1) Objetivos:
* Informar adecuadamente la actividad desarrollada en este trabajo práctico.
* Conocer los principios de regulación de tensión.
* Conocer los distintos tipos de dispositivos y sus características.
* Conocer los modos de conexionado. Medir los límites operativos.
2) Contenidos:
Principios de regulación. Características del dispositivo. Análisis de parámetros de funcionamiento.
Introducción Teórica:
Regulador de Voltaje:
Un regulador de Voltaje (también llamado estabilizador de voltaje o acondicionador de voltaje) es un equipo eléctrico que acepta una tensión eléctrica de voltaje variable a la entrada, dentro de un parámetro predeterminado y mantiene a la salida una tensión constante (regulada).
Son diversos tipos de reguladores de voltaje, los más comunes son de dos tipos: para uso doméstico o industrial. Los primeros son utilizados en su mayoría para proteger equipo de cómputo, video, o electrodomésticos. Los segundos protegen instalaciones eléctricas completas, aparatos o equipo eléctrico sofisticado, fabricas, entre otros. El costo de un regulador de voltaje estará determinado en la mayoría de los casos por su calidad y vida útil en funcionamiento continuo.
Principios de Funcionamiento:
Existen diversos tipos de reguladores en el mercado, los cuales se clasifican de acuerdo al principio o tecnología de regulación que utilizan. Los más importantes son:
- Los reguladores electromecánicos basan su principio de funcionamiento en un auto transformador de columna, sobre la cual se dispone un cursor accionado por un servomotor, que en su recorrido suma o resta espiras. Este movimiento de auto ajuste es controlado por un comando electrónico, que se activa cada vez que la tensión de salida se desvía de su valor de calibración, ajustándose automáticamente y con ello mantiene permanentemente la tensión de salida estable. Las ventajas que ofrece este principio son que cuenta con una alta precisión (1,5%) y eficiencia del 99%, teniendo capacidad de sobrecarga de hasta 500% sin generación de contenido armónico, sin embargo aunque no genera ruido armónico tampoco lo elimina, es decir si la línea eléctrica comercial viene con armónicos el regulador también sacara a su salida dichos armónicos, otro punto a considerar es que son enfriados por aceite lo cual los hace más pesados y con el riesgo latente de fugas.Su vida útil estimada es mayor a 25 años en funcionamiento continuo a plena carga por su diseño, tecnología y robustez, sin embargo también está el riesgo latente de que la parte electrónica o servomotor se dañen con el tiempo lo cual se traduce en servicios de mantenimiento preventivo y/o correctivo.
- Los reguladores electrónicos basan su regulación en un control electrónico, pueden llevar microprocesador para regular o simplemente un circuito de control que detecta las variaciones del voltaje y hace la corrección a través de relevadores para regular la tensión. Su tiempo de respuesta y velocidad de regulación son muy rápidos además de ser económicos en comparación a los otros tipos. Los rangos de tensión de entrada son reducidos y la precisión de la tensión de salida es de +/- 3% a +/- 5%. Su diseño propicia que se desconecten para autoprotegerse en condiciones extremas de alta y baja tensión, son muy eficientes ya que mientras la línea comercial se encuentre normal dejan pasar el voltaje hacia la carga, solo se activa la regulación al momento de presentarse alguna anomalía, en la mayoría de los casos solo ofrecen regulación en la fase y no en la línea de neutro, se autoprotegen utilizando varistores a la salida para provocar un corto circuito y activar su fusible.
- Los reguladores ferroresonantesLa ferroresonancia es la propiedad del diseño de un transformador en el cual el transformador contiene dos patrones magnéticos separados con acoplamiento limitado entre ellos. La salida contiene un circuito resonante paralelo que toma su potencia del primario para reemplazar la potencia entregada a la carga. Hay que notar que la resonancia en la ferroresonancia es similar a aquella en los circuitos lineales con capacitores o inductores en serie o paralelo, en donde la impedancia tiene un pico a una frecuencia en particular. En un circuito no lineal, como el que se usa en los transformadores ferroresonantes, la resonancia se usa para reducir los cambios en el voltaje de alimentación para suministrar un voltaje más consistente en la carga.
Un dispositivo magnético es no lineal, su reluctancia cambia abruptamente arriba de una determinada densidad de flujo magnético, en este punto el dispositivo magnético se define que esta en saturación, el diseño de esta tecnología permite que un patron magnético (el patron resonante) este en saturación, mientras que el otro no lo esta. Como resultado un cambio de voltaje en el primario no se traducira en cambios de voltaje en el secundario y resulta en una regulación de voltaje.
Las ventajas son claras, regulación de entrada extrema, incluso puede operar a voltajes tan bajos como 55VCA y proporcionar 120VCA a la salida con regulación de +/-1% siempre que la carga no rebase el 60% de la capacidad nominal del regulador, trabajando a plena carga admite variaciones de entrada de hasta 85VCA.
Eliminación de ruido eléctrico, gracias a un devanado de neutralizacion de armónicos que ninguna otra tecnología incorpora proporcionando una salida prácticamente libre de estos. (máxima distorsión armónica total 3%).
Libre de mantenimiento y vida media de 30 años, esto debido a su gran robustez mecánica y a que no contiene elementos móviles en su interior como servomotores, motores, relevadores, circuitos de control etc. Es de estado solido y es enfriado por aire, no incorpora fusible de protección ya que el equipo es autoprotegido en caso de un corto circuito el equipo se inhibe y al retirar el CO vuelve a operar normalmente en forma automática.
Beneficios de contar con un Regulador de Voltaje:
- Funcionamiento permanente y seguro de todos sus equipos, las variaciones de voltaje de la red eléctrica no afectarán el funcionamiento, la calidad de sus procesos y tiempo de fabricación.
- Eliminar los recursos económicos gastados innecesariamente, aprovechando todo el potencial instalado: recursos técnicos, humanos, materiales, y de tiempo.
- Incremento en la productividad y eficiencia del sistema protegido así como aumento de la vida útil de sus equipos.
La capacidad de los reguladores se mide en kVA. Para seleccionar el equipo que Usted necesita será necesario conocer cuatro puntos importantes:
- Voltaje de entrada o alimentación de los equipos a proteger: Es la tensión de salida del regulador y de entrada que requerirá su maquinaria, equipos o instalaciones para su correcto funcionamiento. Puede ser localizado en la placa de datos o manual de instalación del equipo o maquinaria a proteger. La tensión de la red eléctrica variará de un país a otro así como el voltaje de alimentación de sus equipos dependiendo de su origen.
- Consumo de los equipos: Datos localizados en la placa de datos o manual de instalación del equipo o maquinaria, puede estar expresado en: - Watts para equipos monofasicos y Kilowatts en sistemas trifásicos (1 kW= 1000 watts) - Amperes - HP
- Campo de regulación del equipo: Es la capacidad que tiene el regulador de corregir las variaciones de voltaje de la línea eléctrica. Cuando el campo de regulación es insuficiente podemos fabricar un equipo con un rango adecuado a la necesidad. Para este caso es necesario monitorear o graficar la línea de alimentación para determinar los límites máximo y mínimo de variación de la línea.
- Número de fases de alimentación de los mismos: Se determina a través de la placa de datos o manual de instalación del equipo o maquinaria a proteger. Los sistemas eléctricos convencionales pueden ser: - Monofásicos - Bifásicos con neutro - Bifásicos sin neutro (para equipos monofasicos de 220 V) - Trifásicos
3) Materiales Necesarios:
* 1 Circuito Integrado 78L05.
* Resistores varios.
4) Actividades:
Armá el siguiente circuito:
2) Variá la tensión de entrada entre 4 y 10 volts y registrá para cada valor la tensión de salida en una tabla. Dibujá Vo(Vi).
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Respondé el siguiente cuestionario:a) ¿A partir de qué valor de la tensión de entrada el circuito regula?
El circuito regula a partir de 6,5V.
b) ¿Qué es la tensión de drop-out?
El voltaje de drop-out es la mínima diferencia de tensíón entre la entrada y la salida dentro de la cual el circuito es todavía capaz de regular la salida dentro de las especificaciones. Depende de la señal de entrada, varía su valor.
c) Esta tensión, ¿Es la misma para todas las fuentes reguladas integradas?
No, varía con el modelo.
d) Investiga e informa por lo menos tres fuentes reguladas integradas que mejoren el valor de drop-out del 78L05. Para este punto deberás crear un cuadro comparativo señalando: Tensión de drop-out, Máxima tensión de entrada, Costo aproximado y proveedor en el país.
LM2931: Dropout=1,7V / Vimáx=30V
LM2935 (National Semiconductor): Dropout=0,6V / Vimáx=60V
LT1020 (Linear Technology): Dropout=0,6V / Vimáx=36V
78L05: Dropout=1,7V / Vimáx=30V
3) Aumentá gradualmente la carga, utilizando cuatro resistores de 150 ohm. Medí la tensión de drop-out, la tensión de salida y la corriente por la carga. Construí una tabla que contendrá los valores medidos. Calculá en cada caso las potencias disipadas por el integrado y por la carga, agregándolas a la tabla.
El circuito fue alimentado con 9V para todas las mediciones. La potencia en el integrado se calculó efectuando el producto entre la corriente entregada por la fuente de alimentación y el dropout.4) Graficá tensión de salida en función de la carga.
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La tensión de salida se mantuvo constante aún variando la carga.5) En un mismo gráfico representá la potencia disipada por el integrado y la disipada por la carga en función de la resistencia de carga.
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6) Determiná y justificá cuál debería ser la tensión de entrada al integrado.La tensión de entrada al integrado debe ser de, por lo menos, la tensión de salida deseada, más la tensión de dropout.
