Estabilizador de voltaje servo

Estabilizador de voltaje servo

Un servoestabilizador de voltaje es un mecanismo de control de circuito cerrado que sirve para mantener una salida de voltaje monofásica o trifásica balanceada a pesar de las fluctuaciones en la entrada debido a condiciones desbalanceadas. La mayoría de las cargas industriales son cargas de motores de inducción trifásicos y, en un entorno de fábrica real, el voltaje trifásico rara vez está equilibrado. Por ejemplo, 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% Vemos que un desequilibrio de tensión del 1% aumentará las pérdidas del motor en un 5%.

Por lo tanto, el desequilibrio de voltaje puede aumentar las pérdidas del motor entre un 2 % y un 90 % y, como resultado, la temperatura también aumenta en una cantidad excesiva, lo que provoca un mayor aumento de las pérdidas y una reducción de la eficiencia. Por ello se propone realizar un proyecto para mantener una tensión de salida equilibrada en las 3 fases.

Fase única:

Se basa en el principio de suma vectorial de tensión alterna en la entrada para obtener la salida deseada mediante un transformador denominado transformador Buck-Boost (T), cuyo secundario está conectado en serie con la tensión de entrada. El primario de este es alimentado por un transformador variable (R) montado en el motor. Dependiendo de la relación entre el voltaje primario y el voltaje secundario, el voltaje inducido secundario está en fase o fuera de fase dependiendo de la variación de voltaje. El transformador variable generalmente se alimenta desde el suministro de entrada en ambos extremos, mientras que la derivación en aproximadamente el 20% del devanado se toma como el punto fijo para el primario del transformador Buck-Boost. Por lo tanto, el punto variable del autotransformador puede proporcionar un 20 % de tensión desfasada que se utiliza para la operación de compensación, mientras que un 80 % está en fase con la tensión de entrada y se utiliza 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 por un par de TRIAC a su devanado de fase dividida.

Corrección de entrada balanceada trifásica:

Para la operación de baja capacidad, digamos alrededor de 10 KVA, actualmente se ve que se usa un variador de devanado doble, eliminando el transformador Buck-Boost en el transformador variable mismo. Esto limita el movimiento del limpiaparabrisas de un variador a 250 grados porque el balanceador se usa para el devanado secundario. Si bien 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 balanceado, los servocorrectores trifásicos también se usan para la salida estabilizada, mientras que se usa un solo variador trifásico montado por un motor síncrono y una sola placa controladora que detecta el voltaje bifásico de tres. Esto es mucho más económico y útil si las fases de entrada están razonablemente equilibradas. Tiene la desventaja de que en caso de un gran desequilibrio, la salida se desequilibra proporcionalmente.

Corrección de entrada trifásica desequilibrada:

Tres transformadores en serie (T1, T2, T3), de los cuales se usa cada segundo, uno en cada fase que suma o resta voltaje del voltaje de suministro de entrada para proporcionar un voltaje constante en cada fase, haciendo así que la salida sea balanceada desde la entrada no balanceada . La entrada al primario del transformador en serie se alimenta desde cada fase desde un autotransformador variable (Variac) (R1, R2, R3) cada uno de cuyos limpiaparabrisas está acoplado a un motor síncrono de fase dividida (2 bobinas) (M1, M2 M3). El motor recibe alimentación de CA para cada una de sus bobinas a través de la conmutación del tiristor para rotación en sentido horario o antihorario para permitir el voltaje de salida deseado del variador en el primario del transformador en serie, en fase o fuera de fase, para realizar sumas o restas. según se requiera en el secundario del transformador en serie para mantener un voltaje constante y balanceado 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 por amplificadores operacionales para finalmente disparar el TRIAC de acuerdo con la necesidad de operar el motor.

Este esquema consta principalmente de un circuito de control, un servomotor de inducción monofásico acoplado a un variador que alimenta el primario de un transformador serie para cada fase.

• El circuito de control que incluye un comparador de ventana cableado alrededor de los transistores y la amplificación de voltaje de señal de error RMS por IC 741 está montado en Multisim y simulado para varias condiciones de operación de entrada asegurando que los TRIAC se enciendan, lo que haría funcionar el motor de inducción de cambio de fase del condensador en la dirección requerida que controla la rotación del limpiaparabrisas del variador.
• Con base en los valores máximo y mínimo de las fluctuaciones de voltaje, el transformador en serie y los transformadores de control se diseñan utilizando una fórmula estándar que corresponde al núcleo de hierro disponible comercialmente y al tamaño del cable de cobre súper vidriado antes de enrollarlo para su uso en el proyecto.

Tecnología:

En un sistema de potencia trifásico equilibrado, todos los voltajes y corrientes tienen la misma magnitud y están desfasados ​​120 grados entre sí. Sin embargo, esto no es posible en la práctica porque los voltajes desequilibrados pueden tener efectos adversos en el equipo y el sistema de distribución de energía.

En condiciones desequilibradas, el sistema de distribución experimentará 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 conduce a un aumento significativo de las pérdidas del motor, lo que también conduce a una disminución de la eficiencia. Los costos de energía se pueden minimizar en muchas aplicaciones al reducir la pérdida de energía del motor debido al desequilibrio de voltaje.

Porcentaje de desequilibrio de voltaje 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 (10V*100/430V)=2,3%

Así, un desequilibrio de tensión del 1% aumentará las pérdidas del motor en un 5%.

Por lo tanto, el desbalanceo es un problema serio de calidad de energía, afectando principalmente a los sistemas de distribución de baja tensión y por ello se propone en el proyecto mantener un voltaje balanceado en cuanto a amplitud en cada fase, manteniendo así un voltaje de línea balanceado.

INTRODUCCIÓN:

Los estabilizadores de voltaje de CA están destinados a obtener energía de CA estabilizada de la red entrante fluctuante. Encuentran aplicaciones en todos los campos de la electricidad, la electrónica y muchas otras industrias, institutos de investigación, laboratorios de pruebas, instituciones educativas, etc.

que es el desequilibrio:

La condición de desequilibrio se refiere a la condición en la que las tensiones y corrientes trifásicas no tienen la misma magnitud o cambio de fase.

Si una o ambas de estas condiciones no se cumplen, se dice que el sistema está desequilibrado o asimétrico. (En este texto, se supone implícitamente que las formas de onda son sinusoidales y, por lo tanto, no contienen armónicos).

Causas del desequilibrio:

El administrador de la red intenta proporcionar un voltaje de red equilibrado al 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 la mayoría de los generadores síncronos, la las tensiones generadas son muy simétricas y por tanto los generadores no pueden ser causa de un desequilibrio. Las conexiones a niveles de voltaje más bajos generalmente tienen una alta impedancia, lo que resulta en un desequilibrio de voltaje potencialmente mayor. La impedancia de los componentes del sistema se ve afectada por la configuración de la línea aérea.

Consecuencias del desequilibrio de tensión:

La sensibilidad de los equipos eléctricos al desequilibrio difiere de un dispositivo a otro. A continuación se ofrece una breve descripción de los problemas más comunes:

(a) Máquinas de inducción:

Se trata de máquinas síncronas de corriente alterna con campos magnéticos giratorios inducidos internamente, cuya amplitud es proporcional a la amplitud de las componentes de secuencia positiva y/o negativa. Así, en el caso de una fuente de alimentación desequilibrada, 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. Primero, la máquina no puede producir su par completo porque el campo magnético de rotación inversa del sistema inverso produce un par de frenado negativo que debe restarse del par base relacionado con el campo magnético giratorio normal. La siguiente figura muestra las diferentes características de deslizamiento de par de una máquina de inducción bajo una fuente de alimentación desequilibrada.

2. En segundo lugar, los rodamientos pueden sufrir daños mecánicos debido a los componentes de torsión inducidos por frecuencia dual del sistema.

3. Finalmente, el estator y especialmente el rotor se calientan en exceso, lo que puede provocar un envejecimiento térmico más rápido. Este calor es causado por la inducción de grandes corrientes por el campo magnético inverso que gira rápidamente (en el sentido relativo), visto por el rotor. Para poder hacer frente a este calentamiento adicional, el motor debe reducirse, lo que puede requerir la instalación de una máquina con una potencia nominal más alta.

TECNO-ECONÓMICO:

El desequilibrio de voltaje puede causar una falla prematura del motor, lo que no solo conduce al apagado no planificado del sistema, sino que también genera grandes pérdidas económicas.

Los efectos de los voltajes altos y bajos en los motores y los cambios de rendimiento asociados que se pueden esperar cuando usamos voltajes distintos a los enumerados en la placa de identificación se muestran a continuación:

Efectos de la baja tensión:

Cuando un motor se somete a voltajes por debajo del valor nominal de la placa de identificación, algunas de las características del motor cambian levemente y otras cambian drásticamente.

La cantidad de energía extraída de la línea debe ser fija para una cantidad fija de carga.

La cantidad de energía consumida por el motor tiene una correlación aproximada entre el voltaje y la corriente (amperios).

Para mantener la misma cantidad de energía, si el voltaje de suministro es bajo, un aumento en la corriente actúa como compensación. Sin embargo, es peligroso porque una corriente más alta provoca una acumulación de calor en el motor, lo que finalmente lo destruye.

Por lo tanto, las desventajas de aplicar bajo voltaje son el sobrecalentamiento del motor y el daño del motor.

Par de arranque, par de tracción y par de tracción de la carga principal (motores de inducción), en función del cuadrado de la tensión aplicada.

Por lo general, una reducción del 10 % en el voltaje nominal puede dar como resultado un par de arranque bajo, un par de tracción y un par de tracción bajos.

Efectos del alto voltaje:

El alto voltaje puede hacer que los imanes se saturen, lo que hace que el motor consuma demasiada corriente para magnetizar la plancha. Por lo tanto, el alto voltaje también puede provocar daños. El alto voltaje también reduce el factor de potencia, provocando mayores pérdidas.

Los motores tolerarán algunos cambios de voltaje por encima del voltaje de diseño. Donde los extremos por encima del voltaje de diseño darán como resultado un aumento en la corriente con los cambios correspondientes en el calentamiento y una reducción de la vida útil del motor.

La sensibilidad al voltaje no solo afecta a los motores sino también a otros dispositivos. Los solenoides y las bobinas que se encuentran en los relés y arrancadores toleran mejor el voltaje bajo que el alto. Otros ejemplos son los balastos en lámparas fluorescentes, de mercurio y de sodio de alta presión y transformadores y lámparas incandescentes.

En general, es mejor para el equipo si modificamos las derivaciones de los transformadores entrantes para optimizar el voltaje en la planta a un nivel cercano a las clasificaciones del equipo, que es el concepto principal detrás del concepto propuesto de estabilización de voltaje en el proyecto.

Reglas para determinar la tensión de alimentación.

• Los motores pequeños tienden a ser más susceptibles a las sobretensiones y la saturación que los motores grandes.
• Los motores monofásicos tienden a ser más sensibles a las sobretensiones que los motores trifásicos.
• Los motores con estructura en U son menos sensibles a las sobretensiones que los motores con estructura en T.
• Los motores Super-E de alta eficiencia son menos sensibles a las sobretensiones que los motores de eficiencia estándar.
• Los motores de 2 y 4 polos tienden a verse menos afectados por el alto voltaje que los modelos 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 baja o alta tensión.
• El factor de potencia disminuye con el alto voltaje.
• La corriente de irrupción aumenta con un voltaje más alto.

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