Estabilizador de voltaje servo
A servo estabilizador de voltaje es un mecanismo de control de bucle cerrado que sirve para mantener una salida de tensión trifásica o monofásica equilibrada a pesar de las fluctuaciones en la entrada debidas a condiciones de desequilibrio. La mayoría de las cargas industriales son cargas de motores de inducción trifásicos y en un entorno de fábrica real, el voltaje en 3 fases rara vez se equilibra. Por ejemplo, digamos que si los voltajes medidos son 420, 430 y 440 V, el promedio es 430 V y la desviación es 10 V.
El porcentaje de desequilibrio viene dado por
(10V X 100) / 430V = 2.3% Se ve que un 1% de desequilibrio de voltaje aumentará las pérdidas del motor en un 5%.
Por lo tanto, el desequilibrio de voltaje puede aumentar las pérdidas del motor del 2% al 90% y, por lo tanto, la temperatura también aumenta en una cantidad excesiva, lo que da como resultado un aumento adicional de pérdidas y una eficiencia reducida. Por tanto, se propone emprender un proyecto para mantener una tensión de salida equilibrada en las 3 fases.
Fase única:
Se basa en el principio de la suma vectorial de voltaje de CA a la entrada para obtener la salida deseada utilizando un transformador llamado transformador Buck-Boost (T), el secundario del cual está conectado en serie con el voltaje de entrada. El primario del mismo se alimenta desde un transformador variable montado en el motor (R). Dependiendo de la relación de voltaje primario a secundario, el voltaje inducido del secundario viene en fase o fuera de fase según la fluctuación de voltaje . El transformador variable generalmente se alimenta desde el suministro de entrada en ambos extremos, mientras que la toma de alrededor del 20% del devanado se toma como un punto fijo para el primario del transformador Buck-Boost. El punto variable del autotransformador, por lo tanto, es capaz de entregar un 20% de voltaje fuera de fase que se usa para la operación de reducción mientras que el 80% está en fase con la tensión de entrada y se usa para la operación de refuerzo. El movimiento del limpiaparabrisas del transformador variable se controla detectando el voltaje de salida a un circuito de control que decide la dirección de rotación del motor síncrono alimentado a través de un par de TRIAC a su devanado de fase dividida.
Corrección de entrada equilibrada trifásica:
Para una operación de baja capacidad, digamos alrededor de 10KVA, actualmente se ve que se usa un variac de doble bobinado que elimina el transformador Buck-Boost en el transformador variable en sí. Esto restringe el movimiento del limpiaparabrisas de un variac a 250 grados ya que el equilibrio se usa para el devanado secundario. Aunque esto hace que el sistema sea económico, tiene serios inconvenientes en términos de confiabilidad. El estándar de la industria nunca acepta tal combinación. En áreas de voltaje de entrada razonablemente equilibrado, los correctores servocontrolados trifásicos también se usan para la salida estabilizada, mientras que se usa un variac trifásico único montado por un motor síncrono y una tarjeta de control única que detecta el voltaje bifásico de tres. Esto es mucho más económico y útil si las fases de entrada están razonablemente equilibradas. Tiene el inconveniente de que si bien se produce un desequilibrio severo, la salida está proporcionalmente desequilibrada.
Corrección de entrada desequilibrada trifásica:
Tres transformadores en serie (T1, T2, T3), cada segundo de los cuales se usa, uno en cada fase que suma o resta el voltaje del voltaje de suministro de entrada para entregar voltaje constante en cada fase, lo que hace que la salida balanceada sea de entrada no balanceada. La entrada al primario del transformador en serie se alimenta desde cada fase de cada uno de los autotransformadores variables (Variac) (R1, R2, R3), cada uno de cuyos limpiaparabrisas está acoplado a un motor síncrono de fase dividida de CA (2 bobinas) (M1, M2 M3). El motor recibe alimentación de CA para cada una de sus bobinas a través de la conmutación de tiristores para rotación en sentido horario o antihorario para permitir el voltaje de salida deseado desde el variac al primario del transformador en serie, ya sea en fase o fuera de fase, para realizar sumas o restas. según se requiera en el secundario del transformador en serie para mantener una tensión constante y equilibrada en la salida. La retroalimentación de la salida al circuito de control (C1, C2, C3) se compara con un voltaje de referencia fijo mediante comparadores de nivel formados a partir de amplificadores operacionales para finalmente activar el TRIAC según la necesidad de accionar el motor.
Este esquema consiste principalmente en un circuito de control, 1 servomotor de inducción monofásico acoplado a un primario de alimentación variac de un transformador en serie para cada fase.
- El circuito de control que consta de un comparador de ventana cableado alrededor de transistores y la amplificación de voltaje de la señal de error RMS por IC 741 está montado en Multisim y se simula para varias condiciones de operación de entrada, lo que garantiza el encendido de los TRIAC que operarían el motor de inducción de fase desplazada del capacitor en la dirección requerida que controla la rotación del limpiaparabrisas variac.
- Con base en los valores máximos y mínimos de las fluctuaciones de voltaje, el transformador en serie y los transformadores de control se diseñan utilizando una fórmula estándar que coincide con el núcleo de hierro disponible comercialmente y el tamaño del cable de cobre súper esmaltado antes de enrollarlo para su uso en el proyecto.
Tecnología:
En un sistema eléctrico trifásico balanceado, todos los voltajes y las corrientes tienen la misma amplitud y están desfasados 120 grados entre sí. Sin embargo, no es posible en la práctica, ya que los voltajes desequilibrados pueden provocar efectos adversos en los equipos y el sistema de distribución eléctrica.
En condiciones de desequilibrio, el sistema de distribución incurrirá en más pérdidas y efectos de calentamiento y será menos estable. El efecto del desequilibrio de voltaje también puede ser perjudicial para equipos como motores de inducción, convertidores electrónicos de potencia y variadores de velocidad (ASD). Un porcentaje relativamente pequeño de desequilibrio de voltaje con un motor trifásico da como resultado un aumento significativo en las pérdidas del motor, lo que también implica una disminución en la eficiencia. Los costos de energía se pueden minimizar en muchas aplicaciones al reducir la pérdida de potencia del motor debido al desequilibrio de voltaje.
Desequilibrio de voltaje porcentual está definido por NEMA como 100 veces la desviación del voltaje de línea del voltaje promedio dividido por el voltaje promedio. Si los voltajes medidos son 420, 430 y 440 V, el promedio es 430 V y la desviación es 10 V.
El porcentaje de desequilibrio viene dado por (10 V * 100/430 V) = 2,3%
Por lo tanto, un desequilibrio de voltaje del 1% aumentará las pérdidas del motor en un 5%.
Por lo tanto, el Desequilibrio es un problema grave de calidad de energía, que afecta principalmente a los sistemas de distribución de baja tensión, por lo que se propone en el proyecto mantener la tensión equilibrada en magnitud en cada fase, manteniendo así la tensión de línea equilibrada.
INTRODUCCIÓN:
Los estabilizadores de voltaje de CA están diseñados para obtener un voltaje de CA estabilizado. suministro de la red entrante de fluctuación. Encuentran aplicaciones en todos los campos de las industrias eléctrica, electrónica y muchas otras, instituciones de investigación, laboratorios de pruebas, instituciones educativas, etc.
Que es el desequilibrio:
La condición de desequilibrio se refiere a la condición en la que los voltajes y corrientes trifásicos no tienen la misma amplitud ni el mismo desplazamiento de fase.
Si una o ambas de estas condiciones no se cumplen, el sistema se denomina desequilibrado o asimétrico. (En este texto, se asume implícitamente que las formas de onda son sinusoidales y, por lo tanto, no contienen armónicos).
Causas del desequilibrio:
El operador del sistema intenta proporcionar un voltaje de sistema equilibrado en el PCC entre la red de distribución y la red interna del cliente.
Los voltajes de salida en el sistema trifásico dependen de los voltajes de salida de los generadores, la impedancia del sistema y la corriente de carga.
Sin embargo, dado que se utilizan principalmente generadores síncronos, los voltajes generados son altamente simétricos y, por lo tanto, los generadores no pueden ser la causa del desequilibrio. Las conexiones a niveles de voltaje más bajos generalmente tienen una alta impedancia que conduce a un desequilibrio de voltaje potencialmente mayor. La impedancia de los componentes del sistema se ve afectada por la configuración de las líneas aéreas.
Consecuencias del desequilibrio de voltaje:
La sensibilidad de los equipos eléctricos al desequilibrio difiere de un aparato a otro. A continuación, se ofrece una breve descripción de los problemas más comunes:
(a) Máquinas de inducción:
Estos son los a.c. Máquinas síncronas con campos magnéticos rotativos inducidos internamente, cuya magnitud es proporcional a la amplitud de componentes directos y / o inversos. Por lo tanto, en el caso de un suministro desequilibrado, el campo magnético giratorio se vuelve elíptico en lugar de circular. Por lo tanto, las máquinas de inducción enfrentan principalmente tres tipos de problemas debido al desequilibrio de voltaje.
1. En primer lugar, la máquina no puede producir su par completo ya que el campo magnético de rotación inversa del sistema de secuencia negativa produce un par de frenado negativo que debe restarse del par base vinculado al campo magnético giratorio normal. La siguiente figura muestra las diferentes características de deslizamiento de par de una máquina de inducción con suministro desequilibrado
2. En segundo lugar, los cojinetes pueden sufrir daños mecánicos debido a los componentes del par inducido a la doble frecuencia del sistema.
3. Finalmente, el estator y, especialmente, el rotor se calientan excesivamente, lo que posiblemente conduzca a un envejecimiento térmico más rápido. Este calor es causado por la inducción de corrientes significativas por el campo magnético inverso de rotación rápida (en el sentido relativo), como lo ve el rotor. Para poder hacer frente a este calentamiento adicional, se debe reducir la potencia del motor, lo que puede requerir la instalación de una máquina de mayor potencia nominal.
TECNO-ECONOMÍA:
El desequilibrio de voltaje puede causar una falla prematura del motor, lo que no solo conduce a un apagado no programado del sistema, sino que también causa una gran pérdida económica.
Los efectos del voltaje alto y bajo en los motores y los cambios de rendimiento relacionados que se pueden esperar cuando usamos voltajes distintos a los que se indican en la placa de identificación se indican a continuación:
Efectos de la baja tensión:
Cuando un motor está sujeto a voltajes por debajo de la clasificación de la placa de identificación, algunas de las características del motor cambiarán levemente y otras cambiarán dramáticamente.
La cantidad de energía extraída de la línea debe fijarse para una cantidad fija de carga.
La cantidad de energía que consume el motor tiene una correlación aproximada con el voltaje y la corriente (amperios).
Para mantener la misma cantidad de energía, si la tensión de alimentación es baja, un aumento de la corriente actúa como compensación. Sin embargo, es peligroso ya que una corriente más alta hace que se acumule más calor en el motor, lo que eventualmente destruye el motor.
Por lo tanto, las desventajas de aplicar bajo voltaje son el sobrecalentamiento del motor y el motor está dañado.
El par de arranque, el par de arranque y el par de arranque de la carga principal (motores de inducción), según el voltaje aplicado al cuadrado.
Generalmente, una reducción del 10% de la clasificación de voltaje puede conducir a un par de arranque bajo, torsión hacia arriba y hacia afuera.
Efectos del alto voltaje:
El alto voltaje puede hacer que los imanes se saturen, lo que hace que el motor extraiga una corriente excesiva para magnetizar el hierro. Por tanto, el alto voltaje también puede provocar daños. El alto voltaje también reduce el factor de potencia, provocando un aumento de las pérdidas.
Los motores tolerarán ciertas modificaciones en el voltaje por encima del voltaje de diseño. Cuando los extremos por encima del voltaje de diseño harán que la corriente aumente con los correspondientes cambios en el calentamiento y un acortamiento de la vida útil del motor.
La sensibilidad al voltaje afecta no solo a los motores sino también a otros dispositivos. Los solenoides y bobinas que se encuentran en los relés y arrancadores toleran el bajo voltaje mejor que el alto voltaje. Otros ejemplos son los balastos en lámparas y transformadores fluorescentes, de mercurio y sodio de alta presión y lámparas incandescentes.
En general, es mejor para el equipo si cambiamos las tomas de los transformadores entrantes para optimizar el voltaje en el piso de la planta a algo cercano a los valores nominales del equipo, que es el concepto principal detrás del concepto propuesto de estabilización de voltaje en el proyecto.
Reglas para decidir la tensión de alimentación.
- Los motores pequeños tienden a ser más sensibles a la sobretensión y la saturación que los motores grandes.
- Los motores monofásicos tienden a ser más sensibles a la sobretensión que los motores trifásicos.
- Los motores de bastidor en U son menos sensibles a la sobretensión que los de bastidor en T.
- Los motores Super-E de eficiencia superior son menos sensibles a la sobretensión que los motores de eficiencia estándar.
- Los motores de 2 y 4 polos tienden a verse menos afectados por el alto voltaje que los diseños de 6 y 8 polos.
- La sobretensión puede aumentar el amperaje y la temperatura incluso en motores con poca carga
- La eficiencia también se ve afectada ya que se reduce con bajo o alto voltaje.
- El factor de potencia se reduce con alto voltaje.
- La corriente de irrupción aumenta con un voltaje más alto.
Obtenga más conocimiento sobre varios conceptos y circuitos electrónicos haciendo algunos mini proyectos de electrónica a nivel de ingeniería.
