Manual Sistema Electrotorque Pala Electrica Cable 4100a Pyh Conversion Motores Control

ELECTRICIDAD MINA TOQUEPALA

ENTRENAMIENTO

ELECTROTORQUE PALA 4100A

PREPARADO POR:

M. LLAGUNO

Electrotorque

OCTUBRE

INTRODUCCION EL SISTEMA ELECTROTORQUE La palabásicos: P&H 4100A, usa motores de Corriente continua para producir los 4 movimientos Empuje (Crowd) 1 motor, Izar (Hoist) 2 motores, Giro (Swing) 2 motores y Avance (Propel) 2 motores. La alimentación de Corriente continua de estos motores, es generada por medio de un Transformador principal y un grupo de puentes rectificadores Trifásicos a SCR’s controlados electrónicamente. El conjunto de los puentes rectificadores y control electrónico es llamado Electrotorque. El ELECTROTORQUE, se encarga de suministrar la corriente continua que necesitan los motores DC tanto en sus respectivos Campos como en sus Armaduras de acuerdo a las señales de referencia (mando del operador) y de realimentación de voltaje y corriente para controlar los movimientos de la pala, usando para ello un grupo de convertidores estáticos (Rectificadores) Trifásicos a SCR, cuyo ángulo de disparo o conducción es variado según los requerimientos de potencia de los motores. Los Convertidores del Sistema Electrotorque son alimentados por un Transformador Principal con dos devanados Secundarios de 600 VAC cada uno; el sistema así constituido es un Variador de Potencia DC por Angulo de Conducción, basado en el método disparo.de la generación de rampa y escalón para producir la variación del ángulo de Las regulaciones de tensión y corriente para los motores DC son hechas en las diferentes tarjetas electrónicas que conforman el control electrónico. Los mandos en la cabina del operador, establecen las señales de entrada o referencia para el control de movimientos de la pala según la demanda de potencia requerida en ese momento. Como segundo sistema tenemos que el control eléctrico (Start, Stop, luces, ventiladores, etc.), la transferencia de movimientos, restricciones de funcionamiento (Boom Limit Switch, Hoist limit Switch, ladder limit Switch, etc.) y protecciones del sistema (Under voltage relay, phase sensing relay, ground fault relay, ground fault main transformer, etc.) son controladas a través de un sistema PLC Allen-Bradley de la familia SLC-5/04 que se comunica con el Electrotorque, a través de las tarjetas convertidoras de característica y los módulos de protección de este (Diverter, Diferencial de tensión, sobrecorriente, falla de SCR, etc.); para determinar el cambio de movimiento (y entonces encender el convertidor o puente rectificador respectivo a SCR’s) o la condición de paro o alarma en la máquina. La lubricación de todos los

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puntos de engrase en la pala, también es controlada a través de este PLC AllenBradley SLC-5/04 que trabaja verificando el cumplimiento de los ciclos de lubricación y avisando a través de alarmas de una falla en la secuencia. El control de la potencia reactiva, producida por el trabajo de los puentes rectificadores y motores DC, es regulado a través del sistema RPC o compensador de potencia reactiva integrado al sistema Electrotorque en el mismo panel que él; es un sistema electrónico que va agregando o retirando bancos de resistencias y condensadores a los secundarios del transformador principal, según el factor de potencia en ese momento, con el objeto de acercar este valor a la unidad, para esto usa SCR’s y diodos a manera de Switches electrónicos para conectar o retirar los bancos, que son controlados por un grupo de tarjetas electrónicas, las cuales deben ser ajustadas por niveles según un procedimiento de calibración para el orden de ingreso y salida de los mismos. Hay una lógica de distribución de componentes en toda la pala relacionada con su ubicación y función dentro de la máquina, que se ve reflejada en la simplicidad de los diagramas tanto de montaje Eléctricos y Mecánicos como de circuitos; lo que facilita encontrar cualquier sistema o componente rápidamente. Este curso ha sido dividido en 8 capítulos, si bien es cierto, el manual es extenso, requerirá que el técnico lo lea completamente para tener un conocimiento aceptable del sistema. El Capítulo 1, es una vista general de toda la Pala y todos sus sistemas importantes, muestra la simbología que emplea el fabricante en sus diagramas eléctricos y la relación que existe entre cada Subsistema de acuerdo a la codificación del fabricante. También se hace un breve resumen de algunos dispositivos electrónicos importantes usados en las tarjetas de control. El Capítulo 2, toca toda la teoría referente a los Convertidores y los sistemas rectificadores de corriente AC-DC, da aplicaciones de ellos en los mismos sistemas de la Pala. El Capítulo 3, estudia los Motores de Corriente continua y sus características, muestra las curvas de respuesta de los motores de cada movimiento de acuerdo al tipo de control que ha diseñado el fabricante; este capítulo es importante por que muestra las tablas de calibración de valores máximos de corriente y tensión para los motores de cada movimiento. El Capítulo 4, presenta la introducción a la teoría de los sistemas de control, la importancia de este capítulo radica en que da la forma de razonar el funcionamiento

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del Electrotorque de una manera simple y a través de diagramas de bloques, no importando por lo tanto, la complejidad a nivel circuital del sistema si no mas bien, la posibilidad de entender el comportamiento de las señales que intervienen. El Capítulo 5, detalla todo lo referente a los circuitos de protección de la Pala, muestra también los valores en los que están calibrados. El Capítulo 6, y el Capítulo 7 son fundamentales en este curso, se estudian todas las tarjetas de control del Electrotorque y se muestra su relación como bloques funcionales de tal modo que lo estudiado en el capítulo 4, se aplica directamente. Es importante leer completamente estos dos capítulos para comprender cabalmente la filosofía de funcionamiento del Sistema. El Capítulo 8, corresponde al estudio del sistema de Compensación de Potencia Reactiva RPC, cuya función es acercar el Factor de Potencia de la Pala a la unidad. Se han introducido cuestionarios al final de cada capítulo con el objeto de que el técnico verifique sus conocimientos o haga algún análisis particular que requiera poner en práctica lo aprendido. También se incluye una extensa bibliografía para aquellos que deseen ampliar sus conocimientos. El presente curso, tocará todos los temas referentes al Sistema Electrotorque tratando de manera referencial el Sistema del PLC SLC-5/04 por razones de extensión. Cada dispositivo será estudiado detalladamente, sin embargo, lo mas importante es tener una idea clara del funcionamiento como conjunto para poder determinar en forma rápida el lazo de control que tiene problemas cuando hay una falla y seguir un camino lógico en la resolución de la misma.

Miguel Llaguno 80487

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CONTENIDO CAPITULO I GENERALIDADES 1.1.1.2.1.3.1.4.1.5.-

Movimientos de la Pala El Control Electrotorque Distribución de Componentes Mayores Códigos de Localización Conectores (Cannon Plugs)

1.6.- Puerta Sistemas Digitales 1.7.NAND 1.8.- Puerta O-Exclusiva 1.9.- Circuitos Flip-Flop 1.10.- Amplificadores Operacionales 1.11.- Amplificador Sumador

1.12.1.13.1.14.1.15.-

Amplificador Integrador Detector de Nivel Símbolos Circuitos de Alto Voltaje (A).- Transformador Principal (B).- Sistema Transformador (C).ColectorAuxiliar de Alto Voltaje (D).- Zapatas de Alto Voltaje (E).- Anillos de Alto Voltaje (F).- Contactor del Transformador Principal

CAPITULO II CONVERSION AC-DC 2.1.2.2.2.3.2.4.-

Principios de Corriente Alterna Rectificadores Puente Rectificador Trifásico a Diodos Aplicación de los Puentes Rect. Trifás. (A).- Fuente de Alimentación 42 VDC (B).- Relay de Bajo Voltaje

2.5.- El SCR - Principio y Características 2.6.- Variación del Angulo de conducción

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2.7.- Variación del Angulo de Conducción por Generación de Rampa y Escalón 2.8.- Puente Rectificador Trifásico a SCR’s 2.9.- Formas de Onda en la Carga 2.10.- Config. de un Puente Rect. a SCR’s (A).- Puente Reversor (B).- Puentes en Serie (C).- Semiconvertidor

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CAPITULO III MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA 3.1.3.2.3.3.3.4.3.5.3.6.-

Principio de Motores y Generadores DC Definiciones Curvas de Trabajo Cuadrantes de Control: Izar y Descenso Voltaje y Corriente de Armadura Debilitamiento de Campo

3.7.- Características de Armadura (A).- Movimiento de Izar (B).- Movimiento de Giro (C).- Movimiento de Empuje (D).- Movimiento de Avance 3.8.- Características de Campo (A).- Movimiento de Izar (B).- Movimiento de Giro (C).- Movimientos de Emp./Avance

3.9.- Tablas de Calibración

CONTENIDO CAPITULO IV INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE CONTROL 4.1.4.2 .4.3 .4.4 .4.5 .-

Introducción Definiciones Control de Lazo Cerrado y de Lazo Abierto Diagrama de Bloques Motor DC Controlado en la Armadura

CAPITULO V CIRCUITOS DE PROTECCION 5.1.- Relay de Sobrecarga Instantánea (QTTM) 5.2.- Circuitos de Detección de Falla a Tierra 5.2.1.- Relay Indicador de Falla a Tierra (GFRM) 5.3.- Relay Monitor de Fase 5.4.- Sistema de Protección Diverter (DCM) 5.5.- Protección contra Bajo Voltaje (UVR) e Inversión de Fases (PSR) 5.6.- Módulo Diferencial de Voltaje

CAPITULO VI CONTROL DE ARMADURA 6.1.- Tarjetas de Control de Armadura: Entradas y Salidas (A).- Entradas (B).- Salidas

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6.2.- Conjunto de Tarjetas de Control de Armadura Circuitos de Movimiento Circuitos de Regulación Circuitos de Pulsos de Control 6.3.- Circuitos de Movimiento Fuentes de +/- 15 VDC Tarjeta Adaptadora de Movimiento   

  

6.4.- Circuitos de Regulación Tarjeta Reguladora de Voltaje Tarjeta Reguladora de Corriente Tarjeta Circuito de bloqueo Tarjeta Amplificadora de Bloqueo 6.5.- Circuitos de Pulsos de Control Tarjeta Generadora de Pulsos de Disparo Tarjeta Amplificadora de Pulsos de Disparo    

 

CONTENIDO CAPITULO VII CONTROL DE CAMPO 7.1.- Realimentación de Corriente de Campo (A).- Fundamento Teórico (B).- Transformador de Corriente a Reactor Saturable 7.2.- Circuito de Realimentación de Corriente de Campo 7.3.- Diagrama de Bloques del Control del Campo de izar 7.3.1.- Tarjeta Referencia de Campo de Izar 7.3.2.- Tarjeta Reguladora de Corriente 7.3.3.- Tarjeta Generadora de Pulsos de Disparo 7.3.4.- Tarjeta Amplificadora de Pulsos de Disparo 7.4.- Diagrama de Bloques de las Tarjetas de Control de Campo de Empuje/Avance y Giro 7.4.1.- Tarjeta de Control del Semiconvertidor de Empuje/Avance 7.4.2.- Tarjeta de Control del Semiconvertidor de Giro 7.4.3.- Tarjeta Amplificadora de Pulsos

CAPITULO VIII COMPENSACION DE POTENCIA 8.1.- Control de RPC 8.2.- Compensación de Potencia Reactiva

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REACTIVA

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8.3.- Diagrama del Banco #1 8.4.- Transductor de Potencia Reactiva 8.5.- Diagrama de Bloques 8.6.- Amplificador de Medición 8.7.- Detector de Nivel 8.8.- Circuito Interface 8.9.- Módulos de Disparo de RPC 8.10.- Circuitos de Disparo de RPC 8.11.- Circuitos indicadores de funcionamiento del RPC 8.12.- Indicadores del RPC

CAPITULO I GENERALIDADES 1.1.-

MOVIMIENTOS DE LA PALA

La pala 4100A tiene 4 movimientos producidos por motores DC, como se ve en la Figura (1.1): 1. MOVIMIENTO DE IZAR.- A través de 2 motores acoplados a una caja de engranajes comunican movimiento a un tambor sobre el que un cable es enrollado para levantar o bajar el cucharón usa: 1 Convertidor de Campo conectado con los dos campos de los motores de Izar (Hoist) enseriados. 2 Convertidores de Armadura conectados con las 2 armaduras de los motores de Izar enseriadas.





Figura (1.1).- Movimientos

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de la Pala 4100A

2. MOVIMIENTO DE EMPUJE.- A través de un Motor de Empuje, acoplado por medio de fajas a una caja de engranajes, comunica movimiento al brazo, usa: 1 Semiconvertidor de Campo conectado al Campo del Motor. 1 Convertidor de Armadura conectado a la Armadura del Motor.

 

3. MOVIMIENTO DE GIRO.- A través de 2 Motores de Giro acoplados a 2 cajas planetarias que comunican su movimiento al anillo dentado de la tornamesa, usa: 1 Semiconvertidor de Campo conectado a los dos campos de los motores enseriados 1 Convertidor de Armadura conectado con las 2 armaduras de los motores de Giro enseriadas.





4. MOVIMIENTO DE AVANCE.- A través de 2 motores de Avance acoplados a 2 cajas planetarias que comunican movimiento independiente, una a cada oruga de la pala, usa cuando se produce la transferencia de Empuje/Avance: 1 Convertidor de Armadura de Izar (Izar 1) conectado a la armadura del motor de Avance 1 (Propel 1). 1 Convertidor de Armadura de Empuje conectado a la Armadura del Motor de Avance 2 (Propel 2) 1 Semiconvertidor de Campo de Empuje conectado a los Campos de los Motores de Avance enseriados.







La Tabla (1.1) presenta los 4 movimientos de la Pala con el número de Convertidores de Armadura, Semiconvertidores de Campo y Motores DC por Movimiento. Movimiento Izar (Hoist) Giro (Swing) Empuje (Crowd) Avance (Propel) 1

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N° Conv. Armadura

2 1 1 Izar 1 (Hoist 1)

N° Conv. Campo

1 1 1 Semiconvertidor de

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N° Motores DC

2 2 1 2

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2

Empuje (Crowd)

Campo de Empuje

1.2 .- El Control ELECTROTORQUE El sistema de Control ELECTROTORQUE, puede descomponerse para fines de estudio, en 4 bloques mayores, cada uno de ellos, cumple una función específica diferenciada: 1. Convertidor de Armadura.- Tiene por función convertir una AC en una DC controlada, tanto en voltaje como en corriente. También debe convertir la DC de exceso a través de la regeneración en una AC. 2. Control de Armadura.- Tiene por función regular la Velocidad y el Torque desarrollado por el motor DC a través de la comparación de la señal del control del operador con la señal de realimentación de Voltaje de Armadura ; el resultado es la señal de error Iref, es comparada con la señal de realimentación de corriente de armadura “Iafb” y la señal diferencia es la señal Voltaje de Control “Vc”, que se usa para cambiar el ángulo de disparo de los SCR’s del Convertidor de Armadura. 3. Convertidor de Campo.- Convierte la AC de entrada en una DC controlada de tal modo que la corriente de campo que circula en un motor sea siempre constante.

4. Control de Campo.- Regula la corriente de Campo a un nivel fijo, compara la referencia con la realimentación de corriente de campo “Iffb”. La Figura (1.2) presenta un diagrama de bloques de las relaciones funcionales de estos cuatro bloques, tanto los convertidores de armadura como los de campo tienen fuentes AC independientes, así como los motores DC tienen excitación separada pues los campos y armaduras se alimentan de fuentes independientes.

Ia 3 Fases 600 VAC

If

Convertidor de Armadura

Convertidor de Campo

3 Fases 180 VAC Izar o 120 VAC Giro + Empuje/Avance

Ia = Torque Circuitos de Alto Voltaje Circuitos de Bajo Voltaje Se controla en Armadura para evitar que las barras de esta se abran por exceso de corriente (Por la forma

Va = Velocidad Linea de Aislamiento Pulsos de Control Señales de Disparo

como está construido el motor)

Referencia del Operador

Control de Armadura

Control de Campo

Reguladores

Iafb

Referencia Fija

Vafb

Iffb

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Figura (1.2).- Diagrama de Bloques funcionales del Sistema ELECTROTORQUE de las palas P&H 4100A.

Las leyes que rigen el funcionamiento de este sistema son universales y pueden expresarse de la siguiente manera: 1. Ley de Ohm: E = IR Donde E = Tensión aplicada I = Corriente circulando en la malla R = Resistencia de la Carga 2. Ley de Maxwell: E = Blv Donde E = Fuerza Contraelectromotriz desarrollada B = Intensidad del Campo Magnético l = Longitud del conductor v = velocidad de movimiento del campo Magnético o del objeto

Por lo tanto el adicionar un control electrónico no cambia que el sistema se siga rigiendo por estos principios, solo ha de limitar la respuesta del sistema.

1.3.- DISTRIBUCION DE COMPONENTES MAYORES La Figura (1.3), muestra la distribución de componentes mayores en la Sala de Máquinas de la Pala 4100A:

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Figura (1.3).- Distribución de Componentes mayores en la sala de Máquinas de la Pala 4100A

1.4.- CODIGOS DE LOCALIZACION

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Cada componente en los diagramas esquemáticos tiene un código de localización. Este código tiene por objeto facilitar la búsqueda de los componentes eléctricos. La primera letra del código de localización describe al gabinete o componente mayor en el cual el dispositivo será encontrado. Gabinete de Auxiliares (Auxiliary Cabinet) A

C E F H K P R T B L

Cabina del Operador (Operator’s Cab)

U

Parte Superior o Tornamesa (Upper Assembly or Revolving Frame)

Gabinete de Control (Control Cabinet) Gabinete del RPC (RPC Cabinet) Gabinete de Alto Voltaje (High Voltage Cabinet) Gabinete de Convertidores (Converter Cabinet) Gabinete de Supresión (Supression Cabinet) Gabinete del PLC (PLC Cabinet) Gabinete de Transferencia (Transfer Cabinet) Conjunto de Pluma (Boom Assembly) Parte Inferior o Carbody (Lower Assembly or Carbody)

TIPICOS CODIGOS DE LOCALIZACION Capacitor F11C3

F11A3 Bobina Reactor

ARMADURA SCR K01A4

Motor del Ve ntilador de Avance

L01X1B

Figura (1.4).- Ejemplos de Códigos de Localización de componentes

1.5.- CONECTORES (CANNON PLUGS)

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Todas las entradas y salidas de las tarjetas de control de armadura, viajan a través de conectores especiales (Cannon Plugs). Cada grupo de tarjetas de control tiene 6 conectores designados desde K1 hasta K6. En los diagramas esquemáticos, el número del conector está precedido por una letra de identificación:

H

-

Izar (Hoist)

C

-

S

-

Empuje/Avance (Crowd/Propel) Giro (Swing)

Por ejemplo, SK5 significa el conector K5 del grupo de tarjetas de control de Giro (Swing).

Conector K1 K2

K4 K5

Función Señal del Control del Operador Señales de realimentación de Corriente Armadura y Voltaje de Armadura Señales de entradas y salidas a Relay Fuentes de Alimentación DC Entrada AC Hexafásica

K6

Pulsos de Control y señal de +42V

K3

de

1.6.- SISTEMAS DIGITALES La Electrónica Digital involucra circuitos y sistemas tales que solo pueden tener dos estados posibles, estos estados están usualmente representados por dos diferentes niveles de voltaje: ALTO y BAJO. Los dos estados pueden ser también representados por niveles de corriente, switches abiertos y cerrados o lámparas encendidas y apagadas. En los sistemas digitales, las combinaciones de dos estados son llamadas códigos, los códigos son usados para representar números, símbolos, caracteres alfabéticos y otros tipos de información. Este sistema de numeración de dos estados es llamado código “Binario” y está formado por dos dígitos: “ 0” y “1”. Un dígito binario es denominado un bit.

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En los sistemas digitales los niveles de voltaje están representados por los dos dígitos binarios, 1 y 0. Si el voltaje mas positivo representa un “1” y el voltaje menos positivo representa un 0, el sistema es llamado sistema de lógica positiva, en cambio, si el voltaje menos positivo es representa a un 1 y el voltaje mas positivo representa a un 0, el sistema es llamado sistema de lógica negativa.. Por ejemplo, +5V y 0V son los niveles lógicos de Voltaje; nosotros podemos designar a +5V como el nivel ALTO y 0V como el nivel BAJO, entonces la lógica positiva y negativa puede ser definida como sigue:

Lógica Positiva

Lógica Negativa

(+5V) ALTO = 1

(+5V) ALTO = 0

(0V) BAJO = 0

(0V)

BAJO = 1

Ambas, la lógica positiva y negativa son usadas en los sistemas digitales, pero la lógica positiva es la mas común; por esta razón, nosotros usaremos únicamente la lógica positiva en este curso. La terminología lógica es aplicada para implementar funciones lógicas usando circuitos digitales. Diversos elementos se agrupan en bloques para construir sistemas digitales complejos tales como un computador. En las explicaciones que siguen, veremos algunos de estos elementos y discutiremos sus funciones. Muchos circuitos lógicos tienen mas de una entrada y salida; una TABLA DE LA VERDAD muestra como las salidas de los circuitos lógicos responden a diferentes combinaciones de niveles lógicos de entrada.

1.7.- PUERTA NAND (NO-Y) Definición: Si una de las entradas es un “0” lógico, la salida será un “1” lógico.

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Símbolos A

A

C

C

&

B

B

Tabla de la Verdad:

A

B

C

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

Otra forma de representarla:

A C B

ó A B

&

1

C

1.8.- Puerta O - Exclusiva Definición: Solo una entrada puede ser un “1” lógico para que la salida sea un “1” lógico.

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Símbolos A A

C

C

=1

B B

Tabla de la Verdad:

A

B

C

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

Otra forma de representarla: A B C

ó A

1

&

B 1

C

&

1

1.9.- Circuitos Flip-Flop

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Los circuitos flip-flop son aquellos que de acuerdo a las señales de entrada que reciben, conmutan entre un estado lógico y otro, no teniendo estados intermedios. La Figura (1.5) muestra un circuito Flip-Flop.

Set

S

SET

Q

Normal

Clock

CK

E NT R A DA S Reset

S A L IDA S

R CLR Q

Complemento (no Q)

Figura (1.5).- Representación de un Flip-Flop con reloj de sincronismo.

Los circuitos Flip-Flop pueden ser divididos como sigue: Flip-Flop Astable.- Es un oscilador que no requiere de otra entrada mas que la fuente de alimentación para oscilar entre un estado lógico y otro. Flip-Flop Monoestable.- Es un temporizador que requiere de un pulso de disparo en su entrada para cambiar a un estado lógico y luego de un tiempo determinado, regresa al estado lógico inicial en que se encontraba sin necesidad de señal externa. Flip-Flop Biestable.- Es un dispositivo que requiere de una señal en una de sus entradas para cambiar de estado y otra señal en otra de sus entradas para regresar al estado srcinal. Tiene por lo tanto dos estados estables.

En general los Flip-Flops son usados como relojes, temporizadores, conmutadores antirebote, divisores de frecuencia, contadores, etc.

1.10.- Amplificadores Operacionales

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Un amplificador Operacional (op-amp) es un amplificador acoplado directamente de elevada ganancia, que depende de una realimentación externa desde la salida hacia la entrada para determinar sus características de operación. Un opamp es un amplificador lineal que tiene 2 entradas ( inversora y no-inversora) y una sola salida. Este tiene una elevadísima ganancia de voltaje con una gran impedancia de entrada (puede ser del orden del los Giga-Ohmios). El símbolo del op-amp se muestra a continuación. Fuente de conección +12 Entrada no Invertida

+ Salida

Entrada Invertida

Fuente de conección -12

Cuando el amplificador operacional es usado como inversor, el op-amp es configurado como se muestra. Rfb +12 Vin

Rin

Vin

-

+ -12 Representa la alta impedancia de entrada interna

La fórmula que relaciona la señal de salida con la de entrada es: Vo = - (Rfb/Rin)Vi

1.11.- Amplificador Sumador

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El siguiente diagrama muestra un op-amp usado como amplificador Sumador. R4

+10V R1 V1 V2 V3

Vin

-

R2

Vout

R3

+ -10V

- VOUT = V1 (R4/R2) + V2(R4/R2)+ V3(R4/R3)

Sin embargo P&H tiene su propia nomenclatura para representar este circuito: R4

R1 V1 R2

Vin

V2

Vout t

R3 V3

Punto de Sumatoria

1.12.- Amplificador Integrador

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A continuación se muestra un op-amp usado como integrador, todo integrador es usado para amortiguar la respuesta natural oscilatoria de un sistema de control.

Vin

Vout

+

Vin

Vout t

+V

V in

-V

+V

Vout

-V

1.13.- Detector de Nivel

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Un detector de nivel es usado con el objeto de poner condiciones de funcionamiento a cualquier sistema de control, de tal modo que cambie su respuesta al presentarse determinada condición. En el siguiente gráfico se muestra un op-amp usado como detector de nivel y la representación propia de P&H de este dispositivo. +15V

Nivel

0V

+15V

V out V in -15V

Señal desde el amplificador de medición

Histeresis

+15V

Nivel

Histeresis

0V

V in

V out t

1.14.- Símbolos

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Cada fabricante usa determinado sistema de codificación técnica para representar bloques funcionales, circuitos, dispositivos, detalles de construcción, normas de seguridad, etc. P&H usa también un grupo de símbolos eléctricos para representar determinados componentes dentro de sus esquemas o Planos. A continuación se presentan las tablas de estos símbolos. Alambres y Conecciones

Components

Fixed Connection

Fixed Resistor

Wires Crossing No connection

Variable Resistor (Potentiomenter)

Connection of Wires

Varistor

Removable Connection Capacitor

Terminal Connection Interconnection Made on a Circuit Board with Referance to the Relay Ladder

Resitor, Capacitor, Varistor Circuit

Voltage Collector Assembly

Air Core Reactor

Electrical Ground

Saturable Reactor

RCV

Cabinet Frame or Chassis Ground Current Transformer Grounded 120 Volt AC Receptacle Transductor

Grounded Three Phase 460 Volt AC Receptacle

X1

X2

X3

Motors DC Motor Armature DC Motor Field

Meters Voltmeter

V

Single Phase AC Motor

Ammeter

A

Three Phase AC Motor

Time meter

TT

Fan

Wound Rotor Motor

Símbolos (Continuación)

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Miscellaneous

Switches Disconnect Switch

Iron Core Transformer

Two Position Switch Solenoid Three Position Switch Fuse Thermal Overload Selector Switch Lightning Arrestor Plushbutton Switch Relay Coil Limit Switch Normally Closed Relay Conta ct Proximity Switch

Normally Open Relay Conta ct Bell

Pressure Switch

Buzzer Thermostat Lamp Circuit BreakerThermal Trip

Silicon Diode

Circuit BreakerMagnetic Trip

Zener Diode Silicon Controlled Rectifier (SCR) Selenium Surge Suppressor NPN Transistor

PNP Transistor


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Examples of Simple Logical Circuits Elements (Cont.)

Input and Output Symbols Symbol

Meaning

Symbol

Meaning Inverte d AND - Element NAND - Element with Two Inputs

Inverting Input

A B

Inverting Output

&

Q

Dynamic Input. The input is only effective when the input signa l changes from 1 to 0.

A B

Examples of Simple Logical Circuit Elements

Q

Meaning Symbol

A B

&

Q

B

Q

0 0 1 1

0 1 0

0 0 0

1

1

Q Q

OR - Element with Two Inputs

A B

1

Q

A

B

Q

0 1 0 1

0 0 1 1

0 1 1 1

1

Q

A 0

1 1 1

1

1

0

A

B

Q

0 0 1 1

0 1 0 1

1 0 0 0

Meaning

General Symbol for Bistable Element with inputs and Output. The outputs are Q and Q. Q is the opposite of output Q. The state of the element is definded as the state of the Q-output.

The inverting R-input is only active in its O-state. The bistable element then goes to its 1-state and all other activity is prevented

The inverting S-input is only a ctive in its O-state. The bistable element then goes to its 1-state and all other activity is prevented.

NOTE The R and S inputs override all other inputs.

INVERTER

A

Q

0 1 0

Simple Logic Symbols (Continued)

AND - Element with Two Inputs

A

B

0 0 1

Inverte d OR - El ement NOR - Element with Two Inputs

Dynamic Input. The input is only effective when the input signa l changes from 1 to 0.

Symbol

A

Q 1

If the R and S inpu ts are both O the output signal s are undefined

Simple Logic Symbols

Bistable Element (Memory Element)


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Simbolos Básicos (Continuación) Si m b o l o

K

J

G

G

S i g n i f i c ad o

Simbolo

1

Elemento Monoestable. Cuando la entrada cambi a de señal de 1 a 0, la señal de salida cambia de 0 a 1 por un cierto tiempo.

El efecto de la e ntrada J sob re la salida es controlada por la entrada G. Si J=1 , el e lemento biestable es colocado a "1", solamente cuando la entrada G llega a ser activada.

1

El retardo inherente del elemento puede ser e stab lecido.

Si ambas entradasK y J están en G G "1" cuando la entrada G llega a estar activada ( el ele mento conm uta al estado contrario) el estado cambia de 0 a 1 o viceversa ). Ambas entr adas K yJ puede n G G ser anuladas ya sea por la e ntrada R o la entrada S.

1 mS

Elementos Monoestables Si m b o l o

Entrada Dinámica Ejecutable. La entrada no tiene efecto directo sobre el estado de l elemento biestabl e, pero cuando la señal de entrada cambi a de 1 a 0 el e lemento es colocado a l estado determinado por las entradas K y J K a ambas G G ; abastaciendo entradas R y S con "1".

S i g n i f i c ad o

14KHz Flip-Flop A stable. Este circuito tiene 2 estados mom e ntáneamente estables, entre las cual es son continuam ente alternados.

Q Q

JG

Significado

El efecto de la entr ada K sobre la salida es controlada por la entrada G. Si K= 1, el e lemento biestable e s colocad o a " 0", solam ente cuando la entrada G llega a ser activada.

Flip-Flop A stable con entrada de disparo dinámica . El flip flop es disparado co n e l cam bio de la se ñal de entrada de 1 a 0.

Q Q

Elementos Astables

Ejemplo de Elementos Biestables Simbolo

Significado Simbolo

S

SET

Q

t

Flip - Flop SR (elemento de memoria) R

Significado Circ uito de retardo e n la que la conmutación de la señal de salida de 0 a 1 es retardada.

Q CLR t

Circ uito de retardo e n la que la conmutación de la señal de salida de 1 a 0 es retardada.

Flip - Flop SR J G KG

S JG

Q

G KG

Q

R

Las entradas S y R son superiores a cualquier otras entradas y Q sobre cualquier (o ambas ) de esas entradas, impiden cualquier actividad Cuando ambas S y R están en 1, la conmu tación puede ser obtenida por el cambio de la señal de 1 a 0 a la entrada G. E l estado de l elemento es J Ky deter minado por las entradas G G (mire arriba).

t

Circ uito de retardo e n la que la conmutación de ambas señales de salida de 1 a 0 y de 0 a 1 so n retardadas.

Elementos de Retardo

Elementos Biestables ( Continuación)


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Ejemplos de Características Estáticas S i m b o lo

S ign if ic a d o

Simbolo

Significado Amplificador lineal sin limitación de señal de salida. La abcisa es la cantidad de entrada, la ordenada es la cantidad de salida.

La señal de salida llega a ser 1 cuando la señal de entrada excede a un valor definido. La señal de salida permanece en 1 hasta que la señal de entrada cae por debajo de un valor definido diferente.

ABCISA = Punto relativo al eje vertical. ORDENADA = Punto relativo al eje horizon tal. + e out

E Señal de Entrada

- e in

+ e in

Señal de Salida - e out t Amplificador con limitación de señal de salida.

Características de Nivel

Amplificador con dos lím ites controlados individualmente.

Significado

Simbolo a

Simbolo completo, Amplificador

A

Los siguientes sub-simbolos pueden ser colocados dentro y a lo largo del simbolo para estados:.

Amp lific ador con Caracterís ticas de nive l

B A. Característica Estática

b

Ejemplos de Características Dinámicas

B. Característica Dinámica a. La característica estática puede ser controlada por una señal externa .

S i m b o lo

S ign if ic a do Amplificador Proporcional

b. La caracterí stica dinámica puede ser controla da por una señal externa. t

NOTE La característica di puede ser omitida.

námica (B)

El diagrama en la caja B, es un diagrama sim plificado de la curva de tiempo de la señal de salida cuando es aplicado a la entrada del amplificador..

E in t

Invirtiendolo p uede ser indicado por este simbolo.

E out t

Circuito Amplificador

Circuito Amplificador (Continuación)


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Ejemplos de Características Dinámicas (Continuación) S i m b o lo

S ign if ica do Amplificador Integral

El tiem po de integración puede ser influenciado por una señal externa.

t

Amplificador con características Proporcional e Inte grativo (característica-PI )

t

Circuitos Amplificadores

Si m b olo

S ign if ica do

A C

Sumación C = A + B

B A C

Sumación y Sustracción C = A + B - C

B Inversor de Señal. L as cantidades de entrada y salida pueden ser fijadas en el simbolos.

Switch Electrónico , cerrado cuando S= 1

S

Switch Electrónico , cerrado cuando S= 0

S

Switch Me cánico , cerrado cuando S= 1

S

simbolo general , Filtro.

Filtro Pasa-bajo

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1.15.- Circuitos de Alto Voltaje La pala 4100A se alimenta de 4,160 Voltios AC usando 2 transformadores; uno principal de 2.5 MVA de 4,160/2 x 600 Voltios que energiza a los convertidores de las armaduras de los motores DC de la Pala y otro auxiliar de 4,160/480-240-208120 Voltios, para alimentar a los convertidores de campo de los motores DC, los motores ventiladores, los circuitos de control y de Iluminación. Adicionalmente tiene dos interruptores de alto voltaje para aislar y desenergizar la pala cuando algún trabajo en los sistemas de alto voltaje sea requerido.

(A).- Transformador Principal 4,160 Voltios 3 Fases 60 Hz

Desconector de Alto Voltaje Inferior

Desconector de puesta a tierra

Anillos de Alto Voltaje Desconector de Alto Voltaje Superior

MTC MS11 MS12 MS13 Fusibles

Sec #1 600 VAC 3fases 60 Hz Hoist#1 + Propel #1 + Swing

Transformador Principal Pararrayos

MS21

LL1

LL2

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MS22

Sec #2 600 VAC 3fases 60 Hz

MS23

Hoist#2 + Crowd/ Propel

LL3

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(B).- Transformador Auxiliar AS1 AS2 LL1

LL2

AS3

LL3

3 Fases 480 VAC Auxiliares

CS1 CS2 CS3

3 Fases 240 VAC Control

Fusibles

Transformador Auxiliar/Campo

FS11 FS12 FS13

3 Fases 180 VAC Campo Izar

FS21 FS22 FS23

3 Fases 120 VAC Campos

LS1 LS2 LS3

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3 Fases 208 VAC Iluminación

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( C ).- Sistema Colector de Alto Voltaje El sistema colector de alto voltaje, permite que la pala tenga el movimiento de Giro, llevando energía de 4,160 Voltios hasta los transformadores de Alto Voltaje por medio de anillos colectores y zapatas. La Figura (1.6) muestra este sistema.

Sistema Colector de Alto Voltaje

Figura (1.6).- Sistema Colector de Alto Voltaje ADVERTENCIA.- Nunca se aproxime al área de los anillos de alto voltaje hasta que: La energía ha sido cortada en el Switch House El desconector inferior de alto voltaje ha sido abierto El desconector de puesta a tierra ha sido cerrado.   

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(D).- Zapatas de Alto Voltaje

Metal Aislador

Anillo Zapata

Grafito, sirve como lubricante, reeplazar cuando el grafito se halla desgastado

4 7/8" +/- 1/16

Arandelas reguladoras

Metal

Aisladores

Arandelas reguladoras

Son lascontacto que reciben laanillos alimentación 4,160En Voltios, en de el Carbody y en con los de Alto de Voltaje. la Pala están 4100Asituadas hay 2 tipos Zapatas; el primer tipo corresponde realmente a especificaciones de Alto Voltaje y se diferencia de las otras por estar montadas sobre aisladores; hay 6 zapatas de estas (3 juegos de 2 zapatas cada uno) distribuidas diametralmente en el Carbody con el objeto de llevar la energía hasta el revolving Frame. El segundo Tipo de zapatas corresponden a las de tierra y no están montadas sobre aisladores, hacen la conexión de tierra del Carbody al revolving Frame.

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(E).- Anillos de Alto Voltaje Splice Bar

Conector

Cable

Los Anillos de Alto Voltaje están montados en el Revolving Frame y por contacto con las Zapatas de Alto Voltaje llevan 4,160 Voltios hasta los Transformadores de la Pala. Existen 4 anillos: 3 de 4,160 Voltios (1 por fase) y uno de tierra.

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(F).- Contactor del Transformador Principal 3 Fases 4,160 Voltios AC

Botellas de Vacio

Terminales de Alto Voltaje

Tarjeta de Terminal de Bobina

Contactos Auxiliares 123

4

5

Resistencia de mantenimiento y limitadora de corriente 3

MTCR

1 120 VAC 2

MTCR

Fusible

5

Notas: 1. RCV sirve para descargar las bobinas cuando los contactos MTCR se abren 2. Se usan 2 contactos en serie del MTCR para aumentar el espacio de apertura de

los contactos, evitando el chispeo.

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CUESTIONARIO (1) 1. Cuál es la función del Transformador Principal y del Transformador Auxiliar de la Pala. 2. Los componentes designados por: E24F3A, K07D4 y C12J1, donde están localizados. 3. Cuál es la función del sistema colector de Alto Voltaje. 4. En el circuito del Contactor del Transformador principal, que ocurrirá si la resistencia de mantenimiento se abre. Explique detalladamente cual es el problema que se presentará. 5. Si el contacto que está en paralelo con la resistencia de mantenimiento del contactor del Transformador principal se ensucia o no hace buen contacto, cual será el problema que se presente. 6. Como diferencia Ud. un anillo de Alto Voltaje de un anillo de Tierra. 7. En el circuito de Alto Voltaje, cuál es la función del desconector de puesta a tierra. 8. En el Amplificador Operacional conectado como inversor de la Figura del artículo (1.10), la resistencia Rfb = 100K y la resistencia Rin = 10K, si la tensión de entrada es 1 VDC. Cuál será la tensión de salida. (Las fuentes de alimentación son las mostradas en esa figura). 9. Cuantos SCR’s tiene un convertidor capaz de invertir el sentido de giro de un motor DC y puede regenerar. 10. Cuál es la función básica de los Cannon Plugs que se conectan al Bloque de tarjetas del Electrotorque.

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CAPITULO II CONVERSION AC-DC 2.1.- Principios de Corriente Alterna En el sentido mas general es toda variación de voltaje que se produce repetidamente en función del tiempo, para nuestro caso solo nos interesa la tensión alterna senoidal conocida comúnmente como corriente alterna. La Corriente Alterna (AC) se caracteriza por que va tomando valores positivos y negativos conforme transcurre el tiempo, describiendo una forma de onda sinusoidal. La Figura (2.1), muestra una onda de corriente alterna con sus parámetros mas importantes. T Vm

¶

2¶

3¶

4¶

5¶

6¶

wt

Figura (2.1) .- Una onda de corriente alterna y sus parámetros.

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

 

 

Los parámetros principales de una onda AC son: Tensión de Pico (Vm) .- Es la máxima tensión que alcanza la onda. Periodo (T).- Es el tiempo en el que la onda hace un ciclo o variación completa de valores. Este tiempo es expresado en segundos. Frecuencia (f).- Es el número de veces que se repite un ciclo en 1 segundo. Valor Eficaz (Vrms) .- Es el valor cuadrático medio de la onda, está expresado en voltios y es el valor que comúnmente leemos en los voltímetros de AC, la fórmula siguiente relaciona los valores eficaz y de pico: Vrms = 0.71 x Vm

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En su forma mas general la onda de tensión alterna puede ser expresada de la siguiente manera: V(t) = Vmsen(wt)

Donde: V(t) es la tensión instantánea en función del tiempo Vm Es la Tensión de pico w Es la velocidad angular de la onda t

Es el tiempo generalmente expresado en segundos.

La relación entre la Velocidad angular (w), el periodo (T) y la frecuencia (f) viene expresada por: w = 0 6.28 x f

y

f = 1/T

Para nosotros la frecuencia de red o de trabajo es de 60Hz.

2.2.- Rectificadores Rectificador es todo dispositivo capaz de convertir la corriente alterna en corriente continua o DC. Nos ocuparemos de los dispositivos de estado sólido o semiconductores. Un primer elemento rectificador es el diodo semiconductor de cuyas características vamos a tratar.

Diodo Semiconductor



Un diodo Semiconductor es un dispositivo que deja pasar la corriente en un solo sentido, dependiendo de su polarización. La Figura (2.2), representa el símbolo de un diodo y un simple circuito rectificador. Diodo

A

K

R

Vo(t) = ?

Vi(t) = Vmsen(wt)

Figura (2.2).- Un diodo donde A = Anodo, K = cátodo y un circuito rectificador Simple.

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



La forma como trabaja un diodo es como sigue: Cuando la tensión en el ánodo (A) es positiva y mayor, al menos en 0.6 Volts. Para un diodo de silicio y 0.2 Volts. Para uno de Germanio, que la del cátodo (K), el diodo está polarizado directamente y por lo tanto conducirá, comportándose como un interruptor cerrado. Cuando la tensión en el ánodo (A) es menor o negativa respecto al cátodo (K), el diodo estará polarizado inversamente y por lo tanto no conducirá, comportándose como un interruptor abierto.

Para el circuito de la Figura (2.2), si la tensión de entrada es la mostrada en la Figura (2.3a), vemos que la tensión de salida Vo(t), tiene la forma de onda de la Figura (2.3b), donde, solo los semiciclos positivos aparecen y los negativos son cancelados producto de la rectificación.

Vi(t) Vm

(A) wt

Vo(t) Vm

(B) wt

Figura (2.3).- (A) Tensión de entrada al circuito de la Figura (2.2) y (B) Tensión rectificada de salida.

Para el circuito rectificador de la Figura (2.2), llamado también circuito rectificador de media onda, es fácil calcular el Voltaje en corriente continua o DC: Vcc = 0.45 x V

Donde: V Es la tensión eficaz o Vrms Vcc Es el valor medio de la tensión rectificada y es la que leeríamos en un Voltímetro DC.

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Las principales características que debemos tener en cuenta para seleccionar un diodo son: (a) Tensión Inversa de Pico (PIV), es la máxima tensión que puede caer en el diodo cuando está polarizado inversamente. (b) Corriente Promedio (Irms) , es la corriente media o de trabajo que puede suministrar el diodo. Estos 2 parámetros son muy importantes para el uso del diodo como rectificador, sin embargo, una consideración importante es la frecuencia de trabajo, cuando se le de otra aplicación donde la rapidez de conmutación sea importante. EJERCICIO (2.1).- Para el circuito mostrado en la Figura (2.4), dibujar la onda de salida en la carga.

Vo = ?

-Vmsen(wt) Vm

¶

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2¶

3¶

39

4¶

5¶

6¶

wt

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Figura (2.4).- Figura del Ejercicio (1), dibujar la forma de onda de salida Vo(t) para el circuito rectificador mostrado. EJERCICIO (2.2).- Para el circuito mostrado en la Figura (2.5), donde V IN es la tensión alterna de entrada, dibujar la onda de salida en la carga VL.

D1

D2

+ V IN

VL

D3

D4

Figura (2.5).- Puente rectificador monofásico y Figura del Ejercicio (2.2)

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2.3.- Puente Rectificador Trifásico a diodos La Figura (2.6) representa un circuito de un puente rectificador trifásico a diodos, para analizar el funcionamiento de este circuito será necesario considerar las dos siguientes premisas: 1. La corriente fluye en una sola dirección a través de la carga. 2. Los diodos conducen en orden secuencial cuando sus ánodos son mas positivos que sus Cátodos. 1

3

5

A

+

CARGA

B C

-

4

6

2

A

T1

VL

T2

B

T3

T4

T5

C

T6

T7

T8

Figura (2.6).- Puente rectificador trifásico a diodos y tensión trifásica de entrada. Secuencia de Fases

Diodos en Conducción

Orden de Encendido

+

-

+

-

de los diodos

T1

C

B

5

6

6

T2

A

B

1

6

1

T3

A

C

1

2

2

T4

B

C

3

2

3

T5

B

A

3

4

4

T6

C

A

5

4

5

T7

C

B

5

6

6

T8

A

B

1

6

1

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La forma de onda de un puente rectificador trifásico a diodos es como se muestra en el siguiente gráfico. 1+2

2+3

3+4

4+5

5+6

6+1

360° 1. La forma de onda del Voltaje DC de salida debe tener 6 combas por periodo. Si alguno de los diodos no condujera, (Queda a circuito abierto), el voltaje de salida solo tendría 4 combas por periodo. 2. Para una rectificación a diodos trifásica el voltaje DC de salida puede ser calculado por la fórmula:

Vdc = 1.35 Vrms

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2.4.- Aplicación de los Puentes Rectificadores Trifásicos (A).- Fuente de Alimentación de 42 VDC Para alimentar los Transformadores de Pulsos de disparo de los SCR’s de los Convertidores de la Pala 4100A, se usa una fuente de alimentación de 42 VDC que se muestra en la Figura (2.7). 240 VAC H1

H2

H3

E24B2 Y1

Y 2

Y0

Y3

E24B1

MR42

E09B2

42 VDC

0V

Figura (2.7).- Fuente de alimentación de 42 VDC usada para alimentar a los Transformadores de pulsos de disparo de SCR’s.

El E09B2 es un relay que monitorea la presencia de 42 VDC de esta fuente y da aviso al PLC cuando falla. Si esta fuente cae en voltaje, la pala se apaga instantáneamente y hay una indicación de falla del PLC.

(B).- Relay de Bajo Voltaje La pala 4100A tiene un relay electrónico cuya función es evitar que la máquina trabaje en condiciones de Voltaje de línea por debajo de un valor que puede dañar a los componentes eléctricos; tales como Motores, Convertidores y Banco de RPC. Así

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como también el sobrecalentamiento de transformadores y conductores por el efecto de aumento de corriente. Este dispositivo tiene el nombre de Relay de Bajo Voltaje y el circuito de trabajo es mostrado en la Figura (2.8). 240 VAC

51 K UVSAR

UVR Relay de Bajo Voltaje 1

2

3

4

5

120 VAC

Figura (2.8).- Relay de Bajo Voltaje

Cuando la Pala arranca, el contacto UVSAR, se cierra durante 3 segundos para evitar que el relay actúe por efecto de la caída de tensión del pico de arranque. Luego este contacto se abre. 1. El Pick up Voltage es de 200 VDC o voltaje de trabajo a través del resistor de 51 K. 2. El dropout Voltage es 160 VDC o voltaje con el cual actúa el relay y envía una señal al PLC provocando el apagado instantáneo de la Pala, dando el PLC una indicación de falla.

2.5.- El SCR - Principio y Características Un segundo grupo de rectificadores son los SCR o “Rectificadores Controlados de Silicio”, los cuales presentan una característica fundamental, la de poder controlar a voluntad el momento en el cual se inicia la conducción, a través de

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una señal de mando aplicada a su puerta o Gate, siempre y cuando el SCR esté al igual que un diodo, polarizado directamente. La Figura (2.9), muestra un SCR y sus terminales respectivos

Figura (2.9).- Símbolo del SCR o TIRISTOR y sus terminales. El SCR también llamado TIRISTOR tiene 3 terminales, se le considera un rectificador por que solo conduce en un sentido cuando recibe una señal de mando en el Gate. Un circuito sencillo que ilustra el funcionamiento del SCR, se muestra en la Figura (2.10), cuando S1 está abierto, no hay tensión entre Gate y Cátodo, por lo tanto el SCR se comporta como un interruptor abierto. Cuando S1 se cierra, circula corriente de Gate a Cátodo y el SCR conduce, comportándose como un interruptor cerrado y el foco se enciende.

Figura (2.10).- El SCR usado como interruptor de potencia. EJERCICIO (2).- Para el circuito de la Figura (6), si la tensión de entrada es una onda senoidal, dibujar la forma de onda de la tensión que cae en el foco. La aplicación mas interesante de los SCR’s, es el control de potencia por mando síncrono, esto consiste en retrasar el momento de la conducción del Tiristor respecto a la tensión de entrada. Las características mas importantes para la selección de un SCR son: Tensión Inversa (Vr), es la máxima tensión inversa o negativa que puede soportar el SCR. Tensión Directa de Pico en Bloqueo (Vfdm), es la máxima tensión directa ánodocátodo, sin señal de mando en el Gate, que puede soportar el SCR sin conducir. Corriente de Enganche (Il), es la mínima corriente necesaria para hacer conducir al Tiristor, después de aplicar tensión a la puerta. 





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





Corriente de Mantenimiento (Ih), es la mínima corriente que necesita el SCR, para permanecer en estado de conducción. Corriente de Puerta (Igt), es el valor máximo de corriente que aplicada al Gate, asegura el disparo del SCR. Tensión de Disparo (Vgt), es la tensión máxima aplicada a la puerta, para asegurar el disparo, es de alrededor de 1 volt.

2.6.- Variación del Angulo de Conducción. La Potencia eléctrica aplicada a una carga, es directamente proporcional al cuadrado de la tensión aplicada, entonces, es posible variar la potencia suministrada a una carga, variando el ángulo de conducción de la tensión aplicada a ella. Esta variación del ángulo de conducción se puede dar tanto en AC como en DC rectificada, tanto para sistemas monofásicos como polifásicos. Para este curso solo consideraremos el caso: VARIACION DE POTENCIA POR ANGULO DE CONDUCCION POR RECTIFICACION MONOFASICA. La Figura (7), muestra una onda rectificada completa y las diferentes formas de onda resultantes de variar el ángulo de conducción de la tensión rectificada.

Figura (2.11).- Formas de onda resultantes al variar el ángulo de conducción de la tensión rectificada para diferentes ángulos.

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Es lógico suponer, que el valor promedio de la tensión rectificada o valor DC es diferente para cada forma de onda; así por ejemplo, una tensión rectificada del Tipo (D), será mayor que la del tipo (C) o (B). Para el caso (D), cuando el ángulo de conducción se inicia en 60°, mayor tiempo estará recibiendo tensión la carga, que en el caso (B) cuando el ángulo de conducción se inicia en 150°. En general, para un ángulo “A” de conducción, es fácil demostrar que la tensión continua que leeríamos en un multímetro DC es: Vcc = 0.45 x V(1 + Cos A)

donde: Vcc V A

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

La fórmula anterior podemos aplicarla a la fórmula de potencia para una carga resistiva “R”: 2 2 P = Vcc /R = (0.45 x V x (1 + Cos A)) /R Evidentemente estamos observando que la fórmula de la potencia obtenida anteriormente, depende exclusivamente del ángulo “A” de la tensión aplicada ya que “V” y “R” son constantes. La variación del ángulo de conducción de la tensión aplicada a la carga, se consigue mediante el uso de circuitos rectificadores a tiristores o SCR’s, aprovechando para ello su característica de conmutación rápida, cuando una señal eléctrica es aplicada en el Gate, para ello se emplean diversos circuitos de control y casi todos ellos basados en el principio de Generación de RAMPA y ESCALON como método de control de Disparo.

2.7.- Variación del Angulo de Conducción por Generación de Rampa y Escalón. Casi todos los circuitos de disparo de SCR para mando síncrono, funcionan con este principio, el cual consiste en generar una onda diente de sierra, como la mostrada en la Figura (2.12), en sincronismo con la tensión alterna de entrada o con la tensión rectificada a partir de la alterna.

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Esta onda diente de sierra, puede abarcar los 180° del periodo o solamente 90°, en esta explicación trataremos con una onda diente de sierra de 180°. La onda diente de sierra es comparada con un nivel de continua (Escalón), variando este escalón, obtendremos una salida de pulsos rectangulares de ancho variable que pueden ser aplicados a los Gate de los SCR rectificadores y así, variar el ángulo de conducción de los mismos. Este principio es aplicado no solo en circuitos monofásicos, si no también en circuitos trifásicos, debido a la relativa facilidad de generar las formas de onda necesarias para el control. En la actualidad, se emplean circuitos electrónicos transistorizados o con circuitos integrados para generar las señales requeridas, tal es el caso del sistema Electrotorque que usan las palas P&H 4100A, sin embargo, en las décadas pasadas, cuando la electrónica no estaba tan evolucionada, existían otros medios para generar estas señales, tal es el caso del control del Magnetorque. Sin embargo, como ya hemos mencionado, no es importante la forma como se generan las señales de control si no mas bien, el comprender que ocurre con estas señales para poder disparar los SCR’s de nuestro sistema rectificador y como es que se produce la variación de Voltaje DC de salida de este.

V(t) (a) wt

(b) ¶

2¶

3¶

4¶

wt

5¶

(c) wt

(d) wt

Figura (2.12).- Principio básico de la variación del ángulo de conducción.

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En la Figura (2.12), se muestra una onda de corriente alterna (A), a través de un circuito rectificador de onda completa es rectificada y se obtiene la onda que se muestra en (B), a partir de esta onda, se genera una onda diente de sierra que como se ve está en sincronismo con la onda rectificada como se muestra en (C); finalmente esta onda será comparada contra la onda continua mostrada en (D) y que permitirá obtener pulsos de ancho variable que se usaran para disparar los SCR’s de nuestro puente rectificador. En la Figura (2.13), se muestra la comparación de la onda diente de sierra y diferentes niveles de continua, generándose pulsos de ancho variable, cuyo flanco de subida, es aprovechado para el disparo del Tiristor o SCR.

Caso I = V1

wt V1

Caso II = V2

V2

Caso III = V3

V3

(I)

(II)

(III)

Figura (2.13).- Comparación de una onda diente de sierra y tres diferentes niveles de continua.

La forma como funciona el sistema es como sigue: Para el caso (I) de la Figura (2.13), cuando el nivel de continua es V1, solo aparecerá un pulso de salida cuando en cada ciclo, la rampa supere el valor de V1; esto es igual para los casos (II) y (III).

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Ejercicio (3).- La Figura (2.14), muestra una onda diente de sierra que solo barre 90°; dibujar la forma de la onda de salida en la carga para los niveles de continua mostrados.

Figura (2.14).- Figura del Ejercicio (3), dibujar las formas de onda resultantes para cada uno de los niveles de continua mostrados.

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2.8.- Puente Rectificador Trifásico a SCR’s La Figura (2.15) muestra un puente rectificador Trifásico a SCR’s también llamado convertidor. Las reglas básicas para el funcionamiento correcto del convertidor son: 1. Todos los SCR’s del convertidor, deben ser disparados con el mismo ángulo respecto a su propio 0°. (Punto natural de conmutación). 2. El espacio entre los pulsos de disparo que están en la secuencia es 60°. (Espacio entre pulsos consecutivos de acuerdo al SCR que le toca conducir en ese momento). 3. El ancho total del Pulso de disparo que llega al Gate de cada SCR del convertidor, es de 120°.

1

3

5 +

A B

Carga

C 4

6

Alfa 3 = 0° Alfa 1 = 0°

2

VL -

Alfa 3 = 10°

Alfa 1 = 10°

Alfa 5 = 0°

A

Alfa 5 = 10°

B

C

t

Alfa 2 = 0°

Alfa 2 = 10° Alfa 4 = 0°

Alfa 6 = 0°

Alfa 6 = 10°

Alfa 4 = 10°

Figura (2.15).- Puente rectificador a SCR’s (Convertidor) y la indicación del ángulo mínimo de disparo para cada SCR del puente.

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En este caso asumimos que los SCR’s 1 y 2 están conduciendo y que el SCR 3 será el próximo en ser disparado, esto ocurrirá cada vez que la línea B sea mas positiva que la línea A. La designación Alfa es usada para denominar al ángulo de disparo del SCR. Los límites teóricos para disparar al SCR 3 son: Alfa = 0° hasta Alfa = 180° Los límites reales están restringidos a: Alfa = 10° hasta Alfa = 145°

Ejemplo de Pulsos de Disparo

La Figura (2.16) muestra a manera de ejemplo como es la secuencia de pulsos de disparo de acuerdo con el punto de conmutación natural de los SCR’s. A

B

C

120°

SCR 1

SCR 2

SCR 3

SCR 4

SCR 5

SCR 6

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Figura (2.16).- Ejemplo de la secuencia de pulsos de disparo hacia un convertidor. El término Punto de conmutación natural, se define como el instante a partir del cual, deja de conducir un SCR o diodo por efecto de la inversión de polaridad entre 2 fases entre las que se encuentra conectado el dispositivo.

2.9.- Formas de Onda en la Carga El voltaje a través de la carga depende del ángulo de disparo y del tipo de carga, La Figura (2.17) muestra las formas de onda para diferentes ángulos de disparo y 2 tipos de carga: Resistiva y Activa. Carga Activa Motor

Carga Resistiva



= 30º

= 30º Motor F WD, consume e nergía alfa = 10° hasta 90°



= 90º = 90º Motor detenido con Torque, consume poca e nergía, posició n del contro ller e n neutro



= 120º

= 120º Motor REV, entrega ene rgía, condici ón de re generación. Alfa = 90° hasta 145°

Figura (2.17).- Formas de onda de salida de un convertidor de acuerdo al tipo de carga y al ángulo de disparo.

Cuando el operador tiene el controller en la posición neutra, el convertidor está siendo disparado a 90° y entrega 0 VDC.

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Un Voltaje negativo significa que el motor está siendo movido por la inercia de su carga mecánica en la dirección opuesta, en este momento el motor actúa como un generador y el voltaje generado es retornado como corriente por el convertidor. Este proceso es llamado REGENERACION.

2.10.- Configuración de un Puente Rectificador a SCR’s (A).- Puente Reversor La Figura (2.18), muestra la configuración de un puente rectificador completo con posibilidad de inversión de movimiento al que comúnmente se le llama reversor. Puente

Puente

Rectificador

Rectificador

Directo

Inverso

MS

Arm

MS MS

Figura (2.18).- Configuración de un puente rectificador a SCR’s Reversor.

En este tipo de puente, solo uno de ellos, el directo o el inverso conducirá en un instante determinado, nunca los dos al mismo tiempo.

(B).- Puentes en Serie El máximo voltaje que un puente a SCR’s puede producir, está limitado por el voltaje de línea AC y por las características de Voltaje de los SCR’s que lo conforma. En el caso de la Pala 4100A, los dos motores de Izar están conectados en serie y por lo tanto se usa un arreglo de puentes conectados en serie.

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La Figura (2.19) muestra este tipo de arreglo para las armaduras de los motores de Izar. Directo

Reverso

MS11 MS12 MS13

Arm

Directo

Arm

Reverso

MS21 MS22 MS23

Figura (2.19).- Arreglo de puentes en serie

Los SCR’s de los puentes correspondientes; esto es, Directo-Directo o Reverso-Reverso, son energizados al mismo tiempo, la tarjeta que se encarga de esta función es la Booster Circuit. Es necesario disponer de 2 alimentaciones trifásicas independientes que estén en fase para que el sistema trabaje.

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(C).- Semiconvertidor Un Semiconvertidor es un puente que esta compuesto de 3 SCR’s y 3 diodos. Este puede convertir un Voltaje trifásico AC en un Voltaje DC Controlado, Pero no puede Convertir el Voltaje DC en AC (No puede Regenerar). Este tipo de puente es usado para alimentar a los campos de todos los Motores DC que necesitan corriente constante. La Figura (2.20), muestra el circuito de un Semiconvertidor y las formas de onda de salida del puente.

Filtro 3 Fses 120VAC Swing + C/P Fields

FS21 FS22 FS23

0v

Figura (2.20).- Semiconvertidor y formas de onda de salida

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Cuestionario (2) 1. En puente rectificador monofásico a diodos, cuál será la forma de onda de salida en la carga si un diodo se abre. 2. en puente rectificador trifásico a diodos, cual será la forma de onda de salida en la carga si un diodo se abre. 3. Cuantos grados eléctricos puede conducir un diodo en un puente rectificador trifásico. 4. Que es “PUNTO DE CONMUTACION NATURAL” en un puente rectificador trifásico a SCR’s 5. Explique el funcionamiento del Relay de bajo Voltaje. 6. Cuando ocurre la regeneración en un convertidor trifásico, que es lo que retorna a la línea alterna Tensión o Corriente. Explique. 7. Por qué un Semiconvertidor no tiene posibilidad de entrar en la condición de regeneración. 8. La corriente que circula por el lado DC de un convertidor con carga, es dependiente o independiente de la carga.? 9. Por qué se dice que un convertidor, por su propia naturaleza se comporta como una carga inductiva mirando al lado AC, aún cuando la carga que tenga en el lado DC sea resistiva pura. 10. Cuales son los límites prácticos del ángulo de disparo para los SCR’s de un convertidor.

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CAPITULO III MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA 3.1.- PRINCIPIO DE LOS MOTORES Y GENERADORES DC El devanado inducido o Armadura de un Generador o Motor de Corriente continua situado en el rotorotomándose la corriente de ély ase través decon escobillas de carbón. Elesta devanado inductor Campo está en el estator excita corriente continua. La figura (3.1) representa esquemáticamente un generador elemental de dos polos.

N -a Escobillas de Carbon Sectores de cobre del colector

Sentido de Giro

a

S

Figura (3.1).- Máquina de corriente continua elemental con colector.

El devanado inducido o armadura se reduce a una única bobina con N espiras cuyos laterales, representados por a y -a, están situados paralelamente al eje sobre dos generatrices diametralmente opuestas del rotor: el rotor gira a velocidad uniforme arrastrado mecánicamente por su eje. El flujo en el entrehierro se distribuye según una onda plana como puede verse en la Figura (3.2a) en lugar de hacerlo en la forma senoidal como lo haría una máquina de alterna.

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La rotación de la bobina induce en ella una tensión función del tiempo, cuya forma de onda es semejante a la de la distribución espacial de la densidad de flujo. Distribución espacial de densidad de flujo

ß - a

a 0

¶

2¶

-ß

3¶

Angulo w alrededor del entrehierro

(a)

Tiempo t 0

(b)

Figura (3.2).- (a) Distribución espacial de la densidad de flujo en el entrehierro de una máquina de continua elemental, y (b) onda de tensión entre las escobillas.

Aun cuando el fin perseguido es el de engendrar una tensión continua, la tensión inducida en una bobina única es siempre alterna, por lo que se requiere rectificarla posteriormente, lo que en ocasiones se realiza en el exterior mediante, por ejemplo, rectificadores de semiconductores: en este caso, la máquina no es mas que un alternador con el aditamento de un rectificador externo. En los generadores clásicos la rectificación se hace mecánicamente por medio del Colector, que es un cilindro formado por segmentos de cobre (delgas) aislados entre si con mica y montado el conjunto sobre el mismo eje de la armadura aunque aislado de ella. Unas escobillas fijas que se apoyan sobre la superficie del colector conectan el devanado inducido o armadura conpor el el circuito exterior. La necesidad de el proceder la conmutación es el motivo cual en las máquinas de continua inducidoa se sitúa en el rotor.

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En un generador elemental el colector seria de la forma indicada en la Figura (3.1), con el que, para el sentido de rotación señalado, el lado de bobina que en cualquier momento se halla bajo el polo sur queda siempre conectado a la escobilla positiva, y el que se halla bajo el polo norte a la negativa. El conmutador realiza una rectificación de onda completa, transformando la onda de tensión entre escobillas a la forma de la Figura (3.2b), con lo que en el circuito exterior siempre circulará corriente en un solo sentido. Si circula una intensidad por el circuito exterior derivado de las escobillas, nacerá un par debido a la interacción de los campos magnéticos del rotor y del estator: si la máquina actúa como generador este par se opone al movimiento, y si actúa como motor, par y movimiento tendrán el mismo sentido. Obsérvese que la función desarrollada por las tensiones inducidas y por el par electromagnético en las máquinas síncronas puede aplicarse igualmente a las de corriente continua. Con el colector elemental descrito se consigue una rectificación mecánica, que el caso de una única bobina como en la Figura (3.1) es una rectificación de onda completa. Siempre bajo el supuesto de una distribución senoidal del flujo, la forma de la onda de tensión entre escobillas toma la forma indicada en la Figura (3.3). La tensión media, o continua, entre escobillas es: Ea = 2/¶(wN¢)

En máquinas de corriente continua es en general mas conveniente expresar la tensión “Ea” en función de la velocidad mecánica “Wm” rad/seg. O “n” r.p.m. esto es: Ea = 2PN¢n/60 El devanado de bobina única aquí supuesto carece de realidad práctica, sin embargo los resultados de la ecuación anterior son suficientemente correctos para la mayor parte de los devanados distribuidos para corriente continua, siempre que “N” se tome como número total de espiras en serie comprendidas entre los terminales del inducido.

Figura (3.3).- Tensión entre escobillas de una máquina de corriente continua elemental.

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Normalmente, la tensión se expresa en función del número total de conductores activos “Za” y del número “a” de ramales paralelos en el devanado. Ya que dos laterales de bobina forman una espira, y 1/a de estas están conectadas en serie, el número total de espiras en serie será N= Za/2a, y expresado en forma matemática: Ea = (Pza/a)¢(n/60)

En el caso de un Motor, para la Figura (3.1), cuando se inyecta corriente continua a la bobina de armadura a través de las escobillas, esta genera un campo magnético “B1” que es repelido por el campo magnético “B2”, este evento provoca un movimiento de giro o torque rotacional de la bobina de armadura , por lo tanto la fuerza de estos dos campos magnéticos es proporcional al torque rotacional de la armadura. Ahora bien, como la corriente que debe circular por la armadura debe ser continua, se adiciona un dispositivo mecánico que rectifica la corriente de tal modo que circule siempre en la misma dirección, tal dispositivo es llamado “Colector” o simplemente “Conmutador”.

3.2.- Definiciones Los motores DC que son usados en Palas P&H con Electrotorque, tienen 2 fuentes de alimentación independientes. Una fuente es para la corriente de Armadura, la otra suministra la corriente de Campo. Por esta razón, estos motores son llamados Motores DC de excitación separada. La Figura (3.4) muestra un diagrama de la excitación. Ia

Convertidor de Armadura 12 SCR´s

3 Fases 600 VAC

If

Va

Armadura del Motor Convertidor Reversor, trabaja en los 4 Cuadrantes

Vf

Convertidor de Campo

3 Fases 180 VAC 3 Fases 120 VAC

Campo de Motor Polaridad Fija y Constante 180 VAC = Campo de Izar (Convertidor) 120 VAC = Empuje/Avance/Giro (Semiconvertidor)

Ia = Corriente de Armadura Va = Voltaje de Armadura If = Corriente de Campo Vf = Voltaje de Campo

Figura (3.4).- Diagrama de alimentación de un motor DC de excitación separada.

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La corriente fluye a través de las bobinas de Campo y genera un campo magnético, la fuerza de este campo magnético es proporcional a la corriente de campo “If” y al número de vueltas de las bobinas de campo. La corriente de Armadura fluye a través de las escobillas de carbón y el conmutador hasta las bobinas de armadura del motor. Esta corriente también produce un campo magnético. La interacción de estos dos campos magnéticos crea un efecto rotacional llamado TORQUE. El Torque es proporcional a la Corriente de Armadura y a la corriente de Campo. Las dos curvas que se muestran a continuación ilustran este principio. Torque 100%

Torque 100%

Corriente de Campo 100%

Ia 100% Con If constante

Con Ia constante

Cuando la Armadura del motor comienza a girar, las bobinas de la armadura cortan el campo magnético generado por la corriente de campo; esto srcina que un voltaje sea inducido en la armadura. Este voltaje es llamado “Fuerza Contraelectromotriz” (CEMF). La Fuerza Contraelectromotriz es proporcional a la velocidad del motor y al campo magnético. CEMF

CEMF

50%

50%

Velocidad 50%

50%

100%

Corriente de Campo 100%

Se puede invertir el sentido de giro de un motor DC invirtiendo la Corriente de ARMADURA o la Corriente de CAMPO, Invirtiendo una de estas corrientes, se invierte el Torque del Motor el cual inicialmente lo frena y luego acelera en la dirección opuesta. El término “Resistencia de Armadura” está referida a la resistencia óhmica de las bobinas de la armadura; esta es usualmente muy pequeña, un valor típico puede ser: 0.04 Ohmios

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3.3.- Curvas de Trabajo La curva característica de trabajo del motor depende del tipo de fuente de alimentación.

Fuente DC Controlada

Cuando un sistema de control es adicionado, el voltaje de Armadura puede ser variado y se pueden tener algunas características de movimiento deseadas. Empuje/Avance

Izar

Giro

Regulación de Velocidad con Límite de Torque: El operador controla la velocidad del Motor. Velocidad

VA

IA

(Torque)

Aplicación: Empuje – Avance – Izar Regulación de Torque con Límite de Velocidad: El operador controla el Torque desarrollado por el motor. Velocidad

VA

IA (Torque)

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Electrotorque

Aplicación: Giro

3.4.- Cuadrantes de Control: Movimientos de Izar y Descenso F r e n a n d oe lM o v imie n tod eIz a r

Iz a n d o

T = Torque V = Velocidad Ia

Ia

T

+

V

T

+

Vf

Vf

-

-

El motor es arra strado por la inercia mecánica de su carga. La Regeneración ocurre.

V

El motor hace trabajo levantando la carga.

II

I

III

IV

Descendiendo

Frenando el M ovimiento de Descenso

Ia

Ia

T

V

+

+

Vf

Vf

-

-

El motor hace trabajo bajando la carga.

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T

El m ot or es a rra st rado po r la i nerc ia mecánica de su carga. La Regeneración ocurre.

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V

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3.5.- Voltaje de Armadura y Corriente de Armadura Cuadrante de Frenado

Cuadrante de Potencia

El puente inverso está conduciendo, Alfa (ángulo de disparo) varia entre 90° y 145°. La Regneración Ocurre. Energía Mecánica

DC

El puente Directo está conduciendo, Alfa (ángulo de disparo) varia entre 10° y 90°.

AC

AC

II

I

III

IV

Cuadrante de Potencia

Energía Mecánica

DC

Cuadrante de Frenado

El puente Inverso está conduciendo,

El puente Directo está conduciendo,

Alfa (ángulo de disparo) varia entre 10° y 90°.

Alfa (ángulo de disparo) varia entre 90° y 145°. La Regneración Ocurre.

AC

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DC

Energía Mecánica

Energía Mecánica

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DC

AC

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3.6.- Debilitamiento de Campo El Debilitamiento de Campo es usado en el movimiento de Izar, solo cuando el cucharón vacío está descendiendo. El Debilitamiento de campo solo es permitido cuando el sistema ha entrado a operar en el Cuarto Cuadrante. La Figura (3.5) muestra como trabaja este proceso. Característica de Armadura de Izar Ia

1000A

100A

If

550V

50A

500RPM

Va = 550 V

682.5 A

2

1

3

4

2,625 A

- 550V

Zona Permitida de debilitamiento de Campo

Figura (3.5).- Diagrama del proceso de debilitamiento de Campo. 

Ventaja: Si la corriente de campo disminuye, el campo magnético también

disminuirá; como resultado la Fuerza Contraelectromotriz disminuirá y la corriente de armadura aumentará. Entonces, habrá mas torque y la velocidad del motor aumentará. Conclusión: El debilitamiento de la corriente de Campo, permite que el motor incremente su velocidad. 

Desventaja: En muchas aplicaciones la corriente de armadura está limitada a un valor máximo para proteger al motor. De esta manera, el máximo Torque que puede entregar el motor depende del campo magnético. Si la corriente de campo disminuye, el máximo Toque disponible es también disminuye. Conclusión: El arranque o parada de un motor cargado requiere máximo Torque, en esta condición no puede aplicarse el debilitamiento de campo.

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3.7.- Características de Armadura Cuando algún control es adicionado a la excitación de la armadura de un motor DC, se obtiene una curva característica de respuesta que corresponde al comportamiento deseado del sistema. En la pala 4100A, el control electrónico Electrotorque, adiciona determinada característica para determinado tipo de movimiento. Esta característica limita o la velocidad o el Torque del Motor DC de acuerdo a las necesidades del trabajo.

(A).- Movimiento de Izar La Figura (3.6) muestra la curva característica de las Armaduras de los motores de Izar, la cual corresponde a un control de Velocidad con límite de Torque. Movimiento

Izar

Motores

2 en serie

Control

Velocidad

Va+

85% Istall 2,231 Amp

600 VDC

Ia26 % Istall 682 Amp

Ia+ 0

Istall = 2,625 Amp

Característica Volt-Amp Area de de bilitamiento de Campo: - Solicitud de descenso máximo - 35 % Istall

- 550 VDC

Va-

Figura (3.6).- Curva característica de respuesta del Control de la Armadura de Izar.

La forma como están conectadas las dos armaduras, es mostrada en la Figura (3.7); el lector debe notar que el contactor que aparece en esta figura es el que permite conmutar el convertidor de Izar #1 para el motor de Avance #1. Nótese también que para poder obtener 2 fuentes DC independientes, se usan los dos secundarios del transformador principal, esto también permite balancear la carga en ambos.

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Izar #1 MS11 MS12 MS13

Configuración del Convertidor de Armadura

H1

H2

Izar #2 MS21 MS22 MS23

Figura (3.7).- Configuración de los convertidores y armaduras de Izar, se usan 24 SCR’s; 12 para cada convertidor.

(B).- Movimiento de Giro La Figura (3.8) muestra la curva característica de las Armaduras de los motores de Giro, la cual corresponde a un control de Torque con límite de Velocidad. Movimiento Motores

Giro 2 en serie

Control

Torque

Va+ 600 VDC

Ia-

Ia+

2,250 Amp

2,250 Amp

Características Volt-Amp - 600 VDC

Va-

Figura (3.8).- Curva característica de respuesta del Control de la Armadura de Giro.

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La forma como están conectadas las dos armaduras, es mostrada en la Figura (3.9). Nótese que solo se usa un convertidor para alimentar a las 2 armaduras de los motores conectadas en serie.

S1

MS11 Configurac ión de l Convertidor de Armadura

MS12 MS13 S2

Figura (3.9).- Configuración del convertidor y las armaduras de Giro, se usan solo 12 SCR’s y un solo convertidor.

(C).- Movimiento de Empuje La Figura (3.10) muestra la curva característica de la Armadura del motor de Empuje, la cual corresponde a un control de Velocidad con límite de Torque. Movimiento

Empuje

Motores Control

Va+

1 Velocidad

85 % Istall 1,402 Amp

550 VDC


Ia1,650 Amp

Características Volt-Amp

1,650 Amp



Va-

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Figura (3.10).- Curva característica de respuesta del Control de la Armadura de Empuje. La forma como está conectada la armadura con el convertidor, es mostrada en la Figura (3.11). Nótese que se usa un contactor para permitir el uso de este convertidor con el motor de Avance #2. MS21 Configuració n de l Convertidor de Armadura

CAC MS22 C MS23

Figura (3.11).- Configuración del convertidor y la armadura de Empuje.

(D).- Movimiento de Avance La Figura (3.12) muestra la curva característica de las Armaduras de los motores de Empuje, la cual corresponde a un control de Velocidad con límite de Torque. En este circuito, el motor de Avance #1 está orientado al convertidor de Izar #1, en el caso de Izar cuando el controller se aplica adelante, el cucharón baja y el motor de Avance #1 avanza siendo el convertidor que trabaja el reverso. Movimiento Motores

Avance 2 Independientes

Control

Velocidad

Va+


550VDC


Ia-

Ia+

Istall = 1,400 Amp

Istall = 1,400 Amp


- 550VDC


Va-

Figura (3.12).- Característica de Armadura de los Motores de Avance.

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De la misma manera, el motor de Avance #2 está orientado al convertidor de Empuje. La Figura (3.13) muestra el diagrama de conexión de los Motores de Avance y los convertidores con los que trabajan. Conversor de Ar madura de Empuje

MS21

P2AC CAC

MS22 P2

C MS23

Armadur a de Izar Conversor #1

MS11

P1AC HAC

MS12 P1 MS13 H1

Armadur a de Izar Conversor #2

H2

MS21 MS22

MS23

Figura (3.13).- Configuración de los convertidores de Izar y Empuje con las armaduras de los motores de Avance.

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3.8.- Características de Campo Tan importante como la curva de respuesta de armadura, es también la característica de respuesta de Campo para cualquier motor; mas aún cuando existe la opción de debilitamiento de campo. Todos los motores DC de la Pala 4100A usan Semiconvertidores para alimentar sus campos, con exepción de los Motores de Izar que usan un Convertidor para alimentar sus campos.

(A).- Movimiento de Izar La Figura (3.14) muestra la configuración del convertidor y los campos de izar 3

180VAC

HFOL

H2

H1

Figura (3.14).- Configuración de Convertidor y campos de los motores de izar.

El lector debe tener presente siempre que tres señales se suman para determinar el momento en que se aplica el debilitamiento de campo; y por lo tanto deben cumplirse las siguientes condiciones:

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1. El Voltaje de Realimentación de Armadura (Vafb) debe ser mayor o igual a + 9.5 VDC. Condición que garantiza que el cucharón está a máxima velocidad y descendiendo. 2. La polaridad de la señal Ia-polarity debe ser positiva. Condición que garantiza que el puente que está conduciendo en ese momento es el Directo. 3. La realimentación de la corriente de Armadura (Iafb) debe ser menor o igual que 3.5 VDC. Condición que garantiza que el cucharón está vacío. La siguiente Tabla muestra los valores de corriente de Campo fuerte y campo débil así como sus valores de referencia en la tarjeta Hoist Field Reference. Estado Campo Fuerte Campo Débil

Corriente 50 Amp 140 Amp

Tarjeta Hoist Field Ref. TP16 - 3.6 VDC - 10.0 VDC

Toda vez que se quiera leer los valores de corriente de Campo de Izar debe seguirse el siguiente procedimiento: 1. Poner el switch selector en la posición “Test Field” 2. Usar un cable y conectarlo al TP20 de la Tarjeta “Hoist Field Reference” 3. Conectar el otro extremo del cable al TP10 para medir la corriente de Campo débil. 4. Manteniendo conectado el extremo del cable en el TP20, desconectar el TP10 y Conectar el cable al TP7 para medir la corriente de Campo fuerte. NOTA.- Remueva siempre el Cannon Plug FK1 para poder actuar sobre el flip-flop que hace el cambio de campo fuerte a campo débil y viceversa.

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(B).- Movimiento de Giro Los campos de los motores de Giro usan un Semiconvertidor para alimentarse, de tal modo la que la corriente que circula por ellos siempre sea constante. La Figura (3.15) muestra configuración de los campos. 3

120VAC

SFOL

S2

S1

Figura (3.15).- Configuración de Semiconvertidor y Campos de Motores de Giro.

La Tabla siguiente muestra los valores de la corriente de Campo de los motores de Giro.

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Condición Stop (Campo residual) Start

Corriente 8 - 10 Amp 80 Amp

(C).- Movimientos de Empuje/Avance Existe solo un Semiconvertidor para alimentar a los campos de los Motores de Empuje o Avance, esto por que en la condición de empuje, la pala no tiene avance y en la condición de Avance la pala no tiene empuje, por lo tanto el Semiconvertidor puede compartirse. La Figura (3.16) muestra la configuración de los campos de los motores de Empuje/Avance y el Semiconvertidor. 3

120VAC

CFOL

C

P2

P1

CFC

PFC

Figura (3.16).- Configuración de Semiconvertidor y Campos de los Motores de Empuje/Avance.

La Tabla siguiente muestra los valores de corriente de Campo para estos movimientos.

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Condición Empuje Campo Básico Avance Campo Fuerte Avance

Corriente 70 Amp 120 Amp 150 Amp

TP5 - 4.7 VDC - 8.0 VDC - 10.0 VDC

3.9.- TABLAS DE CALIBRACION La siguiente tabla está referida a los valores Límite de Tensión y Corriente que van a suministrar los Convertidores a los Motores de DC para el referido Movimiento en la Pala 4100A de Toquepala. MOVIMIENTO

PUNTOS DE MEDICION

NIVEL P&H

NIVEL AJUSTADO

600 VDC 550 VDC

600 VDC 550 VDC

2231 AMPS 2625 AMPS 682.5 AMPS

2231AMPS 2625 AMPS 682 AMPS

140 AMPS 50 AMPS

140 AMPS 50 AMPS

600 VDC

600 VDC

2250 AMPS

2250 AMPS

80 AMPS 8 VDC

80 AMPS 8 VDC

550 VDC

550 VDC

1650 AMPS 1402.5 AMPS

1650 AMP 1400 AMP

70 AMPS 4.7 VDC

70 AMPS 4.7 VDC

550 VDC

550 VDC

1190 AMPS 1400 AMPS

1190 AMPS 1400 AMPS

150 10 AMPS VDC 120 AMPS 8 VDC

150 10 AMPS VDC 120 AMPS 8 VDC

VOLTAJE ARMADURA

SUBIDA (HOIST) BAJADA (LOWER) IZAR (HOIST)

CORRIENTE ARMADURA A A ROTOR BLOQUEADO (STALL)

2 MOTORES TIPO K - 1250

(I-A1) SUBIDA (PK. POWER) (IA-2) (STALL) (I-A3) BAJADA (LOWER) CORRIENTE DE CAMPO

FUERTE (I-F1) DEBIL (I-F2) VOLTAJE ARMADURA

(V-A1) GIRO (SWING)


2 MOTORES TIPO

(I-A1)

K - 558 - A

REFERENCIA DE CAMPO

CORRIENTE (I-F1) (REF. 2) VOLTAJE ARMADURA

(V-A1) EMPUJE (CROWD)


1 MOTOR TIPO K - 700

(I-A2) STALL (I-A1) PK. POWER REFERENCIA DE CAMPO

CORRIENTE (I-F1) (REF. 1) VOLTAJE ARMADURA

(V-A1) CORRIENTE ARMADURA A AVANCE (PROPEL)

A ROTOR BLOQUEADO (STALL)

(I-A1) PK. POWER (I-A2) STALL 2 MOTORES TIPO K - 558 - B

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REFERENCIA DE CAMPO

CORRIENTE (AUX. REF.) (I-F1) (I-F2) (REF. 2)

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RPC NIVELES DE DETECCION

PASO 1 PASO 2 PASO 3 PASO 4 PASO 5 PASO 6 PASO 7 PASO 8

(V-NIVEL1) (V-NIVEL2) (V-NIVEL3) (V-NIVEL4) (V-NIVEL5) (V-NIVEL6) (V-NIVEL7) Y MAS ALTOS

0.7 VDC 2.1 VDC 3.4 VDC 4.5 VDC 5.9 VDC 7.2 VDC 8.5 VDC NO USADOS

0.7 VDC 2.1 VDC 3.4 VDC 4.5 VDC 5.9 VDC 7.2 VDC 8.5 VDC NO USADOS

La tabla mostrada a continuación corresponde a las regulaciones realizadas en las tarjeteas de control del sistema ELECTROTORQUE para cada uno de los movimientos consignados de la Pala 4100A de Toquepala. VARIABLES DE AJUSTE EN LAS CAMPO DE ARMADURA ARMADURAS TARJETAS MOTOR IZAR MOTOR IZAR EMPUJE/AVA

ARMADURA GIRO

TARJETA REGULADORA DE VOLTAJE 980H47 (QALB214)

GANANCIA TIEMPO/GANANCIA LIMITE 1 LIMITE 2 AJUSTE DE SE AL

-----------------------------------------------------------------------

5 0.5 MAX CW MAX CW 0



-------------------------------------------

5 5 1.5

5 7 3.5

3.5 8 3

TARJETA DE BLOQUEO 980H45 (YXN110)

HISTERESIS AVANCE DE FASE NIVEL DE CORRIENTE TARJETA REGULADORA DE CORRIENTE 980H46 (YXR104)

GANANCIA LIMITE 1 (ARRANQUE) TP17 LIMITE 2 (PARADA) TP17 RESPUESTA

6

2

2

3

+ 8V - 9V MAX CW

+ 8V - 9V MAX CW

+ 8V - 9V MAX CW

+ 8V - 9V MAX CW

0.76 V

0.76 V 60 HZ

0.76 V

0.76 V

TARJETA GENERADORA DE PULSOS DE DISPARO (S) 980H76 (YXU139B)

LIMITE BETA (TP - 12)

Cuestionario (3) 1. Por que aparece un Torque rotacional en un Motor DC cuando es excitado. 2. Cual es el objetivo de adicionar un sistema de control a la excitación de un Motor DC. 3. Explique el funcionamiento de los motores de Izar en los 4 cuadrantes de control. 4. Bajo que condiciones se presenta el debilitamiento de Campo en los motores de Izar. 5. Que tipo de Característica tienen los motores de Giro de la Pala 4100A. 6. Si uno de los campos de los motores de izar se cortocircuitara, la corriente aumentaría?

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7. Suponga que está trabajando con el motor de empuje y se rompen las fajas de transmisión de movimiento a la caja de empuje. Qué es lo mas probable que ocurra con el motor y por qué? 8. Por qué es perjudicial la condición de Stall para la armadura de un motor DC. 9. Por qué supone Ud. que los Motores de Avance de la Pala 4100A no tienen convertidores propios. 10. Bajo que condiciones un motor DC se comporta como generador.

CAPITULO IV INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE CONTROL 4.1. - Introducción El control automático ha jugado un papel importante en el avance de la ingeniería y de la ciencia. Además de su extrema importancia en vehículos espaciales, en guiado de proyectiles y sistemas de pilotaje de aviones, etc., el control automático se ha convertido en parte importante e integral de los procesos Industriales modernos de manufactura, extracción, generación, etc. Por ejemplo, el control automático resulta esencial en operaciones industriales como el control de presión, temperatura, humedad, viscosidad, velocidad, Torque, en industrias de procesos; maquinado, manejo y armado de piezas mecánicas en la industria de fabricación, entre muchos otros. Como los avances en la teoría y práctica del control automático brindan medios de lograr el funcionamiento óptimo de sistemas dinámicos, mejorar la calidad y abaratar los costos de producción, expandir el ritmo de producción, liberar de la complejidad de muchas rutinas, de las tareas manuales repetitivas, etc., la mayoría de técnicos e ingenieros deben tener buenos conocimientos en este campo.

Revisión Histórica El primer trabajo significativo en control automático fue el regulador automático de James Watt para el control de la velocidad de una máquina de vapor en el siglo XVIII. Otros pasos relevantes en las primeras etapas del desarrollo de la teoría de control son debidos a Minorsky, Hazen y Nyquist, entre muchos otros. En 1922 Minorsky trabajó en controles automáticos de dirección en control de barcos y mostró como se podría determinar estabilidad a partir de ecuaciones diferenciales que describen el sistema. En la 1932, Nyquist desarrolló un procedimiento relativamente simple para determinar la estabilidad de los sistemas de lazo cerrado

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sobre la base de la respuesta a lazo abierto con excitación sinusoidal en régimen permanente. En 1934, Haze, que introdujo el término “servomecanismo” para los sistemas de control de posición, estudió el diseño de servomecanismos repetidores capaces de seguir estrechamente una entrada cambiante. Durante la década de los 40´s, los métodos de respuesta de frecuencia posibilitaron a los ingenieros el diseño de sistemas de control realimentado lineal que satisfacían las necesidades de comportamiento. Desde el fin de esa década hasta los primeros años de la siguiente, se desarrolló completamente el método del lugar geométrico de las raíces en el diseño de los sistemas de control. Los métodos de respuesta de frecuencia y el lugar geométrico de las raíces, que son el corazón de la teoría de control clásica, llevan a sistemas que son estables y que satisfacen un conjunto de requerimientos de funcionamiento mas o menos arbitrarios. Estos sistemas, en general, no son óptimos en ningún sentido significativo. Desde fines de la década del 50, se desplazó el énfasis en el proyecto de los problemas del diseño de uno de los muchos sistemas que funcionan al proyecto de un sistema óptimo en algún sentido determinado. Como las plantas modernas con muchas entradas y salidas se van haciendo mas y más complejas, la descripción de un sistema moderno de control requiere una gran cantidad de ecuaciones. La teoría de control clásica que trata de sistemas de entrada y salida única, se vuelve absolutamente impotente ante sistemas de múltiples entradas y salidas. Desde aproximadamente 1960, se ha desarrollado la teoría de control moderna para afrontar la complejidad creciente de las plantas modernas y las necesidades rigurosas en exactitud, peso y costo en aplicaciones militares, espaciales e industriales. Dada la fácil disponibilidad de computadoras analógicas, digitales e híbridas para el uso de cálculos complejos, el uso de las mismas en el proyecto de sistemas de control y en el control de operación de los mismos es ahora una práctica habitual. Los desarrollos más recientes en la teoría de control moderna se puede decir que están en la dirección del control óptimo de sistemas tanto determinísticos como estocásticos, así como en sistemas de control complejos con adaptación y aprendizaje. Hay en evolución aplicaciones de la teoría de control moderna a campos no ingenieriles como la biología, economía, medicina y sicología y se pueden esperar resultados significativos en un futuro próximo.

4.2. - Definiciones

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Vamos a definir la terminología necesaria para describir los sistemas de control. PLANTAS. Una planta es un equipo, quizá simplemente un juego de piezas de una máquina funcionando juntas, cuyo objetivo es realizar una operación determinada. Podemos decir que una planta es cualquier es cualquier objeto físico que ha de ser controlado (como un horno de calentamiento, un motor de corriente continua, un reactor nuclear o un vehículo espacial). PROCESOS. Es una operación o desarrollo natural, progresivamente continua, caracterizada por una serie de cambios graduales que llevan de una a otra de un modo relativamente fijo y que tienden a un determinado resultado o final, o una operación artificial o voluntaria, progresivamente continua que consiste en una serie de acciones controladas o movimientos dirigidos sistemáticamente hacia determinado resultado o fin. Proceso es por lo tanto cualquier operación que se vaya a controlar. SISTEMAS. Un sistema es una combinación de componentes que actúan conjuntamente y cumplen determinado objetivo. Un sistema no está limitado a los objetivos físicos. El concepto de sistema puede ser aplicado a fenómenos abstractos y dinámicos, como los de la economía. Por lo tanto, hay que interpretar el término “sistema” como referido a sistemas físicos, biológicos, económicos, etc. PERTURBACIONES.

Una perturbación es una señal que tiende a afectar

adversamente el valor de la salida de un sistema. Si la perturbación se genera dentro del sistema, se la denomina interna, mientras una perturbación externa se genera fuera del sistema y constituye una entrada. CONTROL DE REALIMENTACION. Control de realimentación es una operación que, en presencia de perturbaciones, tiende a reducir la diferencia entre la salida y la entrada de referencia de un sistema (o un estado deseado, arbitrariamente variado) y que lo hace sobre la base de esta diferencia. Aquí solamente se consideran perturbaciones a las no previsibles (es decir las desconocidas de antemano), pues para las que pueden ser predichas o conocidas siempre se puede incluir una compensación dentro del sistema de modo que sean innecesarias las mediciones. SISTEMAS DE CONTROL REALIMENTADO. Sistema de control realimentado es aquel que tiende a mantener una relación preestablecida entre la salida y la entrada de referencia, comparando ambas y utilizando la diferencia como parámetro de control.

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Es de notar que los sistemas de control realimentado no están limitados al campo de la ingeniería, si no que se los puede encontrar en áreas ajenas a la misma, como la economía y la biología. Por ejemplo, el organismo humano, en una aspecto, es análogo a una intrincada planta química con una enorme variedad de operaciones unitarias. El control de procesos de esta red de transporte y reacciones químicas involucra una variedad de lazos de control. De hecho, el organismo humano es un sistema de control realimentado extremadamente complejo. SERVOMECANISMOS. Un servomecanismo es un sistema de control

realimentado en el cual la salida es alguna posición, velocidad o aceleración mecánica. Por tanto, los términos sistema de control de servomecanismo o de posición (o de velocidad o de aceleración) son sinónimos. Los servomecanismos son extensamente usados en la industria moderna. Por ejemplo, el funcionamiento totalmente automatizado de máquinas herramienta, con sus instrucciones programadas, es cumplido por el uso de servomecanismos. SISTEMAS DE REGULACION AUTOMATICA.Un sistema de regulación automática es un sistema de control realimentado en el que la entrada de referencia o salida deseada son o bien constantes o varían lentamente en el tiempo, y donde la tarea fundamental consiste en mantener la salida en el valor deseado a pesar de las perturbaciones presentes. Un sistema de calefacción domiciliario en el que un termostato es el control, constituye un ejemplo de regulación automática.

4.3. - CONTROL DE LAZO CERRADO Y DE LAZO ABIERTO Vamos a definir los sistemas de control de lazo cerrado y de lazo abierto, luego realizaremos una comparación entre ambos tipos. SISTEMAS DE CONTROL DE LAZO CERRADO. Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la señal de salida tiene efecto directo sobre la acción de control. Esto es, los sistemas de control de lazo cerrado son sistemas de control realimentado. La señal de error actuante, que es la diferencia entre la señal de entrada y la de realimentación (que puede ser la señal de salida o una función de la señal de salida y sus derivadas), entra al detector o control de manera de reducir el error y llevar la salida al valor deseado. En otras palabras el “término lazo cerrado” implica el uso de acción de realimentación para reducir el error del sistema. La Figura (3.1) muestra la relación entrada-salida de un sistema de control de lazo cerrado. Entrada

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Controlador

Planta o proceso

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Elemento de

Salida

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Electrotorque

Figura (4.1).- Sistema de control de lazo cerrado.

Una Figura como esta recibe el nombre de “diagrama de bloques”. Para ilustrar el concepto de sistemas de control de lazo cerrado, consideremos el sistema térmico de la Figura (4.2) Dispositivo medidor de temperatura Temperatura fijada ó Valor deseado

Controlador Automático

Agua Caliente Temperatura de salida

Válvula de Control

Vapor

Agua fria Drenaje

Figura (4.2).- Control de realimentación automática en un sistema térmico

La posición del dial del controlador automático fija la temperatura deseada, la salida, la temperatura efectiva del agua caliente, detectada por el dispositivo de medición de temperatura, es comparada con la temperatura deseada para generar una señal de error que actúe corrigiendo. Al realizar esto, se convierte la temperatura de salida a las mismas unidades que la entrada (punto de ajuste) por un transductor. Un transductor es un dispositivo que convierte una señal de una forma a otra). La señal de error producida en el controlador automático es amplificada y la salida del

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controlador es enviada a la válvula de control para modificar la apertura de la válvula de provisión de vapor para corregir la temperatura que toma el agua. Si no hay error no hace falta modificar la apertura de la válvula. En este sistema, las variaciones de temperatura del ambiente, la temperatura del agua fría de entrada, etc. Pueden considerarse como perturbaciones externas. SISTEMAS DE CONTROL DE LAZO ABIERTO. Los sistemas de control de lazo abierto son sistemas de control en los que la salida no tiene efecto sobre la acción de control. Es decir, en un sistema de control de lazo abierto, la salida ni se

mide ni se realimenta para comparación con la entrada. La Figura (3.3) muestra la relación entrada salida de tal sistema.

Entrada

Planta o proceso

Control

Salida

Figura (4.3).- Sistema de control de lazo abierto.

En un sistema de control de lazo abierto cualquiera, no se compara la salida con la entrada de referencia. Por tanto, para cada entrada de referencia corresponde una condición de operación fijada. Así, la exactitud del sistema depende de la calibración. (Los sistemas de control de lazo abierto deben ser cuidadosamente calibrados y para que sean útiles deben mantener esa calibración). En presencia de perturbaciones un sistema de control de lazo abierto no cumple su función asignada. En la práctica, solo se puede usar el control de lazo abierto si la relación entre la entrada y la salida es conocida y si no hay perturbaciones externas ni internas. Como ejemplos se pueden citar el control de tráfico de señales en función del tiempo, las máquinas que trabajan con secuencias de tiempo (lavadoras, termoformadoras, etc.). COMPARACION ENTRE LOS SISTEMAS DE CONTROL DE LAZO CERRADO Y LAZO ABIERTO. Una ventaja del sistema de control de lazo cerrado es que el uso de la realimentación hace al sistema, en su respuesta, relativamente insensible a perturbaciones externas y a variaciones internas de parámetros del sistema. De este modo es posible utilizar componentes relativamente inexactos y económicos y lograr la exactitud de control requerida en determinada planta; mientras que esto es imposible en el caso de lazo abierto.

Desde el punto de vista de la estabilidad, en el sistema de control de lazo abierto es mas fácil de lograr, ya que la estabilidad no constituye un problema importante. Por otro lado en los sistemas de lazo cerrado la estabilidad siempre constituye un problema de importancia, por la tendencia a sobrecorregir errores, que puede producir oscilaciones de amplitud constante o variable.

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Hay que recalcar que para sistemas en que las entradas son conocidas previamente y en los que no hay perturbaciones, es preferible usar el control de lazo abierto. Los sistemas de control de lazo cerrado solamente tienen ventajas si se presentan perturbaciones no previsibles y/o variaciones imprevisibles de componentes del sistema. Se hace notar que la magnitud de potencia de salida determina parcialmente el costo, peso y tamaño de un servomecanismo (o inversión de capital, o en personal, etc.). Para disminuir la potencia requerida de un sistema, si es aplicable, se puede utilizar control de lazo abierto. Generalmente se logra un funcionamiento satisfactorio y mas económico de todo el sistema si se opta por una combinación de controles de lazo abierto y cerrado.

4.4.- DIAGRAMA DE BLOQUES Un diagrama de bloques de un sistema es una representación gráfica de las funciones realizadas por cada componentes y del flujo de las señales. Un diagrama así indica las interrelaciones que existen entre los diversos componentes. A diferencia de una representación matemática, puramente abstracta, un diagrama de bloques tiene la ventaja de indicar en forma mas realista el flujo de señales del sistema físico. En un diagrama de bloques, todas las variables del sistema son enlazadas entre si a través de bloques funcionales. El “Bloque Funcional”, o simplemente “Bloque” es un símbolo de la operación matemática que el bloque produce a la salida, sobre la señal que tiene a la entrada. La figura (4.4) muestra un diagrama de bloques de un sistema de lazo cerrado, la salida C(s) es alimentada nuevamente al punto de suma, donde se la compara con la entrada de referencia R(s).

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Electrotorque

Detector de error Sistema de Control R(s)

C(s)

G(s)

+

Planta

-

H(s) Transductor Figura (4.4).- Sistema de Lazo cerrado DETECTOR DE ERROR. El detector de error produce una señal que es la diferencia entre la referencia de entrada y la señal de realimentación del sistema de control. TRANSDUCTOR. Es el elemento de medición que se usa para sensar la variable que se quiere controlar, este generalmente convierte una señal de

determinada magnitud en otra de nivel mas pequeño con unidades que puedan ser comparadas por el detector de error.

4.5.- MOTOR DC CONTROLADO EN ARMADURA Todo Motor DC puede ser controlado variando la excitación del Campo o variando la excitación de la Armadura, vamos a estudiar el caso de un Motor DC controlado a través de su armadura. La Figura (3.5) muestra un diagrama de Bloques de este control. El Sistema completo, funciona de la siguiente manera:

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Electrotorque

Voltaje de Referencia "Vref"

Referencia de Corriente "Iref" Voltaje de Control "Vc"

TARJETAS

Señal del Operador

TARJETAS

TARJETAS

CONTROL DE

CONTROL DE

ARMADURA CIRCUITOS DE MOVIMIENTO

CONTROL DE

ARMADURA +

CIRCUITOS DE -

REGULACION

Realimentación de Voltaje de Armadura Vafb

+ -

ARMADURA

CONVERTIDOR

ARMADURA

CIRCUITOS DE

DE ARMADURA

MOTOR DC

PULSOS DE CONTROL

Realimentación de Corriente de Armadura Iafb SENSOR DE CORRIENTE

SENSOR DE VOLTAJE

FIGURA (4.5) .- Diagrama de Bloques del Control de un Motor DC Excitado en la Armadura.

Cuando el Operador mueve el Joystick, una señal llega a las tarjetas de control de Armadura en el bloque de los circuitos de Movimiento, es transformada es una señal cuya magnitud pueda ser comparada con el Voltaje de realimentación de Armadura pero, como el motor aun no ha iniciado su marcha la Vafb = 0, la señal diferencia aplicada a las tarjetas de Regulación es máxima, la salida de estas llamada Referencia de corriente “Iref” es máxima y se compara con la señal de Realimentación de Corriente de Armadura “Iafb”, como el Convertidor de Armadura aun no ha empezado a trabajar Iafb = 0, la señal diferencia, llamada Voltaje de Control “Vc” aplicada a las Tarjetas de Pulsos de Control es por lo tanto máxima y los pulsos enviados por estas tarjetas al convertidor de SCR’s tiene un ángulo de disparo mínimo. El convertidor al recibir los pulsos de Disparo con un ángulo mínimo (Alfa = 10°), envía una elevada corriente a la Armadura del motor cuyo valor es superior al de la corriente regulada máxima “Istall”, constituyendo en el instante inicial, un pico de corriente de cortocircuito (Corriente a rotor bloqueado). Debido a las condiciones de carga, el motor aun no inicia su movimiento, por lo tanto el voltaje de armadura es cero y la señal “Vref” que ingresa a los circuitos de regulación continua siendo máxima, la señal “Iref” que sale de estos, también es máxima, sin embargo como existe corriente máxima circulando en la armadura, al compararse la “Iref” con la “Iafb”, se tiene el primer efecto de control en el lazo interior del sistema realimentado, como las dos señales tendrán un valor muy cercano entre si, la señal de

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Voltaje de Control “Vc” se reduce y retrasa los pulsos de disparo hacia el convertidor hasta un ángulo en el que la corriente que circula en la armadura sea la corriente máxima calibrada para el sistema “Istall”. Como la corriente que circula en la armadura es elevada, el torque que está entregando el Motor es también elevado, y va venciendo la inercia mecánica de la carga que tiene el motor en ese momento; por lo tanto la armadura comienza a girar y aparece un voltaje de armadura. El sensor de Voltaje de armadura detecta este y envía una señal de realimentación proporcional “Vafb” que se compara con la “Vref”. A medida que se incrementa la velocidad de la armadura y por lo tanto el voltaje de armadura, la diferencia de la “Vref” y la “Vafb” disminuye, disminuyendo por lo tanto la “Iref”. Como la “Iref” va disminuyendo, la comparación de esta con la “Iafb” va disminuyendo y por lo tanto el Voltaje de control “Vc” también disminuye; teniendo lugar el segundo efecto de control debido al lazo exterior del sistema; el ángulo de los pulsos de disparo hacia el convertidor entregados por las tarjetas de pulsos de control, comienza a retrazarse a medida que “Vc” disminuya y se detendrá en un ángulo tal que “Vref = Vafb” y “Iref” = “Iafb”. El lector debe entender que la explicación anterior llevada al sistema real, se desarrolla a una velocidad mucho mayor que la de esta, y que en cuestión de fracción de segundos, el sistema alcanza el equilibrio para cualquier valor de referencia que ponga el Joystick del operador. Como puede observarse, el sistema se autolimita y corrige no permitiendo que la excitación crezca en forma desmedida, siendo muy estable a bajas y altas velocidades, con alto o bajo Torque, teniendo un alto grado de inmunidad a las perturbaciones externas. Si por ejemplo, la tensión de entrada alterna del convertidor bajara, la corriente que circula por la armadura en ese instante también disminuiría esto sería detectado por el sensor de corriente y la diferencia entre la “Iref” y la “Iafb” que es la señal “Vc” aumentaría, haciendo que los pulsos de disparo enviados al convertidor se adelanten para aumentar la corriente, hasta el punto en que las condiciones de equilibrio vuelvan a ser alcanzadas. Esta es una ventaja que presentan los sistemas de lazo cerrado con doble lazo de control sobre los de un solo lazo, pues son mas estables, hacen correcciones solo cuando es necesario y se estabilizan rápidamente. Para este tipo de sistemas se puede considerar que las correcciones finas las realiza el lazo interior y las correcciones gruesas las realiza el lazo exterior. El término sintonía puede aplicarse muy bien a este tipo de control, donde el sistema en

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todo momento busca un punto de equilibrio. Si la caída de tensión está dentro del rango +/- 10% de la nominal, el sistema podrá restablecerse. Ejercicio (4.1) .- Explicar: (a) Qué ocurriría si hubiese un brusco aumento de la tensión de alimentación del Convertidor. (b) Qué ocurre cuando la carga del motor se libera bruscamente.

Cuestionario (4) 1. 2. 3. 4.

Que es un Proceso Que es un sistema Que es un sistema de Control Realimentado Cuales son las ventajas de un sistema de control de lazo cerrado sobre uno abierto. 5. En el motor controlado en la Armadura que se muestra en la Figura (4.5), explique que ocurriría si el sistema no recibe la señal de realimentación de Voltaje de armadura. 6. En la Figura (4.5) explique que ocurre si el sensor de voltaje, cuando el sistema no tiene señal de referencia del Operador, introduce una señal falsa (Sensor malogrado).

CAPITULO V CIRCUITOS DE PROTECCION

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Los circuitos de protección en la Pala 4100A tienen por función evitar el daño catastrófico a diversos componentes mayores y a la máquina en general. Todos los circuitos de protección están conectados al PLC del equipo, el cual, a través del programa interno determina la respuesta del sistema ante la detección de una señal de alarma.

5.1.- RELAY DE SOBRECARGA INSTANTANEA (QTTM) El relay de sobrecarga instantánea, tiene por función detectar una condición de sobrecorriente en la alimentación primaria del Transformador Principal , apagar la Pala y señalizar el problema ocurrido. La Figura (5.1) muestra el circuito de este relay.

TRANSFORMADOR PRINCIPAL

TTMT = THERMAL TRIP MAIN TRANSFORMER Sobrecarga térmica del Transformador Principal. Si se abre, la pala se apaga con un retardo de 30 Segs. El PLC indica la Falla

(1) D urante los pr imero s 3 Segs. del encendido, el MTOAR está abierto para permitir que la pala arranque y no opere el QTT M por efecto del transitorio de inicio. Durante este tiempo, el QTTM está fijado con un Pick up de 15 VDC y un Drop Out de 2 VDC. ( 2 ) Despues de los 3 segs. iniciales, el MTOAR se cierra y el QTT M queda fijad o con un Pick up de 5 VDC y un Drop Ou t de 0.4 VDC.

QTTM

12345

MTOAR

Cierra 3 segundos despues de que la pala arranca

QTTM = Quick Trip Thermal Main Relay de sobrecarga instanta nea Cuando se activa apaga la pala instantaneamente, el PLC indica la Falla

120 VAC

Figura (5.1).- Relay de Sobrecarga instantánea.

5.2.- Circuitos de Detección de Falla a Tierra Los circuitos de detección de falla a Tierra, tienen por función indicar la pérdida de aislamiento de algún componente eléctrico en funcionamiento con el objeto de evitar daños mayores tanto al equipo como al personal que trabaja en estas

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máquinas. La Figura (5.2) muestra el circuito típico de detección de Falla a tierra de la Pala 4100A.

A

B

Transformadores de Corriente C

1

GMRF

GFRM = Ground Fault Relay Main Relay de falla a tierra Cuando opera da una indicación en la consola del Operador, no apaga la Pala.

2 12

13

32422

120 VAC

45271

Al PLC

6

Resistencias Limitadoras de corriente

7

14

31071 01021

Pulsador de Prueba de falla a tierra

Figura (5.2).- Circuitos de Detección de Falla a Tierra.

Use el Pulsador de prueba para verificar el funcionamiento del relay de falla a tierra, al presionarlo, un botón blanco debe salir indicando que el circuito ha operado. Para reponerlo, presione el botón blanco que había salido.

5.2.1.- Relay Indicador de Falla a Tierra (GFRM) Este relay es el encargado dePLC detectar falla a tierra del circuito donde está instalado y enviar una señal al sobrealguna esta detección. La Figura (5.3) muestra este relay

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Electrotorque

Se regula para limitar la corriente que puede circular 3

4

2

5 9

6

15

Indicará en cuanto tiempo, expresado en Hz se activará.

12

25

35

Botón indicador de Relay operado, presionar para reponer.

45

10 INST.

60

Figura (5.3).- Relay de Falla a Tierra

5.3.- Relay Monitor de Fase La función de este relay es detectar la pérdida de alguna fase en los secundarios del transformador Principal. La Figura (5.4) muestra este relay.

   

La Pala 4100A tiene 4 Relays monitores de fase: PRH1 = Phase Relay Hoist 1 - Relay Monitor de Fase del Izar #1/Avance#1 PRH2 = Phase Relay Hoist 2 - Relay Monitor de Fase del Izar #2 PRS = Phase Relay Swing - Relay Monitor de Fase de Giro PRC = Phase Relay Crowd - Relay Monitor de Fase de Empuje/Avance #2

Cuando opera alguno de ellos, la pala se apaga inmediatamente y el PLC da una indicación de la Falla.

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3 Fases 600V

Rele Monitor de Fase

A B C

Figura (5.4).- Relay Monitor de Fase

5.4.- Sistema de Protección Diverter (DCM) El sistema de Protección “Diverter” tiene por función apagar instantáneamente un convertidor donde se halla detectado una sobrecorriente, apagar instantáneamente la Pala y señalizar a través del PLC el problema presente. La Figura (5.5) muestra el circuito de este sistema. El sistema funciona de la siguiente manera; cuando la pala arranca, el Relay de carga del Diverter “DCR” se abre y permite que los condensadores de 600uf se carguen con tensiones de + 1300 VDC y - 1300 VDC respectivamente. Si alguna sobrecorriente es detectada, el SCR del condensador correspondiente al convertidor en donde fue detectada esta sobre corriente, es disparado y una tensión inversa mayor es aplicada a los SCR’s del convertidor, bloqueándolos inmediatamente. El relay DPR actúa como un disipador de energía inversa al absorber los picos inversos producidos por la descarga de los condensadores.

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5K

R.C. Network

DCR

600uF

.36 Ohm Grid Res. H4 X3 3.3K

DPR

H3 H2

3.3K X1

H1

600uF

5K DCR

R.C. Network

5K

Arm

Figura (5.5).- Circuito de protección Diverter.

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Para disparar los SCR’s que permiten la descarga del condensador de 600uf en el convertidor con problemas, hay un módulo que recibe las señales de realimentación de corriente y las de voltaje para determinar la condición de sobrecorriente en el convertidor, este módulo es denominado DCM (Diverter Control Module). La Figura (5.6) muestra este módulo.

Sensor de Corriente de DC

1 2 3 4 5

+28

1

T B1-

T B2-

1 Transforma

CCOM

dor

2 2

DCM

de Pulso

DECC 3

3

Transformador

VaF.B.

4

de Pulso

4 CCOM

5

5

DCM IaF.B.

CCOM

6

6

7

7

8

8

9

9

10

10

CCOM

+24V

hacia el PLC

CCOM

Figura (5.6).- Módulo de control del Diverter.

Para calibrar el momento en que este módulo debe actuar, el fabricante (P&H) suministra el procedimiento, el cual es descrito a continuación.

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AJUSTE DE DISPARO DEL DIVERTER 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Coloque el selector de Test en la posición “Armature Test” Coloque un voltímetro entre TP1 y TP2 en el módulo de control del Diverter Desbloquee el potenciómetro de ajuste de disparo del módulo arranque la pala Libere los frenos Con el control del operador en “Full On”, disminuya el ajuste del potenciómetro de disparo hasta que la pala se apague por la operación del módulo. 7. Anote el voltaje leído entre TP1 y TP2 cuando la pala se apagó 8. Arranque nuevamente la Pala. 9. Libere los frenos 10. Con el control del operador en la posición “Full On”, ajuste el potenciómetro de disparo, a una lectura de 1.4 veces la lectura entre TP1 y TP2 que tuvo en el voltímetro en el paso (7). Nota.- Si ocurriera un disparo inusitado del Diverter durante la operación normal de la máquina, ajuste el potenciómetro de disparo en incrementos de 0.1 Voltios hasta que los disparos erráticos desaparezcan.

5.5.- Protección Contra Bajo Voltaje (UVR) e Inversión de Fases (PSR) La pala 4100A usa un sistema de módulos electrónicos con salida a relay para evitar que la Pala trabaje con una caída de tensión por debajo del 10% de la nominal o con inversión de fases en alguno de los secundarios de los Transformadores. La Figura (5.7) muestra el circuito donde trabajan estos módulos. 3 Fases 230VAC

1

2

3

PSR

UVSAR

51K UV 12345

115VAC

Figura (5.7).- Relays de Protección contra Bajo Voltaje e Inversión de fases.

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5.6.- Módulo Diferencial de Voltaje Cuando dos motores de corriente continua trabajan con sus armaduras enseriadas, es necesario tener alguna indicación del desbalance de carga que pudieran tener ambos motores. El módulo diferencial de voltaje detecta la diferencia de Voltaje entre las armaduras de los 2 motores conectados en serie y en caso de ser mayor a 100 Voltios inmediatamente apaga la pala y da una señal de falla al PLC. La Figura (5.8) muestra este módulo. +

-

1

Convertidor

Convertidor -

TB1

Relay

TB2

+

2

1234

Modulo Diferencial de Voltaje

1

2345

115 VA C desde el Transformad or de A li me nt a c i ó n d e lo s Aisladores de Voltaje

Figura (5.8).- Módulo Diferencial de Voltaje

El circuito opera de la siguiente manera; Si el voltaje a través de los dos motores difiere en mas de 100 VDC el relay se energizará y apagará a la pala. Fallas Probables: Copla de uno de los motores rota  

Cortocircuito en las bobinas de campo de uno de los motores. Los motores que tienen este relay son : Izar y Giro.

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Cuestionario (5) 1. Cual es la función del relay de sobrecarga instantánea 2. Cual es la función del Relay detector de falla a Tierra. 3. Cual es la función del Relay Monitor de Fase. 4. Explique como funciona el circuito de protección “Diverter”. 5. Para qué sirve el relay de Bajo Voltaje. 6. Para qué sirve el Relay detector de Inversión de Fases. 7. Explique como funciona el módulo diferencial de Voltaje y para que sirve.

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CAPITULO VI CONTROL DE ARMADURA Los circuitos de Control de Armadura tienen por función gobernar la corriente y el voltaje entregado a la armadura de un motor DC, de tal manera que su comportamiento bajo condiciones de carga, tenga determinadas características de Torque y Velocidad, así como limitar la potencia desarrollada y por lo tanto proteger al Motor y al Equipo donde este se encuentra trabajando. El control de Armadura de los Motores DC de la Pala 4100A, se encarga de regular la energía suministrada a los Motores DC de esta máquina, de acuerdo a la demanda o solicitud del Operador que hace con su “Controller” o “Joystick” y de acuerdo a la característica de respuesta diseñada por el fabricante. Ia


3 600VAC

Circuito de

Transformador

Realimentación de Corriente

de Pulsos

Motor Arm.

Circuito Aislador de Voltaje

Control de Pulsos

6 Sets de Pulsos de Control a 100Khz

- 15V a + 15 V

Señal del Operador

Realimentación de Corriente de Armadura 0V a + 10VDC

Tarjetas de Control de Armadura

Realimentación de Voltaje de Armadura F R - 10V a +10VDC

Figura (6.0).- Diagrama de Bloques del Sistema de Control de Armadura del ELECTROTORQUE diseñado por P&H para la Pala 4100A.

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Electrotorque

Esto quiere decir que cuando el Operador manipula su “Joystick” para realizar algún movimiento, la energía que se entregue al Motor DC estará controlada o limitada por la característica de diseño que halla preparado el fabricante a través de las tarjetas de control de armadura y de los dispositivos de realimentación instalados. La Figura (6.0) muestra un Diagrama de Bloques del sistema de control diseñado por el Fabricante (P&H). El funcionamiento de este sistema de control puede explicarse de la siguiente manera; cuando el Operador acciona su controller o Joystick, una señal de un valor determinado comprendido entre -15VDC y +15VDC ingresará al conjunto de Tarjetas de Control, esto provocará que aparezcan 6 Sets de Pulsos de disparo dirigidos hacia los SCR’s del convertidor de armadura respectivo, los SCR’s del convertidor conducirán con un ángulo de disparo pequeño (Esto es full conducción de los SCR’s), circulará una corriente determinada en la armadura del motor, la armadura comenzar a girar y aparecerá un voltaje en ella. Al aparecer la Corriente en la Armadura “Ia” que es proporcional al Torque que en ese momento desarrolla el Motor, esta es muestreada por los Transformadores de Corriente (CT’s) y a través del circuito de realimentación de corriente es convertida a un valor proporcional comprendido entre 0 VDC y +10 VDC, esta señal es llamada Realimentación de Corriente de Armadura “Iafb”, que luego llega a las tarjetas de control de armadura y estas se encargan de comparar la señal Iafb con la señal resultante de la comparación del Voltaje de realimentación de Armadura “Vafb” con la que había srcinado el Controller del Operador, la diferencia srcina una señal llamada Referencia de Corriente “Iref”, mientras solo exista corriente en la armadura y no aparezca voltaje, la comparación de la Iref y la Iafb será tal que el ángulo de disparo de los SCR’s del convertidor, se mantendrá pequeño y por lo tanto la corriente en la armadura será máxima (Istall). Corriente Stall “Istall”, es el término usado para designar a la corriente que circula en la Armadura de un motor de Corriente continua cuando el rotor (Armadura) está bloqueado, recuérdese que el momento de mayor Torque en un motor DC es cuando inicia su movimiento y por lo tanto la corriente es elevada. Al aparecer el Voltaje de Armadura “Va” que es proporcional a la velocidad de giro del motor, este es muestreado por el divisor resistivo y por el circuito Aislador de Voltaje, la salida del circuito aislador de voltaje corresponde al Voltaje de Realimentación de Armadura “Vafb”, esta señal es de un valor proporcional al Voltaje de armadura y está comprendido entre -10 VDC y +10 VDC según sea la dirección en que esté moviéndose el motor. La Vafb llegará a las tarjetas de control de armadura y se comparará con la señal de referencia del Controller del Operador, la señal resultante es una señal llamada Referencia de Corriente “Iref” que se compara con la señal de realimentación de corriente de armadura Iafb, y produce una señal llamada Voltaje de control que controla el ángulo de disparo de los SCR’s del convertidor. Dependiendo del diseño o curva de respuesta del fabricante, la señal Voltaje de control responderá a la característica de Velocidad o Torque del Motor esto quiere decir que además de existir realimentación de corriente del Motor para controlar el Torque, será

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necesario que exista una realimentación de Voltaje de armadura para poder controlar la velocidad del Motor. Los 6 Sets de pulsos de disparo que generan las Tarjetas de Control de Armadura, tienen una frecuencia modulada de 100KHz, cuya finalidad es: 1. Debido al uso de transformadores de pulsos para disparar los SCR’s, es necesario que toda la energía o ancho del pulso sea transferida al Gate, la elevada frecuencia permite que prácticamente toda la energía, esto es, todo el ancho del pulso sea transmitido. 2. Asegurar la conducción de los SCR’s obligándolos a entrar rápidamente en conducción aprovechado para ello la característica di/dt. Las características de este sistema son tales que permiten el uso de las señales de control para monitorear el estado del circuito y así poder determinar alguna condición de falla, tales señales monitoreadas son; la señal del Controller del Operador, el voltaje de realimentación de Armadura, la corriente de Realimentación de armadura y la señal de Voltaje de Control. La falta de una de estas señales o el valor anormal de ellas automáticamente determinan una condición de falla y provocan el apagado de la pala (Instant Shutdown).

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6.1.- TARJETAS DE CONTROL DE ARMADURA: ENTRADAS Y SALIDAS El diagrama de bloques mostrado en la Figura (6.1.0), presenta las principales señales de entrada y salida de las Tarjetas de Control de Armadura. 6 5.2 VAC

+ 24 V

CCOM

Señal del Operador -15 V a + 15 V Determinan el ángulo de disparo

- 24 V

SCR 1 SCR 2 SCR 3

Iafb 0V a + 10 V Vafb - 10 V a + 10 V Señal de Desbloqueo del Convertidor de Armadura llega desde el PLC

SCR 4

Conjunto de Tarjetas de Control de Armadura

+ 24 V = Desbloqueado - 24 V = Bloqueado

Pulsos de Control a 100 KHz

SCR 5 SCR 6

+ 42 VDC Alimentación para los Transformadores de Pulsos

SCR 1 SCR 2

Señal de Bloqueo del Diverter

SCR 3

0 V = Desbloquea do +2 V = Bloqueado

SCR 4 SCR 5


SCR 6

Adv/Ret del PLC

- 24 V + 4V

= alfa 145° = alfa 10° a 145°

+ 42 VDC Alimentación para los Transformadores de Pulsos

+ 42 VDC

Figura (6.1.0).- Diagrama de Bloques de las señales de entrada y salida que tiene el conjunto de tarjetas de control de Armadura

En la Figura (6.1.0) observamos las señales propias del sistema Electrotorque cuya función básica es variar el ángulo de disparo de los SCR’s del convertidor de Armadura; así como también las señales de habilitación que provienen del PLC de acuerdo al estatus de la Pala. Estas señales de habilitación, permiten el desarrollo de los pulsos de disparo a los SCR’s de los convertidores así como también el procesamiento de las señales de control. Cuando alguna condición anormal, no contemplada en la lógica del Programa del PLC se presenta, el PLC genera señales de INHABILITACION, que bloquean los pulsos de disparo y no permite el proceso de las señales de control en las tarjetas; esto quiere decir que interrumpe el flujo de señales en las tarjetas.

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A.-

ENTRADAS

Las fuentes de alimentación DC que ingresan a las Tarjetas de Control de Armadura son +/- 24 VDC, +/- 15 VDC y 42 VDC. Las fuentes de alimentación DC están localizadas dentro del panel del gabinete de control. 6 fases de voltaje AC llegan desde un transformador para la sincronización de los pulsos de control que van hacia el convertidor, este transformador convierte 3 fases de 240 VAC en 6 fases de 5.2 VAC medidos con respecto a CCOM. Este transformador está también localizado en el interior del panel del gabinete de control. La señal del Operador llega desde el Controller del Operador a través de un contacto del PLC que cierra cuando la pala se ha arrancado y se libera el freno del movimiento respectivo. La magnitud de esta señal puede variar desde -15 VDC hasta +15 VDC, dependiendo la posición del Controller, como se muestra en la Figura (6.1.1). +15 VDC

Contacto del

Controller o Joystick

PLC

Señal del Operador

-15 VDC

Figura (6.1.1).- Controller del Operador y la señal que envía

La señal de realimentación de corriente de armadura, llega desde el circuito de realimentación de corriente. Esta señal es usada para controlar la corriente de armadura y por lo tanto el Torque del Motor. La magnitud de esta señal será proporcional al valor de la corriente de Armadura que en ese momento esté circulando en el circuito, y estará comprendida entre 0 VDC y +10 VDC. La señal de realimentación de voltaje de armadura, llega desde el circuito de realimentación de Voltaje. Esta señal es usada para control el Voltaje de armadura y por lo tanto la Velocidad del Motor. La magnitud de esta señal será proporcional al valor del Voltaje de Armadura que en ese momento haya en el circuito y puede variar entre -10 VDC y +10 VDC. La señal de Desbloqueo del convertidor de armadura, es una señal de entrada a relay que proviene del PLC y constituye una de las señales de habilitación. La señal bloquea ambos puentes rectificadores del convertidor el de directa (Forward) y el de Reversa (Reverse) cuando la pala está apagada, durante una parada de emergencia, cuando está en la condición de “Auxiliary Test” ó cuando está en la condición de “Field Test”. Esta señal

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desbloqueará alguno de los puentes rectificadores 3 segundos después de que la pala ha sido arrancada, cuando se coloca en “Armature Test” o cuando está en la condición de “Control Test”. La Figura (6.1.2) muestra como trabaja esta señal. Tarjeta Blocking A mplifier

Contacto del PLC

0V Desbloqueado +5V Bloqueado

+ 24 VDC Cierra 3 Segs despues de arranque

Desbloqueo del Convertidor de Ar madura

TP13

- 24VDC 0V +5VDesbloqueado Bloqueado

Figura (6.1.2).- Señal de Desbloqueo de Convertidor de Armadura. Señal en TP13 de Desbloqueo del Convertidor de Armadura - 24 VDC 0 VDC

Estado del Convertidor

Bloqueado Desbloqueado

La señal Avance/Retardo de fase es también una señal de entrada a Relay que proviene del PLC y constituye otra señal de habilitación. Retardo de fase significa que los pulsos de control están atrasados y aparecen en su ultimo ángulo de disparo posible ( alfa = 145° ). En esta condición la corriente de Armadura será mínima. El retardo de fase se presenta cuando un freno es aplicado o cuando por alguna razón la pala se ha apagado. Avance de fase significa que los pulsos de control pueden moverse a alguna posición dentro del rango normal para una salida controlada del Convertidor, ( alfa = 10° hasta 145° ). El avance de fase ocurre cuando los frenos han sido liberados. El funcionamiento de esta señal se muestra en la Figura (6.1.3). Tarjeta Current Regulator

Entrada Lógica a l PLC + 24 VDC Controlado por el relay de Freno, Check en la Tarjeta Iregulator TP18

Voltaje de Control -9V : Alf a = 145° TP17

Señal Avance/ Retardo de Fase TP15

- 24VDC

-9V :A lfa = 145 ° hasta +8V : Alf a = 10° I regulator

Figura (6.1.3).- Señal Avance/Retardo de Fase

La Tabla siguiente muestra el punto de prueba donde debe medirse esta señal en la Tarjeta Reguladora de Corriente (Current Regulator). Señal Avance/Retardo de

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Estado de los Pulsos de

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Estado de los Frenos

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Fase - 24 VDC + 4 VDC

B.-

Control Retardo de Fase Avance de Fase

Frenos Aplicados Frenos Liberados

SALIDAS

Los seis pulsos de control y la señal de + 42V llegan a los transformadores de pulsos del Puente Rectificador Directo. Cuando los pulsos de control están presentes los transformadores producen pulsos de disparo y los SCR’s del puente rectificador directo son disparados. Cuando los PULSOS de disparo son ADELANTADOS, los SCR’s son disparados a un ángulo de disparo cuyo inicio es mas temprano que el que tenían srcinalmente y la SALIDA del Convertidor de Armadura AUMENTA. Cuando los PULSOS de control son RETRASADOS, los SCR’s serán disparados con un ángulo de disparo cuyo inicio será posterior al que inicialmente tenían y la SALIDA del Convertidor de Armadura DISMINUYE. Cuando los Pulsos de control no están presentes, los transformadores de pulsos no generan pulsos de salida y por lo tanto el Puente Rectificador Directo de SCR’s no es disparado. Los seis pulsos de control y la señal de + 42V también llegan a los transformadores de pulsos del Puente Rectificador Inverso y el funcionamiento del control para este Puente Rectificador es igual que para el Puente Rectificador Directo quedando para el lector como ejercicio, el análisis de las señales para este caso.

62.- CONJUNTO DE TARJETAS DE CONTROL DE ARMADURA En el artículo anterior hemos estudiado el conjunto de Tarjetas de control de Armadura como un solo Bloque, sin embargo por razones de estudio, un sistema de control puede descomponerse en tres bloques con funciones particulares claramente diferenciadas. Ya hemos visto que el Conjunto de Tarjetas de control de Armadura es el encargado de recibir todas las señales de control que llegan al sistema, procesarlas de acuerdo al diseño del sistema y generar las señales de comando para encender determinado puente rectificador, adelantando o retrasando los pulsos de disparo o también para alertar de alguna anormalidad en el sistema, enviando una señal de alarma al PLC de la Pala. Este Conjunto de Tarjetas de Control de Armadura, puede descomponerse en tres Bloques: Circuitos de Movimiento, Circuitos de Regulación Circuitos de Control de Pulsos. La Figura (6.2.1) muestra en Diagrama de Bloquesy las relaciones que existen entre estos Grupos de Tarjetas.

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6 Fases 5.2 VAC

SCR 1 SCR 2

Señal de Operador + 15V a - 15V

Circuitos de Movimiento

Voltaje de Referencia FWD REV + 10V a - 10V

SCR 3

Circuitos de Regulación

Voltaje de Control -9V a +8V

Circuitos de Pulsos de Control

SCR 4 SCR 5


SCR 6

+ 42 VDC

Va F.B.

Deblock Fordward Bridge

Ia F.B.

Deblock Reverse Bridge +5V = Bloquedado 0V = Desbloqueado

Figura (6.2.1).- Representación en Diagrama de Bloques de Las Tarjetas de Control de Armadura divididas en 3 grupos funcionales.

Los 3 grupos en que se ha descompuesto el conjunto de tarjetas de control de armadura, tienen funciones específicas claramente diferenciadas; tal es el caso de las tarjetas que conforman los Circuitos de Movimiento que adaptan las señales que llegan desde el exterior para que puedan ser comparadas o procesadas por las tarjetas que conforman los Circuitos de Regulación para que finalmente, este bloque entregue una señal que contiene la información del ángulo de disparo que deben recibir los Gate de los SCR’s del convertidor, al bloque de tarjetas que conforman los circuitos de Pulsos de Control y se generen los pulsos de disparo hacia los SCR’s de los convertidores. Una explicación detallada de cada bloque funcional es presentada a continuación.

CIRCUITOS DE MOVIMIENTO.- Convierten la señal enviada por el Operador a través de su Controller, en una señal retardada de +/- 10 VDC. El término señal retardada significa que la señal tiene un retardo en su respuesta y una determinada rampa de aceleración, esto quiere decir que si el Operador mueve rápidamente su Controller de un lado a otro, la salida no seguirá a la señal del Controller a la misma rapidez si no que demorará en seguirla y crecerá o decrecerá de acuerdo a una pendiente. Esto es hecho con el objeto de evitar bruscos cambios que afecten la respuesta de potencia de los convertidores y además, que la respuesta del sistema sea estable.

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CIRCUITOS DE REGULACION.- Estas Tarjetas se encargan de comparar la señal de Referencia de Voltaje (Vref) con las señales de realimentación de Voltaje de Armadura (Vafb) y realimentación de Corriente de Armadura (Iafb) para determinar el ángulo de disparo actual de los SCR’s del Convertidor que esta trabajando, a través de la generación de la señal Voltaje de Control; también deciden cual puente rectificador conducirá y en qué momento será encendido.

CIRCUITOS DE PULSOS DE CONTROL.- Estas tarjetas, reciben la señal hexafásica de 5.2VAC para sincronizar los pulsos de disparo que se entregarán a los SCR’s del convertidor que está trabajando de acuerdo a la señal Voltaje de Control que envían las tarjetas de los Circuitos de Regulación, sacando los Pulsos de control de 100KHz en la fase apropiada para disparar a los SCR’s.

6.3.- CIRCUITOS DE MOVIMIENTO La Figura (6.3.1) muestra las relaciones funcionales entre las tarjetas que componen los circuitos de movimiento, la importancia de estas tarjetas está en que además de convertir o adaptar la señal que envía el controller del Operador, verifican la presencia de todas las señales de realimentación y las señales del Operador cuando la Pala esta funcionando para determinar si alguna condición anormal se ha presentado y así producir el apagado instantáneo de la Pala protegiendo la máquina; la Tarjeta que hace esta función es la Monitor de Control (Control Monitor).   

El grupo de tarjetas de circuitos de Movimiento está conformado por : Las Fuentes de alimentación de +/- 15 VDC.(+/- 15 VDC Power Supply) La Tarjeta Adaptadora de Movimiento. (Adapter Hoist-Crowd-Propel) La Tarjeta Monitor de Control. (Control Monitor)

En la Figura (6.3.1), se muestran todas las señales que ingresan y salen de las tarjetas que conforman los circuitos de Movimiento, es importante notar que siempre que existan problemas en la pala, el electricista debe verificar la presencia y correcto valor de las señales que entran y salen del PLC. Cuando la Pala ha sido arrancada en el modo RUN, al liberar el freno de un movimiento, se cierra un contacto del PLC siempre que la lógica del sistema no haya detectado una falla, y la señal del controller del operador llega a la tarjeta Adaptadora de Movimiento (Adapter Hoist-C/P), esta convertirá la señal del controller de -15V a +15V en una señal retardada y proporcional de -10V a +10V

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llamada Referencia de Voltaje (Voltage Reference), que ingresará a la Tarjeta Reguladora de Corriente. + 15 VDC

"I" Lim 1

Relay de Freno Señal del Operador

Circuito Adaptador de Movimiento Tarjeta Adaptadora

"I" Lim 2

A la Tarjeta Reguladora de Corriente (Current Regulator)

Volt Ref

- 15 VDC

Señal del Operador

+ 24 VDC

Vafb CCOM - 24 VDC

Fuente de +/- 15 VDC

Iafb

Circuito Monitor de Control Tarjeta Control Monitor

Al PLC para los circuitos de Apagado

Voltaje de Control

Figura (6.3.1).- Diagrama de Bloques de las Tarjetas que conforman los Circuitos de Movimientos y sus relaciones funcionales.

La Tarjeta Adaptadora también envía dos señales Variables llamadas I Límite 1 e I Límite 2 a la tarjeta Reguladora de corriente. Fuentes de +/- 15VDC. (+/- 15 VDC Supply) .- Convierten la tensión no regulada de +/- 24VDC en una tensión Regulada de +/- 15 VDC, para poder alimentar los componentes electrónicos de las tarjetas, de tal modo que las fluctuaciones de Voltaje no afecten el funcionamiento de los mismos. Tarjeta Adaptadora de Movimiento (Adapter Hoist-Crowd-Propel).- Convierte la señal del Operador en una señal de voltaje de referencia cuya característica principal es responder con un determinado retardo a los movimientos de comando del Controller del Operador. Adicionalmente, convierte la característica de respuesta del sistema para un determinado tipo de movimiento y envía dos señales de referencia variables a la tarjeta Reguladora de corriente con el fin de fijar los límites de

respuesta de la comparación de las señales de Referencia de Voltaje y Realimentación de Voltaje de Armadura . La Figura (6.3.2) muestra como ejemplo el diagrama de la

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Tarjeta Adaptadora de Movimiento de Izar (Hoist) tal como aparece en el Plano eléctrico de la Pala (Ver Hoja 66 de los diagramas esquemáticos). YXM 105 6

S1-2

Anti Boom Jacking

C1

10

22

13 +15V

24

S1-1 0V +15V

-15V 8

I Límite 1

B2 A2

0V

18

B1

D1

19

15

I Límite 2 Vafb 66023 Señal del Operador del PLC 66024

06

25 7

9

08 A1 0V

Señal del PLC 71021

Referencia de Voltaje 03

&

&

&

&

11

07 17 23

Modo Avance del PLC 51121

16

26

1 1 = Avance 0 = Izar

1

Switch Analogico AS1

A1 B1 C1 D1

Switch Analogico AS2

A2 B2

+15V

0

-15V

1 01

2 30

02

Figura (6.3.2).- Tarjeta Adaptadora de Movimiento de Izar (Adapter Hoist-C/P)

El lector revisar entradas salidas las de esta tarjeta usando el diagrama esquemático dedebe la Pala con las el objeto de yanalizar condiciones de funcionamiento de todas estas señales. Tarjeta Monitor de Control (Control Monitor).- Verifica la presencia de todas las señales críticas con el objeto de determinar alguna anormalidad en el funcionamiento del Sistema y apagar la máquina en forma instantánea (Instant Shutdown). Estas señales son: 







Señal del Controller del Operador (Operator’s Signal); esta señal llega a través del PLC. Señal de realimentación del Voltaje de Armadura (Armature Voltage Feedback) “Vafb”. Señal de realimentación de la Corriente de Armadura (Armature Current Feedback) “Iafb”. Señal de Control de Voltaje (Control Voltage), que es la señal final o procesada que controla el ángulo de disparo a los SCR’s del convertidor de armadura.

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La Figura (6.3.3) Muestra la tarjeta Monitor de Control para el Movimiento de Izar; tal como luce en los planos eléctricos de la Pala. 109

YXO 108 2

Señal del Operador

7

t

03

&

t

+

t

Vafb 07

0V

v

9

t

t

28

&

11

t

Iafb Voltaje de Control

14

18 1200MS t

19

t

&

1

13

t

22

12 +

+ 15

v

0 4

01

-15 20 30

+ 24 5

02

05

29

Señal de Pérdida de Control de Izar

Figura (6.3.3).- Tarjeta Monitor de Control de Izar

Esta tarjeta hace dos comparaciones de parámetros los cuales, excepto durante condiciones especiales, se espera que guarden relación. Si la comparación de estos parámetros no corresponde a lo esperado, la tarjeta enviará una señal de falla al PLC a menos que alguna condición de exepción considerada por la lógica del sistema se halla presentado. La primera comparación, es entre la señal de Referencia del Joystick y la Realimentación del Voltaje de Armadura; esto es posible debido a que la tarjeta Monitor tiene un circuito que es idéntico al de una tarjeta Adaptadora, el cual retarda y reduce la referencia del Joystick a un valor proporcional entre -10V a +10V. Esta referencia de Voltaje debería ser igual y opuesta a la realimentación del Voltaje de Armadura, excepto cuando el motor está próximo a la condición de Stall. La Referencia de Voltaje y la Realimentación de Voltaje son sumadas y comparadas con un voltaje fijo de -15VDC colocado a la entrada de un Amplificador Operacional que actúa como un detector de nivel. Si el Voltaje de Referencia y el de Realimentación se cancelan por ser iguales y opuestos, entonces los -15VDC que ingresan a la entrada no-inversora produce un “0” lógico a la salida del

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Amplificador Operacional. Si hay una diferencia entre el Voltaje de referencia y el voltaje de realimentación, debería haber un “1” lógico a la salida del Operacional en el TP-7 (Test Point 7); en todo caso, debido a la configuración, el circuito será muy sensible a las diferencias positivas de estas dos señales, las que podrían significar que: La referencia de Izar en subida (+) es mayor que la velocidad de Izar en subida(-). La referencia de Izar en Bajada (-) es mayor que la Velocidad de Izar en Bajada (+). Esto protege contra la caída del cucharón y explica por que la Operación de monitoreo es verificada por la reducción del “Límite 2” sobre la Tarjeta Reguladora de Voltaje a la mitad ( la cual reduce la salida negativa de la tarjeta) y por lo tanto el Izar. Debido a que la Tarjeta Adaptadora tiene un circuito que genera límites de corriente variables que limitan la salida de la Tarjeta reguladora de Voltaje (Señal “Referencia de Corriente”), para asegurar que el voltaje del motor cae a cero cuando la corriente alcanza un máximo (esto asegura que el motor no conmutará altas corrientes a altas velocidades), el Voltaje de Referencia y el Voltaje de Realimentación no pueden coincidir cuando el motor alcanza la corriente de Stall: El Voltaje del Motor deberá caer aun cuando el Operador tenga el Joystick en la Posición Full. Como no estamos en una condición de falla cuando el Voltaje de Referencia y el Voltaje de Realimentación no se cancelan al aproximarse el Motor a la condición de Stall, la salida indicadora de falla en el TP-7 es bloqueada por una puerta NAND cuando la salida registrada en el TP-11 es “0”; lo cual ocurre cuando la corriente de realimentación está próxima al límite de corriente. La salida en el TP-11 es un “1” durante el resto del tiempo que dure el ciclo de excavación cuando el motor no está en la proximidad de al corriente de Stall, y esta salida habilita a la puerta NAND de modo que esta salida es dependiente de la salida del TP-7. La salida del TP-11 es generada por la tarjeta Monitor usando el Voltaje de Referencia y el Voltaje de Realimentación, para producir este Límite de Corriente propio (Similar a la tarjeta Adapter). El límite de Corriente es comparado con la realimentación de corriente de Armadura, y la salida en el TP-11 es un “0” lógico cuando las señales son iguales (se cancelan) y un “1”ógico en cualquier otro caso. La salida de la puerta NAND, en el TP-14, es un “0” lógico solo cuando las dos entradas TP-7 y TP-11 son “1” lógico. La salida de l en el TP-18, es un “1” lógico cuando cualquiera de estas dos entradas, TP_13 y TP-14, son “0” lógico, indicando una salida de falla desde la puertas lógicas ya sea la TP-13 o la TP-14. La descripción

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anterior explica entonces como ocurre una indicación de falla en la salida en el TP-14, esto es si por ejemplo el Voltaje de Referencia y el de realimentación no coinciden. La segunda comparación que la Tarjeta Monitor hace, es entre la salida de la Tarjeta reguladora de Corriente (Señal Voltaje de Control = Vc) y el Voltaje de Realimentación. La señal Voltaje de Control de la Tarjeta Reguladora de Corriente es la señal final de Voltaje DC que determina cuando y donde, sobre la forma de onda AC, los SCR’s serán disparados para esto: * El Voltaje de Referencia ha sido comparado con el Voltaje de Realimentación y si el motor no está a la velocidad requerida, una señal para adelantar el ángulo de disparo de los SCR’s (Referencia de Corriente) será generada. * La referencia de Corriente es comparada la Realimentación de corriente, si la corriente del motor es menor que la corriente solicitada, entonces la salida de la Tarjeta Reguladora de Corriente (Voltaje de Control) se incrementará para disparar a los SCR’s mas temprano, hasta que la salida de los SCR’s; esto es el voltaje del motor y la corriente de realimentación negativa, canceles sus respectivas entradas de referencia; lo cual indicará que la salida del motor ha alcanzado el punto que había sido requerido. Como el Voltaje de Control es una salida que puede variar dentro de los límites de Corriente permitidos, será proporcional al Voltaje de Realimentación. En el circuito de comparación previo, como el Voltaje de Referencia está adelantado puede haber sido recortado por los límites de corriente y el Voltaje de realimentación puede no coincidir con el Voltaje de Referencia. La señal de salida Voltaje de Control de la Tarjeta Reguladora de Corriente , puede también estar recortada debido a los límites de corriente sin embargo será proporcional al Voltaje de Realimentación. En el circuito previo, si la realimentación del Voltaje del motor se perdiera, entonces se tendría un voltaje de realimentación no positivo que daría una indicación de falla. El segundo circuito compara el Voltaje de Control con el Voltaje de Realimentación e indicará una falla si el Voltaje de Realimentación disminuye por debajo del valor del Voltaje de Control. La exepción en esta comparación, se produce a bajas corrientes, por ejemplo, cuando la corriente es discontinua o pulsante, el Voltaje de Control y el Voltaje de Realimentación no pueden ser proporcionales; en consecuencia la salida indicadora de falla será bloqueada para bajas corrientes. Siempre habrá un “0” lógico para bajas corrientes en la salida TP-19 y cambiará a “1” lógico cuando la corriente supere los 300 Amperios. Con un “1” en

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TP-19, la puerta NAND con su salida en el TP-13 estará desbloqueada y dependerá ahora de la entrada TP-12. Si el Voltaje de Control y el Voltaje de realimentación son proporcionales, la salida al TP-12 es “0”. Si el Voltaje de realimentación cae en una cierta cantidad por debajo del Voltaje de Control, la salida al TP-12 cambia a “1”. Si la puerta NAND cuya salida es el TP-13 tiene un “1” a la entrada desde el TP-19 y también tiene un “1” en la otra entrada desde el TP-12, entonces la salida de la puerta en el TP-13 cambiará a “0” y provocará que la siguiente puerta NAND cuya salida es el TP-18 cambiará a “1”, entonces después de un retardo de 1 segundo, se activará un transistor que pondrá la salida de la Tarjeta en el TP-1 a 0 Voltios indicando FALLA.

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6.4.- CIRCUITOS DE REGULACION En su forma mas genérica, es un conjunto de tarjetas que se encargan de procesar todas las señales que controlan a los convertidores de armadura y emitir una señal resultante cuya única función es variar el ángulo de disparo de los SCR’s del Convertidor que está trabajando, con el objeto de adaptar su salida a los requerimientos de trabajo del motor que está controlando. La Figura (6.4.1) muestra un diagrama de bloques de las tarjetas que conforman los Circuitos de Regulación y sus relaciones funcionales. De las Tarjetas de los Circuitos de Movimiento

Límite de Coriente 1 Límite de Coriente 2 Volt. de Referencia -10V a +10V

Vafb. -10V a +10V

Regulador de Voltage (Voltage Regulator)

Adv Rtd Adv = +4V Rtd = - 24 VDC

Señal Referencia de Control - 10V = Forward + 10V = Reverse

145° 10° -9V a +8V Voltaje de Control

Regulador de Corriente (Current Regulator)

Iref +/- 1V Realimentación de Corriente invertida Iref.sig.

Iafb. 0V a +10V

5V = Bloqueado 0V = Desbloqueado D/B Fwd Bridge

D/B FWD I = +10V

Circuito de Bloqueo (Blocking Circuit)

Amplificadora de Bloqueo D/B REV I = -4V

(Blocking Amplifier)

5V = Bloqueado 0V = Desbloqueado D/B Rev Bridge

Señal de Bloqueo del Diverter Señal de desbloqueo del C nvertidor de Armadura

Figura (6.4.1).- Tarjetas que conforman el Bloque de circuitos de regulación.

Estas procesan todas las señales de control para sacar una señal que controle el adelanto o retraso de los pulsos de disparo hacia los SCR’s del convertidor que en ese momento está trabajando ( señal “Voltaje de control”).

El grupo de Tarjetas que conforman los circuitos de regulación esta dado por las siguientes: Tarjeta Reguladora de Voltaje (Voltage Regulator) Tarjeta Reguladora de Corriente (Current Regulator) Tarjeta Bloqueadora de Circuitos (Blocking Circuit) Tarjeta Amplificadora de Bloqueo (Blocking Amplifier)    

El procesamiento de señales para determinar el ángulo de disparo de los SCR’s del convertidor que está trabajando y decidir cual convertidor trabajará es

Electricidad Mina

113

M.LLaguno

Electrotorque

gobernado por estas tarjetas, la función específica de cada una se puede describir como sigue: Tarjeta Reguladora de Voltaje (Voltage Regulator).- Compara el Voltaje de referencia “Vref” que llega de la Tarjeta Adaptadora de Movimiento (Adapter HC/P) con la señal de realimentación del Voltaje de Armadura “Vafb” y desarrolla una señal llamada Referencia de Corriente “Iref” la cual provee regulación de Voltaje de Armadura (Velocidad).

El término Referencia de Corriente que proviene de la comparación de dos señales de Voltaje; tiene por objeto fijar un punto de comparación con la segunda señal de realimentación que corresponde a la señal de realimentación de Corriente de de Armadura. La Figura (6.4.2) muestra el diagrama de una Tarjeta Reguladora de Voltaje (Voltage Regulator) tal como luce en los diagramas eléctricos de la Pala. 125 28 07B

QALB 214 Señal de habilitación controlada por la señal de Avance/Retardo de Fase

0V 06B

08B

9

08A

14

22B

15

No usado

100K

No usado

Entrada desde la Tarjeta Circuito de Bloqueo (Blocking Circuit)

GANANCI A

10K

06A

24B

24A

30K 18K 0V 18 100K

25A Voltaje de Referencia 25B

23B Referencia de fase señal de Voltaje de la Tarjeta Blocking Cicuit

05B Referencia de Corriente (Current Reference)

25MS

Vafb 17

16

11

100K 25MS

21

440K 25MS

+ 1 5 V 0V - 1 5 V

19 LIM "2"

100K 12MS

26

07A

0V

LIM "1"

0V

1 +15V -2 4V

20 4 -15V +11 -11 0V -24V

Referencia de Corriente Invertida (Inverted Current Reference)

2 03 04 3

0V 23A

29A

29B

27B

27A

05A

De la Tarjeta Adaptadora de Movimiento

22A

01

30

02

De la Tarjeta Adaptadora de Movimiento

Figura (6.4.2).- Diagrama circuital de la Tarjeta reguladora de Voltaje (Voltage

Regulator).

Electricidad Mina

114

M.LLaguno

Electrotorque

Tarjeta Reguladora de Corriente (Current Regulator).- Compara la señal de Referencia de Corriente “Iref”, desarrollada en la tarjeta Reguladora de Voltaje, con la señal de Realimentación de Corriente de Armadura “Iafb” y genera una señal de Voltaje de Control la cual gobernará la Corriente de Armadura (Torque).

La Figura (6.4.3) Muestra una tarjeta Reguladora de Corriente tal como aparece en el Plano de la Pala. +24V 129 28

Señal de Habilitación

YXR 104-2

07A

0V

07B 9

0V

18 Señal Avance/ Retardo de Fase

0V

No Usado

29 1K 10K

100K 24B

Referencia de Corriente 2 3A

0V

7

6

22

25 26A 26B

GANANCIA 17

21

102K 4 MS 2MS

06 + 15V

102K

Iafb

08

RESP. 10K +15V 11 2.7K

0V

2.2K K

0V

3 2

0V 2.7

LIM "2"

10

23B

Retardo de Fase Momentaneo

24A

2 7B

27 A

LIM "1" 04

2

03

-11 +11 -2 4V 01

- 15V 20

+15V

K

8

0V 1

3

4

-15V 0V - 24 V 30

02

Referencia de Corriente Invertida

Figura (6.4.3).- Tarjeta Reguladora de Corriente (Current Regulator)

Electricidad Mina

115

M.LLaguno

Voltaje de Control

Electrotorque

Tarjeta Circuito de Bloqueo (Blocking Circuit).- Esta tarjeta determina cual puente rectificador (Convertidor) conducirá y en qué momento este será energizado. La Figura (6.4.4) Muestra la Tarjeta de Circuito de Bloqueo (Blocking Circuit) tal como aparece en los diagramas esquemáticos de la Pala. Referencia de Corriente Invertida 113 Señal de Referencia de Fase

Vafb

07 9

21B 18

8

04B

Dirección Corriente de Armadura

15

27B 19 28

Referencia de Corriente

YXN 110

11

+15V K

0V

03

25B

8 2

Ref erencia d e Fase

Desbloqueo Puente Directo I

t

t 16 +15V

25A

Desbloqueo Puente Reverso I

14

t


1

23 1

04A

4 +15V

6 Referencia de Corriente +/- 1V

05 10 NIVEL DE CORRIENTE

t

08 7

Iafb

26

0V

+15V

0V

22

+ 1 5V

0V

06 2

20

3

13

t

1

-1 5 V

+15V

0V

-15V

- 2 4V

0V

-2 4 V

01

30

02

5

0V

Figura (6.4.4).- Tarjeta de Circuito de Bloqueo (Blocking Circuit), tal como aparece en los diagramas de la Pala.

Electricidad Mina

116

M.LLaguno

Retardo Momentaneo de Fase

Electrotorque

Tarjeta Amplificadora de Bloqueo (Blocking Amplifier).- Provee un control a relay con el objeto de tener un arranque y parada de la Pala secuencial o sistemático.

La Figura (6.4.5), muestra la Tarjeta Amplificadora de bloqueo tal como luce en el diagrama esquemático de la Pala. 117

YXN 109 Bloqueo desde e l Diverter 03

2

7

16

04

Desbloqueo del Puente Directo I

26

&

6

1

23

19 Desbloqueo del Puente Reverso I

05 29

&

Desbloqueo del Puente Reverso

4

0V

28 Desbloqueo del Convertidor de Armadura Señal del PLC

Desbloqueo del Puente Directo

22

25

8

K1

+24V

01 20

24

-24V

1

t

0V

30 10

13 -24V 27

21

02

08

Señal de Avance de fase hacia el PLC

Figura (6.4.5).- Diagrama circuital de la Tarjeta Amplificadora de Bloqueo (Blocking Amplifier).

La Tabla (6.4) muestra los niveles de voltaje de diferentes señales que se procesan en este grupo de tarjetas: Movimiento Izar

Corriente Límite 1 -2.6V

Corriente Límite 2 +5V a +10V

Referencia de Corriente -10V a +2.6V

Referencia de Corriente +/- 1V -11V a +3.6V

Empuje

-5V a -10V

+5V a +10V

-10V a +10V

-11V a +11V

Avance

-5V a -10V

+5V a +10V

-10V a +10V

-11V a +11V

Giro

0V a -10V

0V a +10V

-10V a +10V

-11V a +11V

Electricidad Mina

117

Referencia de Corriente Invertida 0V Directa -1V Reversa 0V Directa

-3.3V Reversa 0V Directa -3.3V Reversa 0V Directa

M.LLaguno

Electrotorque

-4V Reversa

Tabla (6.4).- Niveles de voltaje de las señales mas importantes que se procesan en las tarjetas de los circuitos de regulación.

6.5.- CIRCUITOS DE PULSOS DE CONTROL Los circuitos de Pulsos de control están compuestos por las tarjetas que se encargan de desarrollar los Sets de pulsos de disparo de 100KHz que hacia los SCR’s de los convertidores, haciendo para esto la comparación entre la señal de Voltaje de Control “Vcontrol” entregada por la tarjeta Reguladora de Corriente, con las señales hexafásicas de 5.2V de sincronismo ya procesadas, para determinar el ángulo de disparo. Las tarjetas y dispositivos que conforman los Circuitos de Pulsos de Control son: Tarjeta Generadora de Pulsos de Disparo (Firing Pulse Generator) Tarjeta Amplificadora de Pulsos de Disparo (Firing Pulse Amplifier) Transformadores de Pulsos (Pulse Transformers)   

La Figura (6.5.1) muestra el diagrama de bloques de las tarjetas que conforman estos circuitos y sus relaciones funcionales. Señal de Desbloqueo del Puente Directo (Deblock FWD Bridge)

Señal de Voltaje de Control Pulsos Básicos de Control de 100KHz

(Control Voltage)

6 5.2 VAC

Al Puente de SCR's Directo

Generadora de Pulsos de Disparo

Señal de Desbloqueo del Puente Reverso (Deblock RVS Bridge)

Electricidad Mina

Amplificadora de Pulsos de Disparo para el Puente Directo

118

Amplificadora de Pulsos de Disparo para el Puente Reverso

M.LLaguno

Al puente de SCR's Reverso

Electrotorque

Figura (6.5.1).- Tarjetas que conforman los Circuitos de Pulsos de Control y sus relaciones funcionales. Tarjeta Generadora de Pulsos de Disparo (Firing Pulse Generator).- Desarrolla el Set básico de 6 pulsos de control a 100KHz. Para esto compara la señal de Voltaje de control con la señal de sincronismo hexafásica de 5.2 VAC.

La Figura (6.5.2) muestra el diagrama circuital de una tarjeta Generadora de Pulsos de Disparo típica 137

YXU 139B Vc1 1

10

B1

11 Control de Voltaje

+15V 100KHZ

08 Vc2

25

+15V

2

x3 28

9

B2

x5

07

29

Vc3

x1 27

+15V

3

12

8

B3

22A

06 Vc4 +7V

-7V x6 x2

CCOM

26 24

Vc5

23

5

2

+7V

05

+15V

Reverso

5 04

Vc6

+15V 1

6

B5

21A

Not Used

4 B4

x4

+15V

Pulsos básicos de Control hacia las tarjetas Amplificadoras de Pulsos de los puentes Directo y

+7V

+15V

6

4

B6

22B

03 +15V CCOM

3

+7V

16

21B

+ 7V

+15 V 01

13 0

+15V

0 30

20 -7V

-24V

02

Figura (6.5.2).- Diagrama circuital de una Tarjeta Generadora de Pulsos de Disparo.

Nótese que x1, x2, …, x6; corresponden a las entradas de sincronismo hexafásicas. La señal Voltaje de control es la que se comparará con las rampas

Electricidad Mina

119

M.LLaguno

Electrotorque

generadas con la señal hexafásica y determinará el punto a partir del cual aparece el pulso de disparo. Tarjeta Amplificadora de Pulsos de Disparo (Firing Pulse Amplifier).- Amplifica los pulsos básicos de 100 KHz, dándoles la suficiente amplitud y corriente para manejar a los transformadores de pulsos. La Figura (6.5.3) muestra una tarjeta Amplificadora de Pulsos de Disparo de acuerdo a como aparece en los diagramas esquemáticos de la Pala, las salidas de esta tarjeta de 0nectan a los transformadores de pulsos. 145

YXU 126 -2

01A

+42V

04A

12

0V

03A

04B &

2

3

06B

&

05B

06A

5

4 0V

07B

Pulsos básicos de Control desde las Tarjetas Generadoras de Pulsos de Disparo

SCR1

08B

&

SCR2

07B 6

7

0V 21A

&

08A

SCR3

21B 13

14

0V 23A

22A

&

SCR4

22B 15

16

0V 25

&

23B

SCR5

24 19

17 0V

26

27

& 18

Señal de Bloqueo/ 29B Desbloqueo

&

+15V

0V

0V

+42V

+15V

29A

SCR6

28

10

11

01 B

20 30

1 05A

+42V

Figura (6.5.3).- Tarjeta Amplificadora de Pulsos de Disparo tal como se muestra en los diagramas esquemáticos de la Pala.

Finalmente, los transformadores de pulsos son los que están conectados físicamente a los SCR’s entre los Gate y Cátodos de ellos; su función primaria es proveer aislamiento entre el circuito de control y el circuito de potencia, con el objeto

Electricidad Mina

120

M.LLaguno

Electrotorque

de evitar que cualquier problema eléctrico relacionado en los circuitos de potencia, se refleje en los circuitos de control provocando daños catastróficos en estos. La Figura (6.5.4) muestra circuitalmente como están constituidos los transformadores de Pulsos y su conexión a los Gate y Cátodos de los SCR’s de un puente rectificador Trifásico, obsérvese que si la frecuencia de entrada al transformador de Pulsos es 100KHz, la frecuencia de los pulsos de disparo aplicados a los SCR’s es 200KHz. G SCR 1 K

G SCR 2 K

G SCR 3 K

Pulsos de Control

G

42V

SCR 4 K

G SCR 5 K

G SCR 6 K

Figura (6.5.4).- Transformadores de Pulsos y sus conexiones para un puente rectificador trifásico a SCR’s

Electricidad Mina

121

M.LLaguno

Electrotorque

La alimentación del primario de los transformadores de Pulsos es 42 VDC, tienen una red R-C de entrada con el objeto de limpiar la señal proveniente de las tarjetas Amplificadoras de Pulsos de Disparo y hacer abrupto el flanco de subida de los pulsos. En el secundario los Transformadores de Pulsos tienen diodos rectificadores con el objeto que la corriente que entra a los Gate de los SCR’s tenga una sola dirección de tal manera que la polarización Gate-Cátodo sea siempre positiva. La Figura (6.5.5) muestra un Transformador de Pulsos y las formas de onda vistas con osciloscopio en el primario y secundario del Transformador de Pulsos.

1

Amplificador de Pulsos de Disparo

g

K

2

Bloqueado = +42 VDC

0V CCOM

Pulsos de Control = Desbloqueado

0V CCOM

Pulsos de Disparo = Desbloqueado

0V CCOM

Figura (6.5.5).- Transformador de Pulsos y las formas de onda vistas con osciloscopio en el primario y secundario del Transformador. ADVERTENCIA.- Cuando conecte o desconecte transformadores de Pulsos a SCR’s o los terminales de comando de los SCR’s debe identificar correctamente los cables que van a los Gate y a los Cátodos. Una conexión equivocada traerá como

Electricidad Mina

122

M.LLaguno

Electrotorque

consecuencia el incorrecto funcionamiento de puente rectificador o el daño de los SCR’s.

Electricidad Mina

123

M.LLaguno

Grupo de Trajetas de Control de Armadura de IZAR (Hoist Armature Control Frame)

Realimentación de Voltaje de Armadura Señal de Avance/Retardo de Fase viene del PLC 51272 66023

8

Señal del Operador viene de un contact o del PLC 66024

10

Adaptadora 9

7 17

19

"I" Limit 1 Referencia de Voltaje


18

Voltage 11 Reg.

18

Current Reg.

7

17

"I" Limit 2

6

1 0 9

10 17

8

Modo Izar/Avance viene del PLC 51121

Voltaje de Control

6

60 VAC

7

11

8

Blocking Referencia de Corriente ± 1 6 Circuit 9 V 16

Firing Pulse Gen.

Booster Circuit

Referencia de

15

15

Corriente Invertida

13

Firing 4 Pulse 5 Amp. 13

7 14 16 19

11

2

5


16

16

Desbloqueo Puente Directo 2

Desbloqueo de Convertidor de Armadura viene de l PLC 51041

13

Blocking Amplifier

11 1

Señal de Bloqueo del Diverter 08291 7

Desbloqueo Puente inverso

6

2


7 16 19

1

Señal de Falla Pérdida de Contro l de Izar Entrada al PLC 34402

Forwar d Bridge Control Pulses

17 11

Firing Pulse Gen.

+42 V

15

4

3 7

Control Monitor

1

5

5

Señal del Operador 66024

Realimentación de Corriente de Ar madura 66021 Voltaje de Control


15

3

14

5

Señal Avance/Retardo de Fase va al PLC 49041 5.2V 60 VAC

Realimentación Voltaje de Armadura 66023

1 0 9 8

+24 V 21

+42 V

17

VCTL 2 11

19

1

3

19

Desbloqueo Corriente Inversa


15 17

11

7 14 VCTL 1

Desbloqueo Corriente Directa

2

5

5 4

Realimentación de Corriente de Armadura 66021

3

14 16 19

1

+42 V

Firin 2 4 g Puls 5 e 13 Amp.


15 17

11

1

+42 V

Crupo de Tarjetas de Control de Armadura de Empuje/Avance (Crowd/Propel Armature Control Frame)

Señal de Avance/Retardo de Fase viene del PLC 51312

Realimentac ión Voltaje de Armadura 12372

"I" Limit 1 8

Señal del Operador viene de un contacto del PLC 66024 Realiment ación de Corriente de Armadura 08351

Adapter Circuit

Voltage Reference

Current Reference 17

"I" Limit 2 14

17

18

18

10 9

7

11

7

Voltage Regulator

6

Current Regulator

19

Propel Input

Control Voltage

10

Current Reference ±1V

Armature Voltage Feedback

3

10 11 Firing Pulse Generator

60 VAC 6

7

9 8

Firing Pulse

7

Amplifier

2 4 Forward Bridge Control Pulses

5

14 16

13

19

15 17

6 5

8

5

11

1

+42 V D.C.

4 Blocking Circuit

16

Inverted Current Reference

9

0 V CCOM

3

15

Deblock Reverse Current

Deblock Forward Current

3 5 7 14 16

19

19

16 2

13 Deblock Armature Converter

1 Diverter Gate Block 7

Deblock Reverse Bridge

Phase Advance to PLC input

+24 V 21

2 4

Forward Bridge Control Pulses

5 13 15 17

Deblock Forw ard Bridge 11

Blocking Amplifier

Firing Pulse Amplifier

1

+42 V D.C.

Electrotorque

Grupo de Tarjetas de Control de Armadura de Giro Swing Armature Control Frame Phase Advance / Phase Retard from PLC Output

Armature Volta ge Feed back

Holst la F.B. Crowd la F.B. Operator Signal Swing Va F.B. Swing Ia Direction + 24 V

"I" Limit 1

8 10 19

Adapter Circuit

9

Voltage Reference

16

18

18

10

11

Current Reference

Voltage Regulator

17

"I" Limit 2

7

Current Regulator

6

19

Control Voltage

10

14

PRC1

Current Reference ±1V

Armature Voltage Feedback

3 5 7 10 11

60 VAC

6

7

Firing Pulse Generator

8


2 4 5

9

14 16

13

8

19

15


17

6 11

5

1

+42 V D.C.

4

Blocking Circuit

16

19

7

3 5 7 14 16 19

16

Deblock Reverse Bridge Phase Advance to PLC input

+24 V 21

Electricidad Mina

126


2 4 5 13


15 17

Deblock Forward Bridge 11

Blocking Amplifier 1

Diverter Gate Block

3

Deblock Forward Current

2

Deblock Armature Converter

0 V CCOM

15

Deblock Reverse Current

13

Inverted Current Reference

9

M.LLaguno

1

+42 V D.C.

Cuestionario (6) 1. Cual es la función de la señal avance/retardo de fase del bloque de tarjetas de control de armadura. 2. Cual es la función del Bloque de Tarjetas de Circuitos de movimiento. 3. Cual es la función del Bloque de Tarjetas de Circuitos de Regulación. 4. Cual es la función del Bloque de Tarjetas de Circuitos de Pulsos de Control. 5. Cual es la función de la Tarjeta Adaptadora de Movimiento. 6. Cual es la función de la Tarjeta Monitor de Control. 7. Cual es la función de la Tarjeta Reguladora de Voltaje. 8. Cual es la función de la Tarjeta Reguladora de Corriente. 9. Cual es la función de la Tarjeta Circuito de Bloqueo 10. Cual es la función de la Tarjeta Amplificadora de Bloqueo. 11. Cual es la función de la Tarjeta Generadora de Pulsos de Disparo. 12. Cual es la función de la Tarjeta Amplificadora de Pulsos de Disparo. 13. Cual es la función de los Transformadores de pulsos. 14. Cuales son las señales analógicas que recibe el conjunto de tarjetas de control de Armadura. 15. Cuales son las señales digitales que recibe el conjunto de Tarjetas de Control de Armadura.

Electrotorque

CAPITULO VII CONTROL DE CAMPO Tan igual como existe un control electrónico para regular la corriente y el voltaje de Armadura de los Motores DC de la Pala, el Electrotorque tiene un grupo de tarjetas electrónicas que se encargan de regular la corriente de Campo de los Motores DC, de tal modo que sea constante y circule en una sola dirección por las bobinas. Cuando la Pala es arrancada y los frenos son liberados, los convertidores de los movimientos cuyos frenos fueron liberados, son inmediatamente energizados y los pulsos de disparo son enviados por las tarjetas de control de campo en un ángulo de disparo tal que la corriente alcance el nivel previamente regulado. La Figura (7.1) muestra un diagrama de bloques del funcionamiento de los circuitos de control de Campo. If Convertidor o Semiconvertidor de Campo

3 Fases 180 VAC o 120 VAC

Campo del Motor

Transductor, desarrolla una señal AC "Isig" proporcional a la corriente de campo

Pulsos de disparo a los SCR's

Circuito de Convierte la señal AC "Isig" Realimentación de en una señal de Voltaje DC Corriente de Campo

Señal de referencia DC Grupo de Tarjetas de Control de Campo

Realimentación de corriente de Campo 0V hasta + 10VDC CCOM

Figura (7.1).- Circuitos de Control de Campo

Para determinar el ángulo de disparo de los SCR’s de los Convertidores o Semiconvertidores, el sistema usa la comparación de dos señales; compara la señal de Referencia de corriente, que es un voltaje DC que se calibra de acuerdo al

Electricidad Mina

128

M.LLaguno

Electrotorque

procedimiento suministrado por el fabricante, con la señal de realimentación de corriente de Campo “Iffb”, la diferencia que es la señal de error resultante, determina el ángulo de disparo de los SCR’s.



 

En resumen, las funciones del sistema de control de Campo son: Generar los pulsos de disparo a los SCR’s de los convertidores o semiconvertidores de campo. Proveer regulación de corriente de Campo Proveer de un control a relay durante el arranque y la parada de la Pala.

7.1.- Realimentación de Corriente de Campo El circuito de realimentación de corriente de campo usa un transductor especial basado en el principio del reactor saturable.

(A).- Fundamento Teórico La Saturación magnética, es un fenómeno físico que se presenta cuando al ir incrementando la intensidad de campo magnético “H” para un núcleo ferroso, la densidad de campo magnético “B” aumenta hasta un valor, a partir del cual permanece constante por mas que aumentemos la intensidad “H”. A este punto, donde la densidad de flujo “B” y por lo tanto el flujo magnético “u” encerrado en el núcleo, permanecen constantes, se llama punto de saturación. La Figura (7.2) muestra una típica curva de Magnetización para un determinado material ferromagnético.

Figura (7.2) .-

Curva de Magnetización de cierto Material Ferromagnético. Las características mas importantes de esta curva son:

Electricidad Mina

129

M.LLaguno

Electrotorque

1. Cuando un núcleo se satura, el flujo magnético encerrado en el interior de el se hace constante. 2. El área encerrada en la curva de magnetización, puede considerarse como pérdidas y son irrecuperables, dependen exclusivamente de las características del núcleo usado. Sea el transformador mostrado en la Figura (7.3) al que llamaremos REACTOR SATURABLE.

Figura (7.3).- Reactor Saturable elemental con sus respectivos componentes

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

(B).- Transductor de Corriente a Reactor Saturable La figura (7.4) muestra un Transductor de corriente a reactor saturable trabajando en un circuito de realimentación de corriente de Campo. El transductor mostrado, consta de dos reactores saturables que trabajan en contrafase por efecto de la alimentación de corriente alterna que reciben y la polaridad como están conectados; esto quiere decir que mientras uno entra en saturación, permanece en ese estado mientras dura todo el semiciclo de alimentación orientado con su polaridad, y el otro entra en saturación hasta un punto en el cual la corriente que circula por su bobinado, es limitada por efecto de la resta de campos magnéticos que hay entre los producidos por la corriente de campo del motor “If” y la corriente alterna que circula por la bobina del reactor. Supongamos que el reactor (1) se cortocircuita con los semiciclos positivos y el reactor (2) con los negativos.

Electricidad Mina

130

M.LLaguno

Electrotorque

3 3

180 VAC O 120VAC

Convertidor o Semiconvertidor de Campo

Transductor 1

CAMPO DEL MOTOR

2

If 120VAC desde los Transformadores de Ali men tac ión de los Transductores

Circuito de Realimentación de Corrriente

If f b

C CO M

Figura (7.4).- Transductor de corriente a reactor saturable en un circuito de realimentación de corriente de Campo

Cuando circula una corriente de Campo “If” determinada, ambos reactores, (1) y (2) entran en saturación; sin embargo cuando la tensión de alimentación está en el semiciclo reactor (1)enpermanece en cortocircuito el semiciclo y elpositivo, reactor (2)elpermanece estado de saturación hasta eldurante punto entodo el que se anulan los campos magnéticos producidos por “If” y por la tensión alterna de entrada, en ese momento la corriente se hace constante y no crece mas (No puede seguir el desarrollo de la tensión). Si la corriente de campo “If” aumenta, el punto de cancelación de campos es mas alto y si disminuye, el punto es mas bajo. Por lo tanto. El valor promedio de la corriente que sale del reactor es proporcional a la corriente que circula por el campo. Cuando el semiciclo es negativo, el reactor (2) permanece en cortocircuito durante todo el semiciclo y es el reactor (1) el que entra a trabajar ahora del mismo modo que fue descrito anteriormente para el reactor (2).

Electricidad Mina

131

M.LLaguno

Electrotorque

7.2.- Circuito de Realimentación de Corriente de Campo El circuito de realimentación de Corriente de Campo, tiene por funciones las siguientes: Proveer un voltaje DC que es proporcional a la corriente de Campo Aislar los circuitos de control del circuito de Campo del motor Proveer información de nivel de corriente de Campo.   

La Figura (7.5) muestra el circuito de Realimentación de Campo de los motores de la Pala 4100A. Transductor, cumple la misma función de un Transformador de corriente. Teórico: 1000/1 Efectivo: 250/1

120 VAC desde el transformador de alimentación del Transductor

Varistores

MFR

Relay de Campo mínimo, asegura la presencia de corriente de campo antes de energizar la armadura

IfF.B.

Al panel del medidor (meter)

CCOM

Figura (7.5).- Circuito de Realimentación de Corriente de Campo.

Electricidad Mina

132

M.LLaguno

Electrotorque

7.3.- Diagrama de Bloques del Control del Campo de Izar El control del campo de Izar tiene la particularidad de poner dos niveles de corriente a los campos de los motores de Izar de acuerdo al cuadrante donde se encuentren trabajando en ese momento. Los campos de los motores de Izar pueden estar en la condición de Campo débil o Campo fuerte. La figura (7.6) muestra el diagrama de Bloques de las tarjetas de control de Campo de Izar. REALIMENTACION DE CORRIENTE DE CAMPO Iffb

Iafb

Vafb Ia Polarity

REFERENCIA DE CAMPO DE IZAR 13 12

REGULADORA DE CORRIENTE 6

16

7

18

17

VOLTAJE DE CONTROL

18

AVANCE/RETARDO DE FASE

6 FASES 5.2 VAC

GENERADORA DE PULSOS DE DISPARO 10 9 8 6 5 4

AMPLIFICADORA DE PULSOS 3 2 5 AMPLIFICADOR4 DE 7 6 PULSO 13 14 16 15 19 17

Pulsos de disparo

Figura (7.6).- Diagrama de bloques de las tarjetas de Control del Campo de Izar

Cuando la pala es arrancada y el freno de Izar es liberado, aparece la señal “Ia Polarity”, que es una señal de referencia que puede tomar dos valores + 15V 0 - 15V según sea la dirección de giro de la armadura y es con la que se compara la señal de corriente de realimentación de Campo “Iffb”, la diferencia de estas dos srcina la señal Voltaje de Control “Vc” y determina el ángulo de disparo de los SCR’s del convertidor de campo. Sin embargo para determinar la condición del cuadrante en el que está trabajando el motor, recibe las señales Realimentación de que Voltaje de Armadura “Vafb” y realimentación de Corriente dede Armadura “Iafb”, las le dirán al control que el cucharón está descendiendo a máxima velocidad y vacío, lo cual permitirá al control que pase a la condición de campo débil.

Electricidad Mina

133

M.LLaguno

Electrotorque

7.3.1.- Tarjeta Referencia de Campo de Izar (Hoist Field Reference) La Figura (7.7) muestra el diagrama de P&H de la tarjeta de Referencia de Campo de Izar. 121 12

Vafb Ia Polarity

06

18

14

2

&

12

1 Ganancia

22

t 6

1

13

0V

10

1

Iafb

HFR-103

-15V

4

K 0

100K 0

& 1

8

24

S

Q 3

R

Q

11

16 t

Referencia Corriente de

28

0V

&

+15V

7

1 01

0V

-1 5V

20 19 02 02

Figura (7.7).- Tarjeta Referencia de Campo de Izar

Esta tarjeta pone la señal de referencia de corriente “Iref” como resultado de la Combinación o comparación de las tres señales de entrada: “Vafb”, “Iafb” y “Ia Polarity”, pudiendo tener esta señal de referencia dos niveles: - 10V para campo fuerte y - 3.6V para campo débil.

7.3.2.- Tarjeta Reguladora de Corriente (Current Regulator) La tarjeta Reguladora de corriente recibe la señal de Referencia de Corriente “Iref” y la compara con la señal de realimentación de corriente de Campo “Iffb”, sacando como resultado la señal de Voltaje de Control “Vc”, la que determina el ángulo de disparo de los SCR’s del convertidor de Campo de Izar. +15V 129 28

Referencia de Campo +15 V

07A

0V

07B

Avance/Retardo de Fase

9

0V

18

0V 05 +15V 11

29 2.7K

24B

23A

Iffb

7

6

102K 4MS 2MS 102K

21 06

+ 1 5V 2.2K

22

25 26A 26B

1K 10K 0V GANANCIA 17

100K


08

10K

0V k

0V

3

3

1

2

0V K .7 2

23B

24A

LIM "2" 27B

27A

LIM "1" 04

Voltaje de Control

- 15 V 20

4

+15V 0V -15V -11 +11 + 2 4 V 0 V -24V

2

10

10

0V

03

01

30

02

Figura (7.8).- Tarjeta Reguladora de Corriente del Campo de Izar.

Electricidad Mina

134

M.LLaguno

Electrotorque

7.3.3.- Tarjeta Generadora de Pulsos de Disparo (Firing Pulse Generator) Esta tarjeta recibe la señal de Voltaje de control “Vc” y la compara con las rampas de sincronismo generadas por la señal hexafásica de 5.2 VAC del transformador de sincronismo. El resultado son pulsos de ancho variable que determinan el ángulo de disparo de los SCR’s del convertidor. La Figura (7.9) muestra esta tarjeta con las señales de entrada y salida. 137

YXU 139B Vc1 1 Control de Voltaje

+15V 100KHZ 10

B1

11

08 Vc2

25

+15V

2

x3 28

9

B2

x5

07

29

Vc3

x1 27

+15V

3

12

8

B3

22A

06 Vc4 +7V

-7V x6 26 24

Vc5

23

5

6 05

x4 2

+7V

21A

1

5 04

Vc6 +7V

Pulsos de Control básicos para la Tarjeta Amplificadora de Pulsos

+15V

B5

+15V Not Used

4 B4 B4

x2

CCOM

+15V

+15V

6

4

B6

22B

03 +15V CCOM

3

16

+7V

21B

+7V

+1 5 V 01

13 0

+15V

0 30

20

-7V + 7 V- 7 V

-24V

02

+ 15 V

Figura (7.9).- Tarjeta Generadora de Pulsos de Disparo. Nota.- Esta tarjeta puede intercambiarse con las del mismo nombre de control de armadura por ser idénticas.

Electricidad Mina

135

M.LLaguno

Electrotorque

7.3.4.- Tarjeta Amplificadora de Pulsos de Disparo (Firing Pulse Amplifier) Esta tarjeta se encarga de dar los niveles adecuados de voltaje y corriente para disparar los Gate de los SCR’s del convertidor de campo de Izar. La Figura (7.10) muestra esta tarjeta. 145 YXU 126 -2 01A

+42V

04A

0V

12 03A

04B &

2

3

06B

&

05B 5

4

0V 07B

Pulsos básicos de Control desde las Tarjetas Generadoras de Pulsos de Disparo

SCR1

06A

08B

&

SCR2

07B 6

7

0V 21A

&

08A

SCR3

21B 14

13

0V

23A

&

22A

SCR4

22B 15

16

0V 25

& 23B

SCR5

24 19

17 0V

26

27

& 18

Señal de Bloqueo/ 29B Desbloqueo

28 &

+15V

0V

0V

+42V

+15V

29A

SCR6

10

11

01 B

20 30

1 05A

+42V

Figura (7.10).- Tarjeta Amplificadora de Pulsos de Disparo. Nota.- Esta tarjeta puede intercambiarse con las del mismo nombre de las tarjetas de control de armadura.

Electricidad Mina

136

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Electrotorque

7.4.- Diagrama de Bloques de las Tarjetas de control de Campo de Empuje/Avance y Giro Debido a que los campos de los Motores de Empuje, Avance y Giro usan Semiconvertidores, hay una enorme simplificación en cuanto al número de tarjetas de control que se usan para regular la corriente de Campo de estos Motores. Estos campos usan una tarjeta de control de Semiconvertidor para Giro y otra para Empuje/Avance y al final comparten la tarjeta amplificadora de Pulsos de disparo; esto debido a que la tarjeta amplificadora de Pulsos de disparo puede manejar 6 SCR’s y cada Semiconvertidor tiene 3 SCR’s. La figura (7.11) muestra el diagrama de bloques correspondiente. 3 12 VAC PULSOS DE CONTROL BASICOS CONTROL DE SEMICONVERTIDOR DE AVANCE/RETARDO DE FASE 07A

GIRO

SCR1

17

18

18

11

19

3

SELECCION REFERENCIA CAMPO DE GIRO 06B

SCR2

SEÑAL DE SINCRONISMO 28B

Iffb

2

SCR3

CCOM 20

PULSOS DE CONTROL BASICOS AVANCE/RETARDO DE FASE SEÑAL DE SINCRONISMO + 15 VDC REFERENCIA DE CAMPO SELECCION REFERENCIA CAMPO DE AVANCE

Iffb CCOM REALIMENTACION

Iafb de AVANCE

CONTROL DE 07A SEMICONVERTIDOR 28B 06A

DE

SCR1

17

2

18

10

19

12

EMPUJE Y AVANCE

06B

SCR2

2 20

SCR 3

05B

3 FASES 12 VAC

Figura (7.11).- Diagrama de Bloques de las Tarjetas de Control de Campo de Empuje/Avance y Giro.

Electricidad Mina

137

M.LLaguno

Electrotorque

7.4.1.- Tarjeta de Control de Semiconvertidor de Empuje/Avance La Figura (7.12) muestra esta tarjeta con sus correspondientes entradas y salidas. 153 YXU 721 28A

9

-

29A

+

MIN. -15V

+15V

REF.

+15V 17

& D

23A

Señal de sincronismo 28B

15 0V

+15V

Iafb de Avance

FLD. REF. 2

05B

PLL

+

MAX. REF. +15V

PULSOS

13 768

0V

0V 5

7

Selección Referencia Avance

0V

Iffb de Empuje/Avance CCOM

DISPARO

19

K1

22B

06A FLD. REF. 1

12

06B

Avance/Retardo de F ase de Empuje/Avance

22A

128

0V

Referencia de Campo +15 VDC

DE

18 6

07A

2

K1

+ 15V

+15V

0V

- 15 V 20

05A 04A

0V 01

02

30

Figura (7.12).- Tarjeta de Control de Semiconvertidor de Empuje/Avance

7.4.2.- Tarjeta de Control de Semiconvertidor de Giro La Figura (7.13) muestra esta Tarjeta con sus entradas y salidas correspondientes. 153 YXU 721 28A

9

-

29A

+

MIN. -15V

REF.

+15V 17

&

+15V

D 23A

Señal de sincronismo 28B

15 0V

+15V 05B

+

MAX.

FLD. REF. 2

13 PLL

PULSOS 768

REF. +15V

DE 0V

0V 5

18

7

0V

Avance/Retardo de Fase

CCOM

19

K1

22B

06A FLD. REF. 1

12

06B K1

Iffb de Giro

22A

128

0V

Selec. Ref. Campo de Giro

DISPARO

6

07A

2

+ 15V

+15V

0V

- 1 5V 20

05A 04A

0V 01

30

02

Figura (7.13).- Tarjeta de Control de Semiconvertidor de Giro.

Electricidad Mina

138

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Electrotorque

7.4.3.- Tarjeta Amplificadora de Pulsos La Figura (7.14) muestra esta tarjeta. 157 24B

3 12VAC

Y XU 703

12V A +15V 12V B

+V 1

25B 25A

3

06B

12VAC

06A

-V1 12V -15V C 12V A +15V 12V B

+V2 -V2

12V -15V C 07B +15V

+V1

+15V

+V1

18

G 23B

28B

SCR1 K

11

G 07A

+15V

+V1

SCR2

22A

K

3

G 03B

21A

SCR3

-V1 28A +15V

+V2

+15V

+V2

K

2

G 03A

04A

SCR1 K

10

G 29B

+15V

+V2

05A

SCR2 K

12

G 29A

08A +15V

01A

SCR3

-V2 04B

K

Figura (7.14).- Tarjeta Amplificadora de Pulsos

Esta tarjeta tiene salida con optoacopladores, es posible que se dañen en alguna oportunidad.

Electricidad Mina

139

M.LLaguno

Electrotorque

Cuestionario (7) 1. 2. 3. 4.

Por que es importante controlar el Campo en un Motor DC. Como funciona el Transductor de corriente a reactor saturable. Cual es la diferencia entre un Convertidor y un Semiconvertidor. Explique En el circuito de Realimentación de Corriente de Campo de la Figura (7.5), explique que pasará en el sistema, si se abre un diodo del puente rectificador. (Suponga que el motor está trabajando). 5. Cual es la función de los varistores en la Figura (7.5). 6. Cual es la función de la Tarjeta Referencia del Campo de Izar. 7. Cual es la función de la Tarjeta Reguladora de Corriente. 8. Cual es la función de la Tarjeta Generadora de Pulsos de disparo. 9. Cual es la función de la Tarjeta Amplificadora de Pulsos. 10. Si en la Tarjeta Amplificadora de Pulsos la salida de un Optoacoplador se cortocircuita, que ocurre.

Electricidad Mina

140

M.LLaguno

Electrotorque

CAPITULO VIII COMPENSACION DE POTENCIA REACTIVA Desde que la Pala 4100A usa convertidores para variar la corriente que circula por los Motores DC, estos por su propia naturaleza, introducen una componente reactiva de corriente; debido al retraso existente con respecto al voltaje por el ángulo de disparo de los SCR’s que se usan.

8.1.- Introducción La Figura (8.1) muestra un convertidor de armadura conectado con un Bloque de Compensación de Potencia Reactiva en su entrada. Ia

+ 3 600


Va

VAC -

CAPACITORES RPC

Figura (8.1).- Diagrama de Bloques de Un convertidor de Armadura con un sistema de Compensación de Potencia Reactiva (RPC).

Cuando los Switches están abiertos, la potencia eléctrica que consume el sistema está integrada por dos componentes: 1. Una componente activa, que es la potencia útil que hace el trabajo de mover la armadura del Motor DC llamada Potencia Activa. 2. Una componente reactiva, que es la potencia consumida por el sistema debido al retraso de la corriente con respecto a la tensión de entrada; producido por el ángulo de conducción de los SCR’s del Convertidor. Esta potencia no hace trabajo útil y constituye una pérdida. Para tratar de eliminar la Potencia reactiva consumida por el sistema, se adiciona un bloque compensador, el cual no es otra cosa que uno, o mas bancos de

Electricidad Mina

141

M.LLaguno

Electrotorque

condensadores que debido a su característica, de adelantar la corriente respecto al voltaje, reducirá la potencia reactiva total que consume el sistema. El triángulo de potencias que se muestra a continuación ilustra el caso del Switch de conmutación del RPC abierto. Switch Abierto

1500 KVA 900 KVARS (L)

1200 KW K Watts PF = K Volts Amps

=

1200 1500

= .8

La potencia aparente es medida en Volamperes (VA), la Potencia activa es medida en Vatios (W) y la Potencia reactiva es medida en Vars (VARS). El factor de potencia (PF) es el porcentaje de potencia reactiva respecto a la potencia aparente. Cuando el Switch se cierra, los condensadores del RPC trabajan e introducen una componente reactiva también pero en adelanto, que se resta a la componente reactiva en retraso, anulando (haciendo la potencia reactiva total consumida por el sistema. Esto puede observarse en elcero) diagrama de fasores siguiente. Switch Cerrado

900KVAR (L)

1200KW 1200KVA

900KVAR (C)

K Watts PF = K Volts Amps =

Electricidad Mina

1200 1200

142

=1

M.LLaguno

Electrotorque

La ventaja de introducir un sistema de compensación de potencia reactiva, está en lo siguiente: 1. El factor de potencia (PF) se acerca a uno (1), es decir la carga se comporta como si fuera puramente resistiva. 2. La corriente total disminuye y por lo tanto el conductor puede ser de menor calibre. 3. Disminuye la contribución de energía reactiva de la máquina al sistema de distribución Eléctrico.

8.2.- Diagrama Unifilar del sistema de Compensación de Potencia Reactiva de la Pala 4100A La Figura (8.2), muestra el diagrama Unifilar del sistema RPC de la Pala 4100A. Transformador Principal

MS11, MS12, MS13

MS21, MS22, MS23

1/2 Banco

Banco 1

Cuadro de Control del RPC

B2a nc o

B3a nc o Señal RPC

Transductor KVAR 115 VAC

Convertidor de Armadura de Izar y Avance/Empuje

Convertidor de Armadura de Giro y Avance/Izar

Electricidad Mina

115 VAC

143

M.LLaguno

Electrotorque

Figura (8.2).- Diagrama Unifilar del RPC de la Pala 4100A El RPC tiene 3 bancos de 1,350 KVARS cada uno y un ½ banco de 675 KVARS; estos son conmutados en combinaciones de tal modo que cada incremento de 675 KVARS de potencia reactiva que genere la pala, sea compensado por la entrada o salida de bancos.

La siguiente Tabla muestra el orden de conmutación de los bancos del RPC acuerdo a la potencia Reactiva que genera la Pala.

ON 1/2 1 1, ½ 1, 2 1, 2, ½ 1, 2, 3 1, 2, 3, ½

CONMUTACION DE BANCOS DEL RPC OFF 1, 2, 3 ½, 2, 3 2,3 ½, 3 3 ½ -

KVARS > 675 > 1,350 > 2,025 > 2,700 > 3,375 > 4,050 > 4,725

8.3.- Diagrama del Banco #1 La Figura (8.3), muestra el diagrama del Banco #1, se observan 3 grupos de condensadores, uno por fase, que contribuyen cada uno con 450 KVARS. El sistema funciona de la siguiente manera: 1. Cuando no hay pulsos de disparo en los SCR’s enviados por el control del RPC, los condensadores de cada fase se cargan al valor de pico de la tensión alterna, durante el semiciclo positivo de la onda, por medio del diodo que está en antiparalelo con el SCR respectivo. Al llegar el semiciclo negativo, el diodo queda polarizado inversamente y es un circuito abierto por lo tanto no hay corriente circulando por los condensadores de cada fase. 2. Cuando el control del RPC empieza a trabajar, los pulsos de disparo deben llegar a los SCR’s con un ángulo de 90° debido a la necesidad de que el SCR respectivo, sea el que descargue al condensador una vez que se ha cargado a la tensión de pico de la onda alterna. Entonces los SCR’s conducirán desde 90° hasta 270° y los diodos desde 270° hasta los 90°.

Electricidad Mina

144

M.LLaguno

Electrotorque

3. Cuando el ángulo de disparo no está bien calibrado, se producirán cortocircuitos entre fases debido a la inapropiada conmutación de los SCR’s y finalmente tanto los SCR’s como otros componentes electrónicos de la pala sufrirán daños. A2 B2 C2 Tiristor controlado

Diodo para cargar condensadores

por el RPC

Braker RPC

150 KVARS

450KVARS

450KVARS

450KVARS

A2 B2 C2

Figura (8.3).- Diagrama del Banco #1

8.4.- Transductor de Potencia Reactiva La función de este dispositivo electrónico es determinar la cantidad de Potencia reactiva que está consumiendo el sistema, enviando una señal proporcional a esta a las tarjetas de control del RPC para determinar la cantidad de KVARS necesarios para compensarla. Como la potencia reactiva en una red trifásica viene dada por la fórmula siguiente: P = 1.73VIsen

donde: V=

Electricidad Mina

Tensión entre fases

145

M.LLaguno

Electrotorque

I= =

Corriente en la línea Angulo de fase entre la Tensión y la corriente también llamado factor de potencia (PF) El transductor sensa la tensión, corriente y el desfasaje existente entre la tensión y la corriente, entregando una señal proporcional al la fórmula anterior. La Figura (8.4) muestra el diagrama de este transductor. MS11 MS12

a los Convertidores de Armadura

MS13

230VAC

CS1 CS2

CS3

A

Trasductor de KVARS

C

Señal hacia el RPC

MS21 MS22

a los Convertidores de Armadura

MS23

Figura (8.4).- Transductor de Potencia Reactiva

El transductor proporciona una señal proporcional a la Potencia Reactiva que varía entre 0 y 0.1 VDC y la envía a la Tarjeta amplificadora de medición del control del RPC.

Electricidad Mina

146

M.LLaguno

Electrotorque

8.5.- Diagrama de Bloques del Control del RPC El control del RPC, tiene 3 bloques que cumplen cada uno con una función determinada y cada bloque representa una tarjeta electrónica dentro del sistema. La Figura (8.5) muestra el diagrama de bloques del control. ON = 15VDC 0FF = 0VDC Detector de Nivel #1

3 5 8

Nivel 1

04A

Nivel 2

07A

Nivel 3

27B

Circuito de Interface 9 2

Amplificador de medición X 100 11 13

Señal Amplificada 0 a +10VDC

9

17

11 13

3 17 Detector de Nivel #2

Nivel 4

06B

Nivel 5

26B

1

Nivel 6

23A

8

Nivel 7

06A

Banco 1/2 Banco 1

Banco 2 Banco 3

05B

Nivel 8 5

siempre bajo

Figura (8.5).- Diagrama de Bloques del control del RPC

El sistema funciona de la siguiente manera: 1. La señal del Transductor de Potencia reactiva ingresa por el pin 11 de la tarjeta Amplificadora de medición y es amplificada por 100 veces, la señal de salida que varia entre 0 y + 10VDC ingresa a las tarjetas detectoras de nivel. 2. Las tarjetas detectoras de nivel, a través de una calibración de niveles, compara los niveles calibrados con el valor instantáneo de la señal amplificada y saca un “1” lógico (+ 15 VDC) por una de las salidas de nivel que van, del uno (1) al siete ( 7).

Electricidad Mina

147

M.LLaguno

Electrotorque

3. Dependiendo de la salida de nivel que se ha activado, la tarjeta de Interface, determina que Bancos son conmutados en ese instante de acuerdo a la lógica diseñada por sus circuitos internos y que está en relación con el nivel de Potencia Reactiva que debe ser compensado.

8.6.- Tarjeta Amplificadora de Medición La Figura (8.6) muestra el diagrama de la Tarjeta amplificadora de medición, como observamos está compuesta por dos pasos de amplificación. 121

YXQ 106

BALANCE

+15V

-15V

0V 94K

2.4MS

08 9 4K 21

Ganancia

2 .4 M S

100K 4.7MS 13

11 1.2K 111

07 100K

122K 33MS

0V +15V

22

0V

10

24

-1 5 V 26

100K

15

23 01

30

02

Figura (8.6).- Tarjeta Amplificadora de Medición

Electricidad Mina

148

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Electrotorque

8.7.- Tarjeta Detectora de Nivel La Figura (8.7) muestra el diagrama de la Tarjeta detectora de nivel, aquí puede observarse que está formada por 6 comparadores, cada comparador debe ser calibrado de acuerdo a los valores suministrados por el fabricante. +15V

YXQ 105-5 HYST. 1

NIVEL 1

3

0V t +15V

03 HYST. 2

NIVEL 2

& 1

04 5

0V t +15V

07

8

0V

19

t

Señal Amplificada del RPC

NIVEL 2

HYST. 3

NIVEL 3

18 26

NIVEL 1

7

+15V

27 17

08 HYST. 4 &

NIVEL 4

28

1

21 9

0V +15V

NIVEL 3

10

t

22

NIVEL 4

HYST.5 20 30 02 1 01

NIVEL 5 15

0V -15V +15V

11

0V t +15V

23

NIVEL 6

NIVEL 5

16

HYST. 6 1

&

24 13

0V t

25A

NIVEL 6

Figura (8.7).- Tarjeta Detectora de Nivel

Electricidad Mina

149

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Electrotorque

8.8.- Tarjeta de Interface La tarjeta de Interface, que se encarga de decidir que bancos serán conmutados en un instante determinado, es mostrada en la Figura (8.7) 133 Nivel 1 Nivel 2

1

04A

9

&

>

1

07A

RPC1 - 101

& 2

1 Nivel 3 Nivel 4

1

27B

Nivel 6

1

26B

Nivel 8

1

06A

Nivel 10

&

1

24B

10

1 Nivel 11 Nivel 12

Banco 3

07B

1

05A

08B

3

1 Nivel 9

Banco 2

&

1

05B

03B

8

1 Nivel 7

Banco 1

&

1

23A

04B

1

1 Nivel 5

½ Banco

&

1

06B

25B

22B

1

24A

1

23B

21B 4

01

+ 24V

+24V

+ 15 V

+15V

>

VR COM

29B 0V

20 30

Electricidad Mina

0V

150

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Electrotorque

Figura (8.8).- Tarjeta de Interface

8.9.- Módulos de Disparo del RPC Los Módulos de Disparo del RPC, tienen por función enviar los pulsos de disparo a los SCR’s de cada Banco de acuerdo al nivel de Potencia Reactiva que existe en ese momento. Esto quiere decir que los módulos de disparo, reciben la señal de comando que llega desde de la tarjeta de Interface y sacan los pulsos de disparo hacia los SCR’s de los bancos que deben conmutar. La Figura (8.9) muestra el diagrama de estos módulos. +15VDC

+

120VAC -

L G

+ 120VAC -

+ 120VAC -

L

L

K

G

K

G

CCOM

K ½ BANCO

96K

96K

+15VDC

+ 120VAC -

+ 1 2 0 VA C -

+ 120VAC -

L

L

L

G

G

K

96 K

+15VDC

96K

K

G

96K

+

120VAC

-

L G

+

120VAC

+ 120VAC -

L

L G

-

K

G

120VAC

-

+

L G

K

9 6K

Electricidad Mina

K

CCOM

BANCO 2

96K

+

L

BANCO 1

+ 120VAC -

96K

+15VDC

K

96K

K

96K

CCOM

120VAC

-

CCOM

L G

K

G

9 6K

K

BANCO 3

96K

151

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Electrotorque

Figura (8.9).- Módulos de disparo del RPC

La señal de comando ingresa por la resistencia de 96K.

8.10.- Circuito de Disparo del RPC La Figura (8.10), muestra el diagrama de un módulo de disparo tal como luce en la Pala.

Figura (8.10).- Módulo de Disparo del RPC.

8.11.- Circuitos Indicadores de Funcionamiento del RPC Los circuitos indicadores son una herramienta valiosa para monitorear visualmente el funcionamiento automático del Sistema del RPC. El Voltaje a través de cada Banco de Condensadores que es conmutado, es aplicado a un circuito formado por una resistencia, un diodo rectificador y un diodo emisor de luz (LED); cada paso automático del RPC tiene tres bancos de condensadores. La Figura (8.11) muestra el indicador de funcionamiento de un banco

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152

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de condensadores para la fase A-B. La operación de este circuito puede describirse como sigue: 1. Las resistencias R5, R4 y R1 reducen el voltaje aplicado al circuito indicador 2. Cuando el diodo de fuerza conduce, el voltaje a través del banco de condensadores será tal, que la corriente fluya a través de R3, D2 y el LED2. El LED2 por lo tanto estará iluminado. 3. Cuando el SCR conduce, Los LEDs 1 y 2 serán iluminados en forma alternativa. Sin embargo, por efecto de la frecuencia de la línea de Voltaje AC, ambos LEDs aparecerán como si estuvieran continuamente iluminados.

FASE A-B

LED1

D1

R2

LED2

D2

R3

R1

A1 B1 C1 R4

R5

A1 B1 C1

Figura (8.11).- Circuito de Indicación de Funcionamiento del RPC.

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153

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8.12.- Indicadores del RPC La Tabla siguiente Muestra el significado de las luces de indicación del funcionamiento del RPC. = OFF = ON

MODO DE OPERACION

INDICACION DEL R.P.C. FASES A-B

15 SEGUNDOS DESPUES DE QUE LA MAQUINA HA ARRANCADO Y DURANTE LA ESPERA DE VOLQUETES

C-B

B-A

CONDICION

DESCRIPCION

NORMAL

LUCES AMARILLAS ENCENDIDAS. IMPORTANTE:SOLO UNA LUZ POR FASE DEBE ESTAR ENCENDIDA CAUSAS PROBABLES:

FALLA

CAUSAS PROBABLES:

FALLA

NORMAL CONDICION DE ROTOR BLOQUEADO EN IZAR, EMPUJE Y GIRO

NO CARGAN LOS CONDENSADORES LOS DIODOS DE POTENCIA NO CONDUCEN EL BREAKER ESTA ABIERTO UNO DE LOS DOS LEDS SOBRE LAS FASES EN CORTO. EL SCR DEL BANCO DE CONDENSADORES EN CORTO TODOS LOS BANCOS DE CONDENSADORES DEBEN ESTAR TRABAJANDO Y LAS 6 LUCES INDICADORAS DE CADA PASO DEBEN ESTAR ENCENDIDAS.

FALLA

TODOS O ALGUNOS DE LOS PASOS NO EST AN ENTRANDO A TRABAJAR. CAUSAS PROBABLES:

FALLA DEL TRANSDUCTOR O DE LAS TARJETAS. ROTOR BLOQUEADO CON POCA EXCITACION DE IZAR, EMPUJE Y GIRO

NORMAL

TODAS LAS LUCES INDICADORAS DEBEN ENCENDERSE CUANDO ENTRA A TRABAJAR UN PASO, SI NO VERIFIQUE LAS TARJETAS Y EL TRANSDUCTOR.

Cuestionario (8) 1. Explique el fundamento de la compensación de la Potencia Reactiva. 2. Cuantos KVARS tiene cada Banco del RPC. 3. Explique cual es la secuencia de conmutación de los Bancos del RPC de acuerdo con la potencia reactiva generada. 4. Si un SCR, de un Banco de RPC se cortocircuita, cual será la indicación del LED correspondiente. 5. Con qué ángulo de disparo son comandados los SCR’s del RPC. 6. Explique cual es la función del Transductor de Potencia Reactiva.

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7. Cual es la función de la Tarjeta Amplificadora de Medición. 8. Cual es la Función de la Tarjeta Detectora de Nivel. 9. Cual es la Función de La Tarjeta de Interface. 10. Cual es la función del Circuito indicador de funcionamiento del RPC. BIBLIOGRAFIA 1. Katsuhiko Ogata - Ingeniería de Control Moderna - Editorial Prentice Hall International. 2. Richard Dorf - Sistemas Automáticos de Control - Editorial Fondo Educativo Interamericano. 3. D. Halliday/R. Resnick - Física Parte II - Editorial Continental. 4. J. Reitz/F. Milford - Fundamentos de la Teoría Electromagnética. 5. A. Fitzgerald/CH. Kinsley/A. Kusko - Teoría y Análisis de las Máquinas Eléctricas - Editorial Hispano Europea. 6. Joseph Edminister - Circuitos Eléctricos - Colección Schawn - Editorial Mc Graw Hill - 1980. 7. Ernest Joerg - Electrónica Práctica - Editorial Mc Graw Hill - 1987. 8. H. Lilen - Tiristores y Triacs - Editorial Paraninfo - 1986. 9. Manual de Planos Eléctricos Pala 4100A - ES4157 - Harnishfeger 10. 780-A Electrotorque Air Cooled Series with PLC - Harnishfeger Institute. 11. Procedimientos de Calibración Pala 4100A Manual 3105 - Harnishfeger.

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Manual Sistema Electrotorque Pala Electrica Cable 4100a Pyh Conversion Motores Control

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