Control on Off de Carga Resistiva p.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN ESCUELA PROFESIONAL PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CONTENIDO 1.

INTRODUCCION ..................................................... ................................................................. ...... 2

1.

CONTROL ON-OFF ............................................................ ............................................................ 4 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO................................................................ ............................ 4 EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL ON-OFF .................................................................................... 6

2.

CONTROL “ON-OFF”, DE PASO POR CERO O POR SECUENCIA ....................................... 8

3.

DESARROLLO DEL PROYECTO: ........................................................ ..................................... 11

4.

CIRCUITOS: .............................................................. ................................................................. .... 15 4.1.

CIRCUITO COMPARADOR: COMPARADOR: ........................................................ ..................................... 15

4.2.

Circuito amplificador: ................................................................ ..................................... 16

4.3.

Calculo de resistencias por número de ciclos : ...................................................... 16

5.

CIRCUITO RESTADOR DE 8 BIT:....................................................... ..................................... 17

6.

DATASHEET DE LOS ELEMENTOS UTILIZADOS EN EL PROYECTO PROYECTO ........................... 18

7.

ANEXOS:............................................................................... .......................................................... 23

8.

CONCLUSIONES: ..................................................... ................................................................. .... 26

9.

BIBLIOGRAFIA: ...................................................... ................................................................. .... 26

Control on –off de carga resistiva programable

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1. INTRODUCCION El principio de este sistema de control se puede puede comprender fácilmente fácilmente con el esquema siguiente

, donde una red de c.a monofásica alimenta una carga inductiva a través de un triac .Par regular la potencia de la carga , en vez de controlar el Angulo de disparo del triac , lo que se hace es aplicar impulsos síncronos a su puerta en el momento en que la tensión pasa por cero durante una serie de ciclos y desconectar los impulsos de disparo durante otra serie de ciclos .En el caso de la figura se observa que la tensión de alimentación se ha conectado a la carga durante n ciclos consecutivos y se ha desconectado durante los siguientes m ciclos .De este modo el valor eficaz de la tensión aplicada a la carga resistiva será :

V 0



n



2 n  m



  



2

   V

2V s senwt senwt d wt

s

n mn

 V s

k

Donde k es igual a n/(n+m) y esta constante se denomina ciclo de trabajo del regulador . Este tipo de control se utiliza en la regulación de velocidad de motores con mucha inercia mecánica y también en la regulación de temperatura de calderas de agua con mucha inercia térmica (de grandes dimensiones); en este caso la resistencia R de la figura representa el elemento elemento calefactor que recibe ciclos variables variables de la onda de la red de c.a. , consiguiéndose de esta manera fijar la temperatura del fluido de la caldera en un valor muy constante .Inicialmente, si el agua de la caldera está muy fría , el triac recibe impulsos de disparo todo el tiempo, de tal modo que la resistencia de calefacción de la caldera funciona a toda potencia , pues recibe todos los ciclos de la red ; conforme va aumentando la temperatura del agua , van disminuyendo el número de impulsos aplicados a la puerta , reduciéndose el número de ciclos activos n respecto de los pasivos m .Cuando la Control on –off de carga resistiva programable

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temperatura del agua es cercana a la de consigna , entonces el valor de n se reduce sensiblemente y es el suficiente para mantener la temperatura en el valor deseado .Este sistema de control recibe por ello el nombre de proporcional , ya que cuanto mayor es el error de temperatura , es decir , la diferencia entre la temperatura de consigna y la real que tiene la caldera , tanto mayor es la potencia desarrollada por la resistencia de calefacción .


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1. CONTROL ON-OFF PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO Al analizar los principios de funcionamiento del control on-off para el control de la potencia transferida a la carga, considérese un controlador monofásico de onda completa como el que muestra la figura 1-a. Los tiristores conectan la alimentación y la carga durante un tiempo tn que consiste, normalmente, en un número entero de ciclos de la tensión de alimentación alterna, esto es,

el disparo de cada tiristor se produce de forma alternativa en un ángulo α=kπ (k=1,2,3,...). Asimismo, si no se provoca el disparo del tiristor, se impide la conexión entre alimentación y carga durante otro tiempo tm. Se suponen que los tiristores empleados son controlados por fase, esto es, se apagan de forma natural al pasar por cero la tensión de alimentación para hacerse negativa. Las formas de onda de la tensión de entrada, tensión e intensidad de salida y los impulsos de corriente aplicados en los terminales de puerta de los tiristores T 1 y T2 se muestran en la figura 1-b. Como la tensión y la intensidad de salida son senoidales y están presentes en un número entero de ciclos, sus valores medios valen cero, lo que reduce el número de armónicos generados. Figura 1 Control on-off.


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Este tipo de control se emplea en aplicaciones de alta inercia mecánica, como es el caso del control de la velocidad de motores, y de alta constante térmica, como puede ser la calefacción industrial.

Si se alimenta el circuito con una tensión de entrada expresada como v s=V sin(ωt)=√2 Vs

sin(ωt) , y los tiristores permiten su conexión a la carga durante n ciclos y la impiden durante m ciclos, la tensión eficaz en la carga vale:

(1.1)

donde k =n /(n+m) recibe el nombre de ratio de ciclo.


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EJEMPLO DE APLICACIÓN DEL ON-OFF

Un controlador de tensión alterna como en indicado en la figura 8.1-a, alimenta una carga

resistiva de valor R=10 Ω. El valor eficaz de la tensión de entrada es , Vs=120 V 60 Hz. Los tiristores se encuentran activados durante n=25 ciclos y desactivados durante m=75 ciclos. Determinar:

(a) Valor eficaz de la tensión de salida. (b) Factor de potencia de la entrada. (c) Corriente media y eficaz por los tiristores. Solución.

(a) Aplicando la ecuación 1.1, el valor eficaz de la tensión en la carga vale:

(1.2)

Al tratarse de una carga resistiva, el valor eficaz de la corriente de salida se calcula como:

(1.3)

(b) La potencia media P0 consumida en la carga vale:

(1.4)

Por otro lado, la potencia media suministrada por la fuente viene dada por: (1.5)


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ya que el valor de las intensidades a la entrada y a la salida coincide. Así, el factor de potencia de la entrada se calcula como sigue:

(1.6)

esto es, FP= 0.5 .

(c) La corriente máxima o de pico que circula por los tiristores vale:

(1.7)

Así, aplicando las definiciones de valores medios y eficaces, la intensidad media en cada interruptor viene dada por:

(1.8)

en tanto que el valor eficaz de la corriente a través de cada tiristor vale:

(1.9)

Como muestra la ecuación 5.6, el factor de potencia varía de forma lineal con la raiz cuadrada del ratio de ciclo. Por tanto, para valores bajos de k el factor de potencia también lo es (ver figura 5.1-c). Control on –off de carga resistiva programable

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2. CONTROL “ON-OFF”, DE PASO POR CERO O POR SECUENCIA El circuito de potencia es el que se muestra en la figura 2.1.

Fig. 2.1 regulador de tensión (monofásico) con TRIAC y con SCRs El control por secuencia consiste en conectar o desconectar la alimentación de la carga (en general una resistencia) durante un determinado número de ciclos de la tensión de entrada al regulador. De hecho, la regulación se consigue anulando la tensión en la carga durante ciertos periodos de la tensión de alimentación. El intervalo de conducción y el de bloqueo del interruptor es típicamente de varios ciclos de la red. Este tipo de control se utiliza en aplicaciones que tienen una gran inercia mecánica o una elevada constante de tiempo térmica, es decir, se utiliza en situaciones en que la constante de tiempo de la carga es mucho mayor que el período de la red CA, (por ejemplo, en el calentamiento industrial o en el control de velocidad de grandes motores). Dado que se suelen utilizar tiristores como elementos de control, su disparo se realiza en el paso por cero de la tensión de alimentación. Ello permite una reducción importante en el número de armónicos generados. El control electrónico lleva incorporado un detector de paso por cero y un contador de semiperíodos para saber en qué instante se debe disparar cada tiristor. Un método para conseguir el control por secuencia es usar un generador de señal triangular de frecuencia fija que se compara con una señal continua de control. La señal diente de sierra establece la base de tiempo del sistema. La señal de referencia proviene del circuito de control de la variable a controlar (por ejemplo del circuito de control de la temperatura). La potencia entregada a la carga varia proporcionalmente a esta señal. La

figura 2.2 ilustra este funcionamiento. Durante “n” ciclos la carga permanece conectada a la alimentación, en cuanto queda “m” ciclos permanece desconectada.


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Fig.2.2 Control por secuencia La figura 2.3 muestra una simulación de un control “ON -OFF”, en el que se conecta la tensión de red a la carga durante 3 (n) periodos completos y se desconecta durante 2 (m). La gráfica inferior representa los pulsos que se dan a los SCRs. Las otras dos gráficas muestran la tensión de entrada y la tensión de salida del convertidor.

Fig. 2.3 Simulacion de un control por secuencia (n=3, n=2)


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Para una tensión de entrada senoidal, del tipo que se conecta la carga durante

n

considerando

ciclos de la tensión de entrada y se desconecta m ciclos,

la tensión eficaz de salida puede obtenerse como:

Uno de los inconvenientes del método descrito es la presencia de oscilaciones de baja frecuencia en la carga que se está alimentando. Por ejemplo, en el caso de que la carga sea un motor, se pueden provocar vibraciones mecánicas. En el caso de que la carga sea una lámpara, pueden aparecer oscilaciones de baja frecuencia, apreciables por el ojo humano, nada deseables. Para solucionar estos inconvenientes, se suele utilizar otro método, denominado control del ángulo de fase, tal y como se describe en el siguiente apartado.


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3. DESARROLLO DEL PROYECTO:

El esquema mostrado a continuación es la parte que comprende el control programable:


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Donde:


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4. CIRCUITOS: 4.1. CIRCUITO COMPARADOR:

Señales:


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4.2.

Circuito amplificador:

Se realiza mediante esta parte la amplificación de 50 mv a 10 v,señal con la cual ya podemos trabajar .

4.3.

Calculo de resistencias por número de ciclos :

Se remplaza de acuerdo al circuito de la derecha ,calculando el valor de las resistencias de acuerdo a la potencia como en la siguiente tabla:  





Numero de ciclos

PDL

0

0

2

1000

8

2000

18

3000


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32

4000

50

5000

5. CIRCUITO RESTADOR DE 8 BIT: Este circuito se puede usar en reemplazo del circuito comparador pero adicionando a su salida compuertas lógicas que hagan que el reinicio de los flip flop no sea instantáneo sino por ciclos .


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6. DATASHEET DE LOS ELEMENTOS UTILIZADOS EN EL PROYECTO

- Comparador de magnitud de 8 bits 74ls688


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-

Dual JK Flip-Flop. 74ls76


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- compuertas NAND 74ls00

-

Compuertas AND 74ls08


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-Restador digital de 8 bit: 74ls181


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7. ANEXOS:


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AMPLIFICADOR 50m V a 10V


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8. CONCLUSIONES: 

Se concluye que : Este tipo de control se utiliza en la regulación de velocidad de motores con mucha inercia mecánica y también en la regulación de temperatura de calderas de agua con mucha inercia térmica (de grandes dimensiones); en este caso la resistencia R de la figura representa el elemento calefactor que recibe ciclos variables de la onda de la red de c.a. , consiguiéndose de esta manera fijar la temperatura del fluido de la caldera en un valor muy constante .Inicialmente, si el agua de la caldera está muy fría , el triac recibe impulsos de disparo todo el tiempo, de tal modo que la resistencia de calefacción de la caldera funciona a toda potencia , pues recibe todos los ciclos de la red ; conforme va aumentando la temperatura del agua , van disminuyendo el número de impulsos aplicados a la puerta , reduciéndose el número de ciclos activos n respecto de los pasivos m .Cuando la temperatura del agua es cercana a la de consigna , entonces el valor de n se reduce sensiblemente y es el suficiente para mantener la temperatura en el valor deseado .Este sistema de control recibe por ello el nombre de proporcional , ya que cuanto mayor es el error de temperatura , es decir , la diferencia entre la temperatura de consigna y la real que tiene la caldera , tanto mayor es la potencia desarrollada por la resistencia de calefacción .

9. BIBLIOGRAFIA:  Maquinas eléctricas Fraile Mora 5ta Edicion 

http://www.futurlec.com/74LS/74LS688.shtml

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http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheets/105/491928_DS.pdf

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