:dl l (' ll)ilC•lcr. (h11n. ')., T ' ,. n 1, Jnd 11'1~ (C>l•I (·orw111. ho .... o?vllf 1ti,P1)1\té !Jlllii. <)r !lle IÍMí! lt l.tS.,1 ·, \11)/'lo ~U\JS!l()(I b1•1.d10('1 \rnlltl1l~ at a fltw \>UllillJé i!)((é.lSU1 as lhe 1 • t v s : vee '( '•N '( Cl,. RJ A 1( incrP.\l'e' so " cornp1om1\e l>c!1ween fit>j'Jt .

1i'11~ .• 111<! l11Hi~ri1v mu~! ni! coosen ca1eh!Uy, WM(HP. K is th! 9a·o) CO(!Sl.tl\l·~1w>1t.illy) (1

Tll~ 11l1: (lf c;i •S dep1>nd;?nt onlv º'' che amov•H oí As 1 1111.11 C(>1H1Ch!1&1ill1\, 1he ma'limvm dlU•!'I;: ~ 'i¡1pl<? vOltJljl: ,1lhw • .;hlc .1n!I ,,,,, ltiqu fl•d l<!\ll(tl\\Íl "'''ll' fne(~Uí!•l•Oy •S d"lflnlilled by Vcc. e 1 ~ncj 1,· ¡

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Fot Tall hnd T0·20~ O•d" N.,on~tt

LM18M05Cf' TQ 1.M7éMl2C#' TO LM7eM15CI' T8 S.. P~c~• P03E

Otde>I Nvmi.ri lM78MO$CP l.M78M12CP lM78Ml5Cf'

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Schematlc and Connectlon Diagrams

• Outo111 .:u111u.1 in txcto ol O.SA • !n1trntl tl'ltfl'l'i¡I ov11:1h>OO 010tt"1on • No t,11tt1n¡I .;ompontl"Ht rtoulrNI • 01.11Qvt v•n\hlQI , .... •ttt l)IQlfCltO/\ • IOlffl\¡l 1f\Oll CU(V•I (l)f!Nll hn\tl

• Av•ll•blci "' 1>ln11io T0·202 otckl~t • Si:>teltt tucu11rv auow' .i11rt•vO evtn il oulou1 •i

nvl'•11J in nt9e1wf vQlt.i;• t • 1upl)t1l'\l

Features

For ou1PtJ1 'fOIU9e othtr th*'' SV. 12V •nd t$V th• Lt,'\ 11 i s.o1ie1 prov+QU ¡n OVtl)UI volti!)O 11n9e hO•" 12Vw!)?V.

Con1ide1.abhr t:ftort w.a\e11Cpend'd to m¡kc tho LM78MXX str•el ot 1e9u! .. ~OH ta\v 10 u~i &nd m'"'"'"e 1he num1>e1 or t"t•u'lal comoone,.u h 1\ not n•c~u~rv to bvcus 1he ovtf'\ut, illth0\.11)1\ 1h•s d~c¡ 1ml'.l<Ovt 11 :t1'l~1t1"l ruoonse, 1nou1 tiyp,.o•nQ '' n1i1JCíi<) 011lv 1 I 1r.t tt(Jul1to1 is roc"ted l,)1 !lom 1h11 hlltt• ¡:¡1C').1Clt()I º' lht 1)0.Vllf IVPPIV

Tho 1,.M78MX)( ttrlt\ ,, av1nltblt in tho pl.s~·c TO 10? 04C'c•9•· Th1i l)jlo('\cl11>1.1 .. 11owt tl'lt1' re9ut.co1i to d••l!v1i1 ov~t O f,1\ 1! ¡¡IJtOuit• htll '''''º"9 ·~ cro .. 1tlrd Cu11tl'll IUl'!lll'l9 !\ 1f'l(lvd•O to"""'( 1ht l'll'tl( OUIOUI CuHtt\l IQ

~ ut• v•lue. Sile ;11•• protcc11011 hu 11'\11 oviovt 11aru11· tor h pro.,.•d•o 10 lu•tit rnl•rn•I l)Ow•' d•U•P•l•Of\ u .,,tt,n11 cown •li\\1ft11110•' btc:omt1 100 "'9"' 101 u111 l'l••t j11\lc1n"I s11uv,ll"d tl'lt 1k,1m,¡I tl\vt<lown r11t'u11 1~ .. o n..,,., ""'"'l'•hfl.g :rut tC '1om élV'lf"'ll.61•1\!I

The L \,118M)<X 'e11u of thfet tcrmu\¡il tegulato•s iJ ¡.,¡1lable w1th shtral hxed ou1pu1 voll.iges mal(1n9 t11em v'elvl 1" ~ wee 1ange 01 api:ihca11ons Ooe ol tr\tst is loc;il on C.11d 1og\1llt10l'I, elun1nd(1ng 1h11 d•SH•tx.it•on l)rOC>lfms .tBOC•ilh:oml 1tqu!a1 on, T>tc voltJ~•H J'l•l+la!>lt fllo.v tht$t regvlilOH 10 be uU(I n IOQkC svi1em' •rtstrumcri1.i110+\ HlFi, .tl'ld 01'''' iol1(1 \L)lt tlt~Hor1oc ••av1C1tnfttl, Alt1'10V!)h (l('\19t1!'.!d Q1u'l'l<1t•!v .u. t, .. ed 11011~0 1t9v1.uon cru.isc d~''•<:ei CJ" be vsud w1th 110:101n,.1 <:CJmoontnu 10 0Q:.11A J(l¡uU.Jl)I(! .. olla~e\ ,iru! 1.;1Jt1tltl\,

General Descríption

LM78MXX Series 3·Terminal Positive Regulators

Voltage Regulators '?'A National ~Semiconductor

B- 12.

10·130

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Absolute Maximum Ratings ll'lput Voltage

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Electrical Characteristics TA•O'C•o 1o·c.10•500mA.vn1eso o••••wlsono<ed. OVTPUl VOi. TAO( 1 " <>V '" INPVf VOi. fAQ' (unt•u Ollltt""lt• nOltcJI 1 >OV >tV "' VNIT5

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Typlcal Applications

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• Thetrnjt, iho• t <:11e1.111,.,,d1.1t~ .uta tlfOtettion • Hl~h 111,i1!0 11:111(1inn

OSA {)l••Pttt cvoef\1 • 1\%- C)lti•t O•Jll'll•t "nh;Jljll

Features

,.llue w•th a l"Jf•uor d1"rt~r. rne tow quie~nt euaent tlra.n oi ttlll\e \ln•t~\ w11h 4 ioecified mf•i~m chanoo .... ith l·n~ .1n(I lo.id .,,,,u'~' IJO()d 1~Qul.t1•on in (h~ .,011~ hnnu1nl !'<\()((~

Fn1 nuCP\JI YOllll?t 01l'1oH cl\ar. SV, 12V ¡J'd 15V 11'1• lf\·, 1 l l reries pro~irlti ~ ov1put YQl1t!)!! t.tnl)e from 1?.Vto5?V

í.cw 1;10111<1 oir. CUHCM( of 1ho LMl9MXX ~ttlH ~llOWl OUll>VI vOllO<J"" to ho e.u,lv bOOUt(I .ll,)(>VO l,l1q llflt\.ól

fhhC rf:qvlators •lMPIQy ;n111mul .;:"'11tf1t limi1lt1Q ufo 11,,ia pto1ec11on ;1t1d 1ttu1mul 1h1.11down fo1 p1ou1c111>n •9il•"U vinuanv .. u rw1nlo11(I COf'H,:hl!Ofl$.

r~e LM19MXX ~•t,lll~ of J (lllmin¡! lfl)lll\llOU 1\ ~v$ ltit)I! W!lh loct!(I Oulfllll YOIUl•}')S et sv. · 1 ?V. and '!)V 'fl'uut? 11~~íce' n1i<1•I onl>t <m1i 1:ic:f!111,tl 00111~1leílt ~ c:orn1>.i11n11iui'1 C~l)<1C1t(>í it 11\4? Oul(lut. Thn LM1!lMX)( ,e11u is f1;;<:;k~1J'"ri in ,h,. T0·202 1)nwtf Q11t:ka11e ;;hd ro 5 111iit.11 t.1,, ""'' ·i C.l~·ut>le ot Sl•Pl'llvmq 0,5,\ ot OUl(hJ! CUH~11(.

General Oescription

~National ~Semiconductor LM79MXX Series 3-Terminal Negative Regulators

B13.

B-14.

Prµ¡•• P~ti .. .;¡. to.2oi 1$'1 0<~11" .... umbff;

LMl9M(l~CI' l,.Vl"J9Ml1'CP L,\119."'l'lC<'

S.,_ P~<l!110• t>c)lP.

Me1~• e, .. Pl(Clt~~ ro !> IH) O•t>.1Nu...,~•: LM79MOSCH LM791.112CH LMJ9M1SCM

So• P,1el(.14e HOlB

Nl)I • 1 flo)• <:.alevl-11oonfl ,,, pint!hvfo 1tn\pl\1,11t11tt "~" duot 10 l)í)w~• (11))10'11•0"' 1•11•11no111 •')\1\1111•c11 1u11<:1tó11 ti) !ll"'l)ot>l'tl ('IJA) ,,. 1o•c1w ,,.,íl ''"·'' "'""·' 3"<1 t2 'Cl\'I u"llrttlf i .. 1;.1 r.1t11\)

HM• 1 ''"º"'"1•0•\ •i ffi~llJl\l'll'll 111 ,, eon'llM1l 111t1ehm• !ti11!:)~r--tvr• t>t Q\ll~lt '"·''"'9 W•lh .. !l)w (l\1~yc·,(h1 Ch3111jl!$ •l'OIJll)IJI '•O•l•Qt 011" lll ,.,.,,¡,.,1J 11lliiOU m11?1t I)" t,;i"\qn +nta 4CC4vlll

1npvt Volll.'Ot rvo = sv¡ 25V 1Vo = 12Va11d 15V} -35V

'"t>ut/Oult>ut Olflarentlal rvo ¡o; sv) 2SV (VQ = 12V3nd 15V) JOV

Pcwer Olssipation lnu11nally l...1m11ed Oparaling Juncllon Tempera1ure Rango o-e re +12s·c S1ca•ce Temperatu1e Aan90 65'Cto .. 1so·c Load Tornooi(lh.1(6 (So!C1er1ng, 10 seconds) 2JOºC

Electrlcal Charactorlstlcs Condit1on:i1 uniesis othorw1&0 /\O!o~: tour• J50 "'A, Cu • ., .. 2 2'JF. cour .. 1~F. o·c e r¡ <. ns•c f'AIH MVMAER lM19MOSC ""1'1,111c 1.M19M1$C

~Pvr V0LlA(;€ >V ,,, ,,. INPUT V01.fA0€: (unto•\ otl'lt•"""& \(lf(:illtcll IOV ,,. • 1)V UNITS J1ARAMIU1i:A CON{)1rlONS "'" ,,. "" MIN TVP .... , MIN rv• MAX

Vo 0\111)•11 VVllllQ• ~~·e ... 1 g .. .,o .... , ~ 11 $ 11.Q .. 115 , .. rs e .. 1S6 V

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AVQ l,1r11,1 lttiJul.,h•l•' ,, .:">·e ~"fl'" '' • •• , ,. 1 ' •YJ .,.., ' f'')( 'IN\. •'I 111> .. ''11~< '-'">• ¡ .. .: V¡N.: "11 :,) V

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A•Uuh1A•il1111Hn1 1 12v .,t "' ,,~ !:• 'º ~· IO .. 1 11\ ~ 'l¡N '•

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Absoluta Maxlmum Ratlngs

56

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Connection Dlagrams

3.0Vto 15\' 1onv.r Uyp,)

0.4S Voo f1yp,¡

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B- 15.

• Wi(le supply vcnaoe range

• tcw ccwer

• HtOh no!sc imrnunhy

Features General Description 'rne CDi1001M!C04001C. CD4011MfC04011C are rnoncü- tnlc ccmptememary MOS (CMOS} quad<uple two-input NOR snd NANO ga1e 1n1egrJted circu11s. N· ª"d P· chal'lne1 enh&ncemen1 mod~ transls1ors provide a sym- melricat clrcult w11h cetput swinos ossenti&ny equal to me supp1y vo1tago. lh1s result!io in hlg11 oerse immunity over a wi(le su pal y vo11ago <onge. No occower other than inat cnu$ed oy 1eek•ge cu1ren1 is consumeo clv1ln9 s1at1c conoltlons All lnputs e1• p101ected ago1ns: s1ait1c: dlS· cnorge and 101cnu'\Q cond11lon1.

CD4001M/CD4001C Quadruple 2·1nput NOR Gate CD4011M/C04011C Quadruple 2·1nput NANO Gate

~National ~Semiconductor

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B-16.

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100 50 150 100

125 75

50 25 50 25 15 50 75 'º 5.0

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"ce =5.0V v00 = 1ov v00 = 5:01/ v00= ·ov Voo=5.0V Voo= tOV v00=5.0V Voo= IOV Any Input

n• ns ns ns ns ns ns ns pF

75 40 75 •O 125 IS

100 60

' ;PlM Prop:t9a11on Oclay Time Low 10 H19h Levol

1

l"'ML Transil1on Time H19n to l.ow Level

ll'l •I rra1'1fulion Tune Low to Higll tevet

' C,N "'Pul cacecnance

C04011C t?l'l ?rooilga1.on DP.l•'lY Time- H1Qh to Lcw Love1

lr>t1 ProottQl.lhon OcJ:..y Timo Lcw to High Levet

l;i..¡L, Trans111on Time High to Lcw Leve!

lnH rraesrnon Time t.cw to High 1..eve1

e" Input caoacuaoce

50 25 50 25 15 50 75 40 5.0

V0o ~ ~ Ov1' -----r- v00 e. iov v00 .. s.ov Voo = lOV Voo= s.ov V00 = 10V

Voo = 5.0v v00 = 1ov Any lncut

AC Electrical Characteristics f 1, TA• ese. C1.. • 15 pF. (lnd irpvt riso ""d tau hmts • 20ns.

Tyuica1 1ém1Htr<1tu1e cotoil1e1onl tot al! valut$ 01v00a0.3•1.rc

1 , ,.......,.,.:..::..1

P::ttometer Conditlons Mln. Typ. Max. Vnits ----------'-----'----'----'---'---1 C04011M ~~·~~~~~

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N()lf 1· :.osOlí,t\t ..... )t.m!Jm f'l•t1n9s. a1t tnO~@ v~IUOS Ot)'Ono wruc.n 11'!(1 Al)!"l'f l)I ll••i C.:l'Ylt;(' e~fl!\OI Ot 9113101\IOtc:I. EACfOI 'º' Ope11>t1no Tt1"IOtr:itv1t ~•nqe "'')' "'' not m1.1n1 to •l'l'I> 'I •J1.11 thu i1c .. •et1 :11,ov10 ~ O.:>t1Ji11K1 ;'H tllfal 1m1ts lnr• IOblt 01 l:ittCll•C.)I Cf\,)1(1C(ll11Sh<:$. :)fOY1d•!'l <;011(Jilh.>(1!J 'º' 8Clu•I Otv1et OO•t•Uon

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toN Ou1ou1 Otlvo Curr1.tn1 N·Channel «on 1)

l1,1P OVIPUI º'"''Curren! ¡').Chttn1101 <400 ll

V111.. No1s1 tmmun11y (All lnCUI$)

Vo1 01.1tout Vollaq& tcw level

VoH Ouloul Vott::190 HiQh. Leve!

Pafame11tr

Ve>o = 5 ov. v,. Voi;. 1,'). Ot, veo • 101/, V1 nVoo· lo ~oA

Voo. !!o.OV. v,. Vss+ 'º. OA Voo. IOV, V¡ • Vs,11,. JI). OA

vee 50V. Vo•36V, lo•0A Vor,• IOV, Vo• 7,2V. ~o•OA

Vuo • s.ov. v0 •o gsv. 10 OA v00 • 1ov. v0 ~ 2.av. 10• OA. Voo. !>.OV Vo. o 4V v, lit Voo vec • IOV, Vu • 0.~V. 1/1 • Voo veo s ov, v0 '5 2.5V. v,. v~8

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v00 • .ov v0 0.5v. v1• veo o 63 1 o 5 1 u 6 10ri Ou1ov1 Orive Cvrrvnt Voo•&.OV, Vo•2.5V, v,.vli$ OJ1 .. 02s¡ O.S

P·Ct\t1nn·º'_<•_0_1_•_>_~_vº_º_·_1_o_v_. _vo•9 ')v, v. .v~~ .._._º_,_~'· _o.6 l' 1102 t1i"\JI Cur1(ln1 ~~''

Limh$ ssc ~$°C~12s•_c_ Units

Min. Max. r~,.yp. """'1,'"1.,.+Min. T Ma•. Condition:>

• S5 9.0~ i.S J.O 1 4

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1~ Ouiescent Oevrco Vo!) = 5.0V CvtrCnl Vt)o a IOV

P0 Ou1escefl1 OOY•Ce V00 • s.ov Oiss•pátion1Packa9e v00 :s: tüv

-··" ~~~ OC Electrical Characteristics - co•oo1M. co•o11M

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VOllil9e .,tn A1\y Pu) Vss -0 3 v to Voo +O 3 V Stor<19e remoeeature Raoge -6s~c to +iso•c Opero>ting T&mperat!Jte Raoge Pack;lfl~ 01ssjptllu>n 500mw

co.1001M. C04011M .. 55·c 10 +12s•c Oce<atir'lg v00 Aange vss • 3.0V to Vss .-. ts v C0~001C, C04011C ·IO~C to ssc LC<cd ternoeratore t$Qldeliog, 10 secones) 300,C

B-17.

Ord•t Humt.1 lM]4tCN·14 S... HS P11ttloll9'1 Ht4A

01d., Numb., l.M741J.T4, LM74tAJ·t4 tw lM141CJ·14

S.• NS Poclla99 J14A

Ord•• N1.1 ... t.• l.M74 ICN 1H LM74tCN S.. NS Paek.#9• N089

Otd0t Numbott LM74 tC.J s .. NS Pf';.,t9' JOSA

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01'<1•• Nu<flb•• LM)41H, LM741AH, lM14tCH or lM7d IEU S.• NS P.1(1(~ U08C

M•t•I Cu'l Pt<tlU~ .. ....... e·· .. .,.,,...... . ........ ........... _. : . "''"'""''

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', . Schematic and Connection Diagrams {Ten VitrW\I

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Tl'le •mpltfltrs oll('t m;inv lcnll.l"•cs which m11Jte 1heir ao1>1tca1lol'I ntii)r!y toolproot ovor1011d ptO·

The l.M741C/t..M7<11E are iden1icat 10 the L\,1741/LM741A exct1lt lhllt lht LM741C/ L.-..t741 E nave the¡r performanc:e quaron1oed over a 0°C to t70~C temOfrature r11n9e. lflUl!ad or -ss•c 10 +12~"c.

tection ce t~ input •nd 01.11put, no l;Hcl'l·,1p w~en 1he common mode r111'9* ¡, exceeuee , •s woll u llee(tom ftom oscillatior'H.

Tho LM7411c111:' ;uoi !ie!ntrlll purpose oper111•onal am1)l+f1l!n whic::h fta1ure improvf'd perlormilnc;r. over inousuv sund11rds lile.• th•~ t.M709. 'rnev are dittGt, plug•in 1cpfllCCMf'Oh for the 709C. LM20l. MCI 43!) •nd ?48 in most .!l)Plic.ulons.

LM7 41/LM7 41A/LM7 41C/LM7 41 E Operational Arnplifier General Description

Operational Arnplifiers/Buffers ~Natlonal ~Semiconductor

B-18.

w Absolute Ma¡cimum Ratings ,... '<!' ,.... l,1.174 lA. LM741E LM741 LM741C

~ Supply Volt• .:.22V :."nV !22V !18V ..J Power D•u•pauon INote H 500m\•/ soo 500 m'N 5001'/\W u 01fferemiat Input Voltagt .:JOV !.30V •30V ,30v ::;: lnDUt Vohage INote 21 :lSV •ISV -rsv rsv

Ouo)ut Slior1 Cuc;ull Qu,a1t0n l~hn1t~ lndtfinlt• lndtf•Nt• lndef1ni1e ,... 0pe(at1flS' lempeftture A¡ngit 55e10 •12s"c O"C 10 •>O"C SS'Cto • ,,.S .. C o"c 'º •?O"C ~ St0'"9f lemPtrtture Rangt ss'c 10•1so•c -es'c 10 .. 150 .. e ~Cta•1SO~C ssc 10 • 1 soe

..J luid Temptratutt JOO"c 300•c 300 e JOO'C ;:¡: fSotdl'flng, 10 $oeCDn01t ... '<!' ,.... ~ ..J ...- '<!' ,.... ~ Electrical Characteristics fNotc- 31 ..J

'1.t.•.t.M(lt• CO~tiO...S l">' 1.r.·\Ml4U LMUI l~1•'C Vlt11$

""H '"" .....,. MW ,., MA• ••• ... • •• '"'°"'' 0••1t1 \'.OIU°' '•.,.e

'1$S 10n 'º .. 'º •• •V •ss &en •• " .. t.r.,•1.i<t.T,,<t,,1,,1.A)t ., .. .e:1 •• •• ., 11' • ~ ~ .. )! ••

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B· 19.

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B28.

tensiones:

200 V de cresta para el primero (120 V de servicio). 400 V de cresta para el segundo (220 V de servicio). 80(1 V de cresta para el tercero (3 SO V de servicio).

J.:1..tos valores se han establecido para el caso más desfavorable que.: :-.<: pueda dar: ton carga puramente inductiva, es decir, con coseno cr =O. Para valores lll('j<.liC' Ul·I «.:O~ rr la tensión de cresta se reduce en Ja misma proporcion; poi ejem plo, ,i a cos 11 = O le corresponden 200 V de cresta, a cos cr = 0.7 deben corres pondcrle 200 X 0.7 = J40 V.

Los tres ábacos de las figuras .178, 179 y J710 corresponden a dífcrcntcs

Ab••<.o p .• 1.~ (:1 cálcvtc (Íc lv '' d AC ch: prolctcit,.·) contra 1:, d.·. el~ t•tora I<. ·1· ·1·11 de picó de.• 2UfJ V (120 V de &crvicjo).

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fig. 17•7,E6<luem3 con las bases de clllc:ulo de lns redes de: protección Cf1 dv/dt fl partir de los

ill.>elicos slguic:ntos.

411: ,__ __ _.._T

La compañia RCA propone un sistema para !'I cálculo de Jn red RC de pro rccción, en su nora de aplicaciones AN 4745, J 971 (''Analysis and dcsign oí snub bcr nctworks Ior dv/dt supprcssion in triac circuits", por J. E. Woj.1/trn·o11·icz).

I .. os valores <le R y C se obtienen en función de Ja corriente 1 en ln carga (en ampere eficaces) y de J:i t/1•/t/1 admisible, para disunios valores de In tensión de cresta. a partir del esquema de cálculo de Ja fig.uin 177.

4. Diagramas de cálculo de la red RC

171

B29.

1711 T/Jl/S/OJIES Y 1 TUACS

l!ISl'OSl{IVOS L>E PIWTECCióN

B30.

ú1.' ere ~t;·,) en el ábaco i 7.~ <id1ui· !: ' de 5 \'/11~. e:--;

o dj:-<.«>Jttinuo1 leyendo el va- 4·) Anotar la i111t·r!>.ct·t.:i<'Jn con Ja r(·cta de th·. út ;1 ; 1 1(,, de R en ohm en fa escala de 1;1 dr1 cd1a.

Por ejemplo. para opcr ación ¡¡ 120 \1 (?flO <.'H P1H1iJlll1)~. p:11 a cos q == O: 4 0 :\ e ür ncc

U nF} !' r: .11,(1 (!.

Fig. 17· 11. Prorecclén de loi GTO: por eencr f;,), poi diede 111011l<•do en antiparalelo (b), 0 por diodo de reccperacton en parshtlo ron 1: t nr;::. indv(liva (e).

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a) 'l'ra1:u unu vcrrica! a r!lHi1 1J~:' 'tllor nominal previsto de corriente: b) /\11n1:u la tU!{'J'''<'Cil'•ll d~ • •1 \ 1·11ical con l:i recta oblicua e!..· In di .t¡ .1n1J

siblc, rn p;¡¡p fl, uo. ohH·ni\ · .: <'rdcnad;i:.. l n la r:.c.·11la d<· la i :111."d:·. lor de e cu 11)k 1e,1(~1 ad;

La..; l'C'(.'l;I ... de lrf'li'O 11('1\\\ 't' refieren (11 condensador e y las de trnz .. , di'''l'll• tinuo ni 1<·~i'1"1 R.

Pnrn 1uili1ar 101' /ihi11.:<"· 1ia ... 1a ~1~:pi1 el diagnuna corrcspondicnn. u lil h·11 .. i<111 deseada y r1 (1('."'(11,.•r como "1fHe:

rlg 17.9, Alwo pnoo ~00 V do p;co (220 V do eondc;o¡.

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1 '" '.._I_, :~

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REFERENC[AS GENERALES.

PLA~O 05 Bastidor de Control del Regulador con Disipación de Caroa.

PLANO 04 Circuito electrónico de potencia o actuador y fuente de alimentación continua.

PLANO 03 Circuito el ectr6nico del detector, medidor y compensador de corriente y compensador P.D. de frecuencia. Circuito de seguridad de sobre co rriente.

PLANO 01 Oiar¡rama de bloques del Regulador de disipación de carga

PLANO 02 Circuito electrónico del detector, referencia y comparación de frecue.!!_ cia y circuito de securfdad de SQ bre frecuencia.

PLANOS DEL REGULADOR DE VELOCIDAD

ELECTRICO ELECTROMICO CON DISIPACION DE CARGA

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01 Pl..AHO H~

ESC.\'"-A.:

Fl!C:!-IA: l .qEvrSA.Ot:

DICIEMBRE/ 86 PROYECTO EJECUTIVO DETALLADO

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DEPARTAMENTO TECNlCO

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