Luis Alberto Fernández Bermúdez - DSpace@UCLV

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UNIVERSIDAD CENTRAL “MARTA ABREU” DE LAS VILLAS
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento De Accionamiento Eléctrico
TRABAJO DE DIPLOMA
“ Diseño de un Regulador de Voltaje para Grupos Electrógenos
y su simulación”
Autor: Luis Alberto Fernández Bermúdez
Tutor: MSc. Jorge Luis Portal Gallardo
Santa Clara
2012
I
Universidad Central “Martha Abreu” de Las Villas
Santa Clara-2012
"Año 54 de la Revolución"
Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad
Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la
especialidad de Ingeniería en Eléctrica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la
Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y
que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la
Universidad.
____________________
Firma del Autor
Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según
acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que
debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.
________________________
Firma del Autor
_______________________
Firma del Jefe de Departamento
donde se defiende el trabajo
_______________
Firma del Responsable de Información
Científico Técnico
II
PENSAMIENTO
La energía no se crea, ni se destruye, solamente se transforma por medio del
pensamiento o voluntad de quien la maneja.
Albert Einstein.
III
DEDICATORIA
Dedico este trabajo de diploma a toda mi familia en particular a mi madre, mi padre,
mi hermana, mi novia, mi cuñado, mis sobrinos y mis amigos que de una manera u
otra me han impulsado y apoyado a la realización de este sueño.
IV
AGRADECIMIENTO
A mi familia por darme el impulso y el apoyo que necesite en todo el trayecto de la
carrera.
A mi novia por apoyarme y aconsejarme en los momentos duros.
A mi tutor por todo el apoyo con este trabajo de diploma.
A mis amigos por estar a mi lado en estos maravillosos años de carrera que he
cursado, sin ellos no hubiera llegado aquí.
A todos los demás profesores que me ayudaron con este trabajo.
A todo aquel que de una forma u otra me haya brindado su ayuda y apoyo.
Gracias a todos.
V
TAREA TÉCNICA
Objetivo general.
Diseñar y simular un regulador de voltaje adecuado para ser acoplado a un grupo
electrógeno que no cuenta con esta función.
Objetivos específicos.
1. Hacer una reseña bibliográfica referente a los grupos electrógenos. Tipos,
partes y principio de funcionamiento de cada una de sus partes.
2. Revisar la bibliografía relacionada con los antecedentes, principio de
funcionamiento, tipos, ventajas y datos necesarios para la selección correcta
de un regulador de voltaje.
3. Describir los reguladores de voltaje, tipos y principio de funcionamiento de
cada uno de ellos.
4. Investigar sobre el funcionamiento que deberá tener la planta eléctrica.
5. Diseñar y seleccionar los componentes del circuito de regulación de voltaje
más adecuado para darle solución a la tarea en cuestión, teniendo en cuenta
las ventajas del mismo sobre los demás.
6. Montar y diseñar el regulador de voltaje seleccionado empleando la
herramienta de simulación “Multisim” de la National Instruments para la
simulación de circuitos electrónicos. Simular el circuito montado para
diferentes estados de generación.
VI
RESUMEN
La energía eléctrica es un elemento muy importante en la vida del ser humano
actual. El sorprendente desarrollo que ha logrado esta rama, y otras que dependen
de ella, han regido el desarrollo de la humanidad en el pasado y presente siglo. Este
tipo de energía es posible gracias a los generadores eléctricos, los cuales son
movidos por diferentes tipos de fuerzas como pueden ser: la hidráulica, la térmica, la
nuclear, etc. Para cada tipo de fuerza existe una máquina que transforma dicha
fuerza en una fuerza mecánica giratoria y de ese modo generar electricidad. Estas
máquinas necesitan sistemas de control que regulen los procesos.
Dentro de estos sistemas se encuentra el “Regulador de Voltaje Automático”, cuya
función principal es asegurar que el voltaje en los terminales de salida del generador
se encuentre lo más cercano posible al nominal, de manera que se garantice el
correcto funcionamiento de los equipos conectados al mismo. Dada la situación
económica de nuestro país existen en explotación en algunos centros, estatales y no
estatales, grupos electrógenos, que no cuentan con este mecanismo de control.
El objetivo del presente trabajo de diploma es lograr el diseño y la posterior
simulación de un regulador de voltaje utilizando el software “Multisim” de la National
Instruments, para la aplicación del mismo en un grupo generador de 30 kVA que
carece del mismo, perteneciente al Batallón de Ingenieros Zapador en la provincia
Villa Clara. El tipo de investigación empleado corresponde a un proyecto factible,
debido a que se desea dar solución a un problema específico como lo es el diseño y
desarrollo de un sistema electrónico innovador y fiable a la vez, capaz de controlar
el proceso de regulación de voltaje de la planta eléctrica en cuestión. Este proyecto
se apoya en una investigación documental, partiendo de una breve reseña
bibliográfica de los grupos electrógenos y los principales sistemas de regulación de
voltaje que se emplean en el mundo. Es necesaria la implementación de este
VII
mecanismo de control, pues en las actuales condiciones de operación del grupo
generador no se garantiza el suministro de un voltaje estable a las cargas.
VIII
SUMMARY
Electric power is a very important element in human life today. The surprising
development that has achieved this branch, and others that depend on it, have
governed the humanity's development in the past and present century. This energy
type is possible thanks to the electric generators, which are moved by different
forces types such as: the hydraulics, the thermal one, the nuclear one, etc. For each
type of force exists a machine that transforms the force into a rotary mechanical
power and in that way to generate electricity. These machines require control
systems that regulate the processes.
Within these systems it can find the “Automatic Voltage Regulator”, whose main
function is to ensure that the voltage at the output terminals of the generator is as
close as possible to nominal one, so that the correct operation of equipment
connected to it is guaranteed. Given the economic situation of our country are in
operation in some centers, state and non-state, generators that don't have this
control mechanism.
The objective of the present diploma work is to achieve the design and the
subsequent simulation of a voltage regulator using the software "Multisim" from
National Instruments, to its application in a 30 kVA generating group that does not
have one, belonging to Sapper Engineers Battalion in the Villa Clara province. The
employed research type corresponds to a feasible project, because it want to give
solution to a specific problem as it is the design and development of an innovative
and reliable electronic system at a time, able to control the process of voltage
regulation of the electric plant in question. This project is based on a documentary
research, starting with a brief literature review to the main generators and voltage
regulation systems used in the world. It is necessary to implement this control
mechanism, because in the current conditions of operation of the generator is not
guaranteed a stable voltage supply to the loads.
IX
INDICE
PENSAMIENTO……………………………………………………………………………………………………………….III
DEDICATORIA………………………………………………………………………………………………………………..IV
AGRADECIMIENTOS……………………………………………………………………………………………………....V
TAREA TECNICA………………………………………………………………………………………………………….…VI
RESUMEN………………………………………………………………………………………………………………………VII
SUMMARY…………………………………………………………………………………………………………………… …IX
INDICE…..…………………………………………………………………………………………………………………………X
INTRODUCCION……………………………………………………………………………………………………………..1
CAPITULO 1 “MARCO TEORICO”....……………………………………………………………………………….4
1.1 Generalidades sobre los Grupos Electrógenos…………………………………………………4
1.2 Componentes básicos de un grupo generador……………………………………………….6
1.2.1 Generador o Alternador………………………………………………………………………...6
1.2.2 Motor……………………………………………………………………………………………………….7
1.2.3 Regulador de voltaje……………………………………………………………………………….7
1.2.4 Regulador de velocidad………………………………………………………………………….8
1.2.5 Otras partes……………………………………………………………………………………………..9
1.3 Sistema trifásico de un grupo electrógeno……………………………………………………….9
1.4 Utilidad de los grupos electrógenos……………………………………………………………….12
1.5 Aplicaciones de los grupos electrógenos……………………………………………………….12
1.6 Bases teóricas……………………………………………………………………………………………………13
1.6.1 Micro controladores..……………………………………………………………………………13
1.6.2 Sistema de Control………………………………………………………………………………..15
1.6.3 Automatización……………………………………………………………………………………..17
1.6.4 Dispositivos de medición………………………………………………………………………18
1.6.5 Elementos de señalización……………………………………………………………………19
CAPITULO 2 “REGULADORES DE VOTAJE”…………………………………………………………………21
2.2 Generalidades sobre los reguladores de voltaje………………………..……………………21
2.2 Antecedentes…………………………………………………………………………………………………….22
2.3 Principio de funcionamiento de los reguladores de voltaje en generadores.23
2.4 Tipos de Reguladores……………………………………………………………………………………….24
2.4.1 Reguladores electromagnéticos……………………………………………………………..24
2.4.2 Reguladores electromecánicos……………………………………………………………….26
2.4.3 Reguladores Ferro-resonantes………………………………………………………………..27
2.4.4 Reguladores electrónicos…………………………………………………………………………27
2.4.5 Reguladores por pasos……………………………………………………………………………29
2.5 Problemas que solucionan los reguladores de voltaje…………………………………..31
2.6 Problemas que previenen los reguladores de voltaje…………………………………….31
2.7 Beneficios de contar con un regulador de voltaje………………………………………….32
2.8 Términos utilizados para describir los reguladores de voltaje……………………….32
2.9 Selección del regulador adecuado…………………………………………………………………..33
X
CAPITULO 3 “Sistema de regulación propuesto”………………………………………………………..37
6.1 Diagrama en bloques……………………………………………………………………………………….37
6.2 Funcionamiento que deberá tener el grupo electrógeno………………………………38
6.3 Diseño y selección de los componentes a utilizar………………………………………….39
6.4 Diseño del circuito de regulación de voltaje……………………………………………………41
6.5 Simulaciones realizadas tomando 120V AC como voltaje nominal……………….44
6.5.1 Simulación para voltaje nominal…………………………………………………………..44
6.5.2 Simulación para bajo voltaje…………………………………………………………………45
6.5.3 Simulación para alto voltaje………………………………………………………………….46
6.6 Simulaciones realizadas tomando 220V AC como voltaje nominal………………48
6.6.1 Simulaciones para voltaje nominal…………………………..…………………………..48
6.6.2 Simulaciones para bajo voltaje……………………………………………………………..49
6.6.3 Simulaciones para alto voltaje………………………………………………………………50
CONCLUSIONES……………………………………………………………………………………………………………51
RECOMENDACIONES…………………………………………………………………………………………………..53
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA……………………………………………………………………………………….54
XI
INTRODUCCION
Los sistemas eléctricos son un conjunto de dispositivos cuya función es suministrar
energía eléctrica a todo un conjunto de consumidores de manera tal que se
garantice el correcto funcionamiento de todas las cargas conectadas al sistema.
Cuando los expertos diseñan un sistema eléctrico lo hacen pensando en cómo
proveer energía aún en las peores condiciones de operación. No obstante, aun
cuando el sistema eléctrico como sistema total sea estable, a nivel de medianos y
pequeños consumidores (entiéndase empresas, fábricas o grupos residenciales)
siguen existiendo diversos problemas de estabilidad como son los desbalances y
picos de tensión, que son muy perjudiciales para la mayoría de las cargas.
El creciente desarrollo de la electrónica y sus múltiples aplicaciones ha implicado un
aumento considerable de cargas que dependen en su funcionamiento de
componentes electrónicos (equipos computacionales, de radiocomunicación, audio
y televisión, microondas, aires acondicionados, etc.). Dado que la mayoría de estos
equipos se alimentan a través de una fuente electrónica, lo que exige garantizar
niveles de voltaje estables, puesto que los componentes electrónicos son muy
sensibles y se desgastan frente a las variaciones y picos de voltaje y corriente que
aparecen en la red eléctrica a consecuencia de la conexión y desconexión de cargas
que poseen un consumo elevado.
En nuestro país dada la situación económica que presenta el mismo existen centros
de trabajo, empresas y otro tipo de instituciones donde se emplean grupos
electrógenos de emergencia que tienen ya un tiempo de explotación considerable.
Puesto que poseen ciertas tecnologías caducas ya en la actualidad, no cumplen con
los estándares de producción actuales para estos equipos. Esto se debe a que no
cuentan con elementos esenciales y necesarios como son los Reguladores de Voltaje
imprescindibles en este tipo de equipo dado el creciente número de cargas con
componentes electrónicos antes mencionado.
1
En el presente trabajo se propone una vía de solución a un problema de similar
índole como el mencionado anteriormente, dado en una unidad
militar
perteneciente a la provincia Villa Clara. La unidad militar Batallón de Ingenieros “X”,
enmarcada en la carretera a Manicaragua, perteneciente a la provincia Villa Clara,
cuenta con un grupo generador de procedencia rusa de 30 kVA, con ya más de 40
años de explotación. Esta planta generadora no posee un correcto mecanismo de
regulación de voltaje, por lo cual al entrar en funcionamiento la misma el voltaje
generado no se comporta de manera estable ante el constante incremento y
decremento de la carga conectada al mismo. Esta situación afecta el correcto
funcionamiento de las cargas tipo electrónicas, siendo la mayor afectación la pérdida
de información en las bases de datos de la red de computadoras de esta unidad.
Además de provocar la rotura de varios equipos.
La solución ideal sería la sustitución de este grupo electrógeno por uno más
moderno y de mejores prestaciones, pero no siempre la solución más ideal es la
más viable económicamente. Por razones económicas no se ha podido adquirir un
grupo generador moderno que cuente con sistemas de control de voltaje
funcionales, surgiendo así la necesidad de buscar una variante rápida, eficaz y
económica para darle solución a este problema. En este trabajo de diploma se da a
la tarea de solucionar el problema en cuestión mediante la selección de un
regulador de voltaje que se pueda acoplar al grupo electrógeno en cuestión.
En el primer capítulo de este trabajo de diploma se hace una pequeña reseña a los
grupos generadores, sus partes y principio de funcionamiento de cada una de ellas.
En el segundo capítulo se hace énfasis en los tipos de reguladores de voltaje que se
emplean en la actualidad, como funciona cada uno de ellos y se plasman las
ventajas de contar con los mismos. En el tercer capítulo se diseña un circuito
regulador de voltaje simple para un voltaje nominal de 110 V de CA, empleando
una herramienta para el diseño y la simulación de circuitos electrónicos llamada
“Multisim” de la National Instruments. Luego se realizan varias simulaciones
2
suponiendo diferentes estados de generación para ver si el circuito opera de
manera correcta. Se diseña una variante también del circuito para un voltaje nominal
de 220 V de CA y se realizaran las mismas simulaciones que para el de 110 V de CA.
3
CAPITULO 1 “MARCO TEÓRICO”
1.1 Generalidades sobre los Grupos Electrógenos.
Según [Wikipedia (2012)], un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de
mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos, llamados
polos. Los generadores eléctricos son máquinas destinadas a transformar la energía
mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo
magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura o
estator. Si mecánicamente se produce un movimiento entre los conductores y el
campo, se generara una fuerza electromotriz (fem). En la Figura 1.1 se puede
observar un generador de 3 MVA.
Figura 1.1. Generador de una Central Hidroeléctrica.
Los grupos electrógenos son máquinas que mueve un generador de electricidad a
través de un motor de combustión interna. Se utilizan para convertir la energía
mecánica en eléctrica. La fuente de energía mecánica es provista por el motor, el
generador o también llamado alternador es el encargado de convertir esta energía
mecánica en eléctrica mediante un proceso electromagnético [Nasar 3-17].
4
Esta transformación de energía mecánica en eléctrica se obtiene por la acción de un
campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura
llamada estator, cuando se produce mecánicamente un movimiento relativo entre
los conductores y el campo, generando con esto una fem constante [Serway 980982]. Este principio de funcionamiento obedece a la ley de Faraday que concluye,
que una corriente eléctrica puede inducirse en un circuito mediante un campo
magnético variable; y que la fem inducida en un circuito es proporcional a la rapidez
de cambio en el tiempo del flujo magnético a través del circuito [Serway 980-982].
Los grupos electrógenos son comúnmente utilizados cuando hay déficit en la
generación de energía eléctrica de algún lugar, cuando hay frecuentes cortes en el
suministro eléctrico o cuando se debe alimentar una carga importante como
hospitales o aeropuertos. Un ejemplo de ello se puede ver en la Figura 1.2.
Figura 1.2. Grupo electrógeno.
Una de las utilidades más comunes es la de generar electricidad en aquellos lugares
donde no hay suministro eléctrico, generalmente son zonas apartadas con pocas
infraestructuras y muy poco habitadas. Otro caso sería en locales de pública
concurrencia, hospitales, fábricas, etc., que a falta de energía eléctrica de red,
necesiten de otra fuente de energía alterna para abastecerse.
5
1.2 Componentes básicos de un Grupo Electrógeno.
De forma general, un grupo electrógeno está constituido por dos partes:
Parte de potencia:
• Generador o alternador.
• Motor.
Parte de control:
• Regulador automático de voltaje.
• Regulador automático de velocidad.
Además de estos componentes básicos, consta de :
• Sistema eléctrico del motor.
• Depósito de combustible y bancada.
• Interruptor automático de salida.
A continuación se describirá y explicará más en detalle todas las partes en conjunto
que componen un grupo electrógeno.
1.2.1 Generador o Alternador.
Como se mencionó anteriormente, se requieren de tres factores básicos para la
generación de voltaje: magnetismo, movimiento y conductores. El funcionamiento
básico de un generador se da cuando un conductor se mueve a través de un campo
magnético y produce voltaje, no existe diferencia si el campo magnético es fijo y el
conductor es móvil o viceversa, la única condición válida para la generación de
voltaje es que existe movimiento relativo [Caterpillar 1-19].
6
Por lo general, el alternador es auto excitado, auto regulado y sin escobillas,
acoplado con precisión al motor.
1.2.2 Motor.
El motor es el encargado de realizar el giro del rotor dentro del estator mediante un
acople mecánico entre ambos, con la finalidad de lograr la generación eléctrica en el
generador.
El motor diesel que acciona el grupo electrógeno ha sido seleccionado por su
fiabilidad y por el hecho de que se ha diseñado específicamente para accion ar
grupos electrógenos.
1.2.3 Regulador de voltaje.
Los reguladores de voltaje (AVR) se utilizan para mantener al grupo electrógeno
bajo condiciones óptimas de generación, esto se logra manteniendo el voltaje
constante independiente de la carga conectada, actuando directamente sobre el
sistema de excitación (excitatriz) aumentando o disminuyendo la cantidad de CD de
excitación en dicho campo [X].
El AVR está básicamente constituido por una alimentación estática de potencia con
un circuito rectificador controlado, un sistema modular de control y un sistema de
arranque temporal, siendo todos los elementos estacionarios. Hay dos alternativas
en el arranque, usar una fuente auxiliar de alimentación que funciona hasta alcanzar
el 30 % del valor nominal por un corto periodo de tiempo o usar un puente
rectificador de diodos de potencia que son activados por el voltaje remanente que
7
queda almacenado en las bobinas del estator. De igual manera actúa por un corto
periodo de tiempo y luego es desconectado.
Cuando la operación del generador se realiza en modo aislado, la función del AVR
es mantener el voltaje constante en una referencia dada por el usuario
independiente de la carga conectada, la herramienta fundamental para realizar esto,
es censar el voltaje de las líneas de generación. Aquí la carga es inversamente
proporcional al voltaje, por lo tanto si la carga aumenta el voltaje tiende a disminuir,
por la tanto la excitación del campo debe aumentarse. Contrariamente, si la carga
disminuye el voltaje tiende a aumentar, por lo tanto la excitación de campo debe
disminuirse [X].
1.2.4 Regulador de velocidad.
El control de velocidad es necesario porque controla los recursos de potencia para
convertirlos en fuerza útil. El control de velocidad está dado por un equipo que
controla la entrada de energía para una unidad motriz a fin de obtener una
determinada potencia. Este equipo recibe la información de velocidad y carga de la
unidad motriz y ajusta la entrada de energía para mantener un nivel deseado para
una determinada aplicación. Este equipo puede controlar múltiples parámetros y
unidades motrices [X].
Para la regulación automática de la velocidad del motor se emplean una tarjeta
electrónica de control para la señal de entrada pick -up y salida del actuador. El pickup es un dispositivo magnético que se instala justo en el engranaje situado en el
volante del motor. El pick-up detecta la velocidad del motor, produce una salida de
voltaje debido al movimiento del engranaje que se mueve a través del campo
magnético de la punta del pick-up. El actuador sirve para controlar la velocidad del
motor en condiciones de carga. Cuando la carga es muy elevada la velocidad del
8
motor debe aumentar para proporcionar la potencia requerida y cuando la carga es
baja, la velocidad disminuye. Es decir, el fundamento del actuador es controlar de
forma automática el régimen de velocidad del motor sin aceleraciones bruscas,
generando la potencia del motor de forma continua. Normalmente el actuador se
acopla al dispositivo de entrada del fuel-oíl del motor.
1.2.5 Otras partes.
Sistema eléctrico del motor: El sistema eléctrico del motor es 12 ó 24 V de corriente
directa o continua (CD), con el negativo conectado a tierra. El sistema incluye un
motor de arranque eléctrico, una batería, sensores y dispositivos de alarmas de los
que disponga el motor. Normalmente, un motor dispone de un sensor de presión
de aceite y otro de temperatura.
Depósito de combustible y bancada: El motor y el alternador están acoplados y
montados sobre una bancada de acero de gran resistencia. La bancada incluye un
depósito de combustible.
Interruptor automático de salida: Para proteger al alternador, se suministra un
interruptor automático de salida adecuado para el modelo y régimen de salida del
grupo electrógeno con control manual. Para g rupos electrógenos con control
automático se protege el alternador mediante contactores adecuados para el
modelo adecuado y régimen de salida.
1.3 Sistema trifásico de un Grupo Electrógeno.
Partimos de la base de que si un conductor eléctrico corta las líneas de fuerza de un
campo magnético, se origina en dicho conductor una corriente eléctrica. La
9
generación de corriente trifásica tiene lugar en los alternadores, en relación con un
movimiento giratorio (Figura 1.3).
Figura 1.3. Principio fundamental de generación eléctrica.
Según este principio, existen tres devanados iguales independientes entre sí,
dispuestos de modo que se encuentran desplazados entre sí 120°.
Según el principio de la inducción, al rotar el motor (imanes polares con devanado
de excitación en la parte giratoria) se generan en los arrollamientos tensiones
alternas senoidales y respectivamente corrientes alternas, desfasadas también 120°
entre sí, por lo cual quedan desfasadas igualmente en cuanto a tiempo. De esa
forma tiene lugar un ciclo que se repite constantemente, produciendo la corriente
alterna trifásica. Todos los generadores trifásicos utilizan un campo magnético
giratorio. Aunque las tres corrientes son de igual frecuencia e intensidad, la suma de
los valores instantáneos de las fuerzas electromotrices de las tres fases, es en cada
momento igual a cero, lo mismo que la suma de los valores instantáneos de cada
una de las fases, en cada instante, como se puede ver en la Figura 1.4.
10
Figura 1.4. Representación de la corriente alterna trifásica.
En otras palabras, si rotamos un campo magnético a través de una bobina entonces
se produce un voltaje monofásico, en cambio, si colocamos tres bobinas separadas
por ángulos de 120° se estarán produciendo tres voltajes con una diferencia de fase
de 120° cada uno.
El funcionamiento de los grupos electrógenos se basa en el aprovechamiento de la
energía mecánica proporcionada por un motor de combustión interna de
combustible diesel en la mayoría de los casos, que proporciona un movimiento
mecánico de rotación que se transmite a un generador eléctrico.
Estos grupos electrógenos usan circuitos trifásicos, ya que es la mejor manera de
producir, transmitir y consumir energía eléctrica. Estas son algunas razones por lo
que la energía trifásica es superior:
• La potencia en kVA de un motor trifásico es aproximadamente 150 % mayor
que la de un motor monofásico.
• En un sistema trifásico balanceado los conductores necesitan ser el 75 % del
tamaño que necesitarían para un sistema monofásico con la misma potencia en
kVA, por lo que esto ayuda a disminuir los costos y por lo tanto a justificar el
tercer cable requerido.
11
• La potencia proporcionada por un sistema monofásico cae tres veces por ciclo.
La potencia proporcionada por un sistema trifásico nunca cae a cero por lo que
la potencia enviada a la carga es siempre la misma.
Los grupos electrógenos requieren una serie de equipos suplementarios para
protegerse, incluyen dispositivos diseñados para regular la tensión que se
proporciona a los usuarios.
1.4 Utilidad de los Grupos Electrógenos.
El continuo crecimiento de la civilización y de la tecnología han venido acompañado
siempre, por un incremento de la demanda de energía eléctrica. Las empresas e
industrias existentes, actualmente no podrían funcionar sin una rentable fuente de
electricidad. En el caso de los hospitales, estaciones de radio y otros servicios
públicos, un constante suministro de electricidad puede marcar la diferencia entre la
vida y la muerte. En varios países el poder eléctrico es suministrado por empresas
estatales que poseen plantas centrales de generación, las cuales, generalmente,
están sujetas ocasionalmente a interrumpir este servicio por mal funcionamiento en
sus equipos o por reparaciones. Para el usuario ese problema puede causar efectos
graves si no está preparado con una fuente de energía de reserva para evitar estas
interrupciones.
1.5 Aplicaciones de los Grupos Electrógenos.
En algunos casos donde los costos de operación de las plantas centrales
generadoras aumentan el valor de la energía suministrada, especialmente en las
horas de mayor demanda energética, el uso de un grupo electrógeno puede ser
una aplicación para solucionar el problema de costos por suministro de energía.
12
En áreas muy remotas, donde la energía de las centrales generadoras no está
disponible del todo, debido a lo costoso y poco rentable del suministro, las ventajas
de un grupo electrógeno son mucho más obvias. Sobre todo los grupos
electrógenos se aplican para tener una fuente de energía de reserva, este grupo
entrará en funcionamiento inmediatamente al faltar la energía eléctrica de la red, en
centros de pública concurrencia como hospitales, centros comerciales, industrias,
estadios, centros de comunicación masiva. Se emplean para que en ningún
momento o bien en corto tiempo se reinicie las actividades u operaciones que
necesitan de electricidad para su funcionamiento.
1.6 Bases Teóricas.
1.6.1 Micro controladores.
Un micro controlador es un dispositivo que dentro de él tiene varios circuitos. Estos
funcionan como una computadora al tener una CPU, memorias y unidades de
entrada y salida (E/S), según [Wikipedia (2012)].
Los micro controladores son circuitos especializados ya que se programan para que
ejecuten instrucciones muy específicas para cada proceso de E/S. Por eso, es que
mayormente se utilizan para controlar un conjunto de circuitos, como podrían ser
los electrodomésticos que nos facilitan la vida en las tareas del hogar.
Algunos de los posibles dispositivos de E/S pueden ser: convertidores analógicos a
digital y viceversa, temporizadores, buses de interfaz, etc. Los micro controladores
se programan por medio de un lenguaje de programación. En ese lenguaje se dan
las instrucciones al micro controlador de las cosas que deberá hacer. Si no se
programa el micro controlador no hará nada.
13
Es importante destacar el uso de micro controladores ya que reducen
considerablemente el diseño del circuito a realizar, aminorando sus costos y su peso
ahorrando espacio.
Las partes principales de un micro controlador son las siguientes:
• Procesador.
• Memoria ROM.
• Memoria RAM.
• Buses de comunicación.
Algunos de los principales recursos auxiliares de los micros controladores son:
Timers:
Se emplean cuando se
requiere controlar periodos de tiempo
(temporizadores) y para llevar la cuenta de acontecimientos que suceden en
el exterior (contadores).
Watchdog: Como un micro controlador funciona sin la intervención de la mano
humana, Los micro controladores poseen un watchdog, que traducido al
español es “Perro Guardián”. Este consiste en un temporizador que, cuando
se desborda y pasa por 0, produce un reinicio (reset) automáticamente en el
sistema.
Estado de reposo o bajo consumo: Este recurso es usado cuando el micro
controlador espera a que ocurra un acontecimiento externo, para volverse a
poner en funcionamiento. Para ahorrar energía, los micro controladores
disponen de una instrucción especial, que les pasa al estado de reposo o de
bajo consumo, en el cual los requerimientos de potencia son mínimos. Al
activarse una interrupción (cambio de flanco en alguna de las entradas del
micro controlador) ocasionada por el acontecimiento esperado, el micro
controlador reanuda su trabajo.
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Conversor A/D y conversor D/A: Los micro controladores que poseen conversores
A/D (Analógico-Digital) y D/A (Digital-Analógico) son capaces de procesar
cualquier tipo de señal analógica discretizándola en tantos bits como se
halla programado el micro controlador (resolución de entrada analógica) y
en el caso de D/A, se realiza con una resolución de 256 bits.
Puertos de comunicación: Los micro controladores pueden comunicarse con otros
dispositivos externos, otros buses de microprocesadores, buses de sistemas
y pueden ser adaptados con otros elementos bajo normas y protocolos.
1.6.2 Sistema de control.
Según [Wikipedia (2012)], “Es una entidad material formada por partes organizadas,
sus componentes, que interactúan entre sí de manera que las propiedades del
conjunto, sin contradecirlas, no pueden deducirse por completo de las propiedades
de las partes”.
Según [Ogata (2007)], “Un sistema es una combinación de componentes que actúan
juntos y realizan un objetivo determinado. Un sistema no necesariamente está
limitado a los sistemas físicos… ”.
De acuerdo a las definiciones anteriormente planteadas se puede concluir que un
sistema no es más que un conjunto de componentes organizados de tal forma que
interactúen entre sí, con la finalidad de lograr un objetivo. Esta definición puede
aplicarse a muchas ramas, tales como: Filosofía, Matemática, Economía, etc.
En el área industrial un sistema de control está definido por un conjunto de
componentes combinados entre sí, los cuales son capaces de regular su conducta o
la del sistema, para de esta forma obtener la respuesta deseada. Existen diferentes
tipos sistemas de control, los cuales pueden dividirse en:
15
1. Sistemas de control realimentados o a lazo cerrado : Estos sistemas mantienen
una relación entrada vs. salida y utilizan esta dife rencia como medio de control
(Figura 1.5). Dichos sistemas son usados para conseguir un control más exacto. La
señal a ser controlada debe ser realimentada y comparada con la entrada de
referencia del sistema, y ser enviada una señal actuante, la cual será proporcional
a la diferencia existente entre la entrada y la salida a través del sistema para así
corregir el error.
Figura 1.5. Sistema de control a lazo cerrado.
En [Hostetter, Gene (1990)] se presentan las ventajas de los sistemas de control
realimentados, de las cuales se extraen las siguientes:
• Pequeña sensibilidad a los cambios: Los diferentes sistemas pueden ser
diseñados para tratar de obtener error cero, a pesar de los cambios en la
planta.
• Incremento
en
la
rapidez de
respuesta
y anchura
de banda:
La
retroalimentación puede utilizarse para incrementar la gama de frecuencias
sobre la cual un sistema responde y hacer que responda más satisfactoriamente
a las necesidades propuestas.
• Incremento en la exactitud: El sistema a lazo cerrado se puede diseñar para
llevar a cero el error entre las respuestas deseadas y la medida.
• Reducidos efectos de las perturbaciones: Se pueden atenuar notablemente los
efectos de perturbaciones al sistema.
16
2. Sistemas de control a lazo abierto: La salida del sistema no proporciona efecto
sobre la acción de control (Figura 1.6). Los componentes de un sistema de control
no realimentado se pueden dividir en: controlador y los procesos controlados.
Figura 1.6. Sistema de control a lazo abierto.
En los sistemas a lazo abierto [Ogata, Katsuhiko (2005)] la salida no se compara con
la entrada de referencia. A cada entrada de referencia le corresponde una condición
de operación fija, como resultado la precisión del sistema depende de la calibración.
Ante la presencia de perturbaciones, un sistema de control a lazo abierto no realiza
la tarea deseada.
En [Rodríguez, Daniel (1995)] se afirma que los sistemas de control de lazo abierto
son muy utilizados en aplicaciones no críticas, esto gracias a su simplicidad y
economía.
1.6.3 Automatización.
La automatización es un conjunto de técnicas cuyo objetivo primordial es el control
de maquinarias sin la intervención humana. Actualmente se han reconocido bases
científicas y conceptuales que definen la automatización como una ciencia con
fundamentos bien definidos. En cuanto a este planteamiento, en [ Borrel, Máximo y
otros (1995)] se expresa:
17
“...En todas las aplicaciones de la automatización puede reconocerse no solo el
interés en definir y estudiar los medios para llevar a cabo transformaciones de
energía, sino también las modalidades según las cuales dichas transformaciones han
de cumplirse. En otros términos, no es importante, a fines de la automatización, la
estructura íntima de las máquinas, ya sean motoras u operadoras, sino más bien el
estudio de las leyes exteriores, de la organización y de los encadenamientos mutuos
que han de cumplirse entre ellas o entre sus partes.” (p. 366).
Por lo anteriormente expuesto, puede definirse que la automatización, como ciencia,
estudia las leyes que regulan el intercambio de información, entre las partes que
conforman un sistema.
En [López, G (2006)] se expresa:
“La automatización hoy en día es más requerida que nunca para que una industria
mantenga la competitividad, los niveles de producción y los estándares de calidad
exigidos en los mercados internos y externos. Gran cantidad de maquinaria y
equipos de funcionamiento en las distintas industrias latinoamericanas carecen de la
tecnología apropiada para producir en forma eficiente. La adquisición de modernos
equipos representa altas inversiones que no siempre son adecuadas o
indispensables.”
1.6.4 Dispositivos de medición.
Todo el control industrial depende de la capacidad de medir con exactitud y rapidez
el valor de la variable controlada. De modo general, se ha encontrado que la mejor
manera de medir el valor de una variable controlada es convertirla en una señal
eléctrica de algún tipo y detectar la señal eléctrica con un dispositivo eléctrico de
medición [Maloney (1997)].
18
Estos dispositivos son sumamente necesarios, ya que, son los encargados de
transformar una señal física de cualquier tipo en una señal eléctrica, la cual es
mucho más fácil de manejar.
1.6.5 Elementos de mando y señalización.
Conforman el conjunto de elementos que deben introducirse para señalizar cada
uno de los estados que tiene una máquina, y de los mecanismos que se encargan
de enviar señales de control a la máquina. Entre estos elementos se tienen:
• Elementos de retención: Son empleados generalmente para generar la señal de
inicio del sistema, o de un posible paro momentáneo o de emergencia. El
dispositivo de este tipo más común es el Pulsador (Figura 1.7).
Figura 1.7. Pulsador industrial.
• Interruptores mecánicos de final de carrera: Estos interruptores son capaces de
detectar la presencia o la ausencia de cualquier elemento, mediante el contacto
entre un interruptor situado en el mismo y el elemento a controlar (Figura 1.8).
19
Figura 1. 8. Relay de final de carrera.
• Contactores: Estos dispositivos eléctricos son capaces de manejar señales de
encendido y apagado. Están formados por una bobina y una serie de contactos
(abiertos o cerrados dependiendo del tipo de configuración). Su principio de
funcionamiento se basa en inducir una corriente a través de la bobina, la cual a su
vez, generará un campo magnético, haciendo conmutar los contactos. Se utilizan
para regular secuencias lógicas con cargas de alta impedancia y sistemas de alta
potencia (Figura 1.9).
Figura 1. 9. Contactor de cuatro cont actos.
20
CAPITULO 2. “REGULADORES DE VOLTAJE”
2.1
Generalidades sobre los Reguladores de Voltaje.
Un regulador de voltaje (AVR), también llamado estabilizador 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 [X], ver Figura 2.1.
Los estabilizadores de tensión de línea aparecieron en el mercado como una
solución al problema de las caídas y elevaciones de la tensión de la red domiciliaria,
aunque existen también otros tipos de disturbios transitorios como pueden ser picos
de alta tensión e interferencias de media o alta frecuencia que afectan la calidad de
la energía. La mejora en los servicios y los avances tecnológicos no han podido
eliminar esos problemas, por lo que los estabilizadores se han ido popularizando
cada vez más.
Figura 2.1. Esquema función interna de un regulador de voltaje .
Son diversos los tipos de reguladores de voltaje que existen en la actualidad, los más
comunes son de dos tipos: para uso doméstico o industrial. Los primeros son
utilizados en su mayoría para proteger equipos de cómputo, videos o
21
electrodomésticos de forma general. Los segundos protegen instalaciones eléctricas
completas, aparatos o equipos eléctricos sofisticados, fábricas, entre otros.
El motivo que fundamenta su implementación es precisamente la provisión de
tensiones lo más cercana posible a tensiones nominales de 110 V ó 220 V efectivos,
frente a una variación de la entrada, que podría rondar del –20 al + 15%, que es
una rango bastante amplio de cobertura [X].
El costo de un regulador de voltaje estará determinado en la mayoría de los casos
por su calidad y su vida útil en funcionamiento continuo.
Ahora bien, si bien estos reguladores de tensión se clasifican en dos grandes grupos,
en este trabajo de diploma se hace una pequeña referencia a los de tipo industrial,
que se acoplan en la actualidad a los g rupos “Generadores de Emergencia” o
grupos electrógenos de otro tipo como los de “Generación Continua”.
2.2
Antecedentes.
El costo y la complejidad de los equipos electrónicos que son alimentados por la red
(entre los que contamos a los sistemas de computación) y que son perjudicados por
la alternancia de los niveles de tensión, también incidieron en la proliferación de
distintos tipos de estabilizadores, por lo que existen en la actualidad una gran
cantidad de marcas y modelos.
En los grupos electrógenos más avanzados se utilizan micro controladores para
operar todos los procesos que se hagan, la tomas de muestra de los sensores y las
comunicaciones entre la planta eléctrica y computadores externos. De esa manera
no es necesario estar en el grupo electrógeno para poder controlar los
acontecimientos que surjan de improvisto ya que eso lo hará el micro controlador.
22
En [Monclus S., Oriol, (Junio, 2005)], se estudian los micro controladores,
específicamente trata de cómo manejar, almacenar información y controlar los
diferentes impulsos en un micro controlador. El aporte que da este antecedente es
muy útil porque sirve como referencia para hacer el código fuente y un bosquejo de
las posiciones de las instrucciones a realizar por el grupo electrógeno.
En las plantas eléctricas de pequeño tamaño como es el caso del grupo electrógeno
analizado, es un factor muy importante la regulación de voltaje, ya que cuando se
conectan nuevas cargas a las ya conectadas, aunque sean relativamente pequeñas
el voltaje disminuye considerablemente. Por esta causa el sistema de regulación
tiene que ser muy eficiente para poder corregir las variaciones de carga que
pudieran existir en un momento determinado.
En [Briseño A., David G., (Junio de 2006)] se señalan los posibles circuitos de
reguladores de voltaje, las características de los mismos, las características de una
línea con regulación, líneas sin regulación y posee teoría sobre electrónica de
potencia. La información que se encuentra en el trabajo de investigación antes
mencionado aporta información valiosa para el diseño del regulador de voltaje por
la forma en que hace el muestreo del voltaje de salida.
2.3
Principio de funcionamiento de los reguladores de voltaje de los
generadores.
El funcionamiento del regulador que emplea un grupo electrógeno consistirá en
detectar el voltaje suministrado por el alternador (estator) de manera que cuando
llegue a un valor mantenga ese voltaje sin que aumente más [[1].Pedro Herrero
González].
23
Una vez que el regulador detecta que se alcanza un voltaje adecuado, se encarga
de cortar la corriente (excitación) que pasa por el rotor, anulando de esta forma el
campo magnético, con lo que el alternador deja de generar corriente, descendiendo
el voltaje. En cuanto el voltaje desciende el regulador vuelve a dejar pasar corriente
para generar el campo magnético, y así continuamente.
Así pues, el regulador se conecta a las escobillas + y - del rotor, bien directamente o
bien por medio de cables, para poder decidir sobre la corriente que circulará por el
campo de excitación (rotor).
2.4
Tipos de reguladores de voltaje.
Existen diversos tipos de reguladores en el mercado, tanto domésticos como
industriales, los cuales se clasifican de acuerdo al principio o tecnología de
regulación que utilizan. Los más importantes, que se describen a continuación, son:

Reguladores electromagnéticos.

Reguladores electromecánicos.

Reguladores ferro-resonantes.

Reguladores electrónicos.

Reguladores por pasos.
2.4.1 Reguladores electromagnéticos.
Los reguladores electromagnéticos (GRO) usan una bobina voltimétrica para
detectar el momento en que el voltaje alcanza el valor máximo permitido. Esta
bobina es de un cable muy fino y crea un campo magnético tanto mayor cuanto
mayor sea el voltaje.
24
El campo generado por esta bobina actúa sobre una lámina metálica de manera
que cuando el campo es suficientemente fuerte (voltaje máximo) atrae la lámina, la
cual deja de hacer contacto por uno de sus extremos, abriéndose el circuito de
excitación.
Este circuito de excitación es el que lleva corriente al rotor, de esta forma cuando la
lámina no hace contacto no circula corriente por el inductor y el alternador no
produce corriente, bajando el voltaje. El regulador actúa, por tanto, como un
interruptor que impide o deja pasar corriente al rotor.
Al disminuir el voltaje, el campo creado por la bobina voltimétrica no es capaz de
mantener la lámina, que vuelve a su posición haciendo contacto y cerrando el
circuito de manera que vuelve a circular corriente por el rotor y de nuevo hay
campo magnético y por tanto se genera corriente. Este proceso se repite
continuamente cuando el alternador gira a suficientes revoluciones. A estos
reguladores que tienen la opción de abierto y cerrado se les llama de un piso.
Como este movimiento mecánico de la lámina se repite continuamente se produce
un gran desgaste y para mitigarlo se creó el regulador de dos pisos GROX [[1].Pedro
Herrero González], que es básicamente igual, pero incluye una posición adicional
intermedia.
Cuando el voltaje es menor al voltaje máximo el circuito permanece cerrado
pasando la corriente hacia el rotor. Al aumentar el voltaje la bobina crea campo
magnético suficiente para mover la lámina y abrir el circuito, pero en este caso la
corriente consigue pasar por una serie de resistencias y llega hasta el circuito de
excitación, aunque su valor es menor. En este caso si no se aumentan las
revoluciones, el voltaje puede mantenerse y el movimiento de la lámina es menor,
con lo que disminuye el desgaste.
25
Si el voltaje sigue aumentando la lámina se desplaza hasta un contacto que lleva la
corriente directamente a masa, con lo cual la corriente no llega al inductor y el
voltaje cae volviendo la lámina a la posición intermedia, y si no es suficiente para
generar de nuevo el voltaje máximo vuelve a la posición inicial. El proceso se repite
continuamente, pero el movimiento de la lámina disminuye y por tanto el desgaste
es menor.
2.4.2 Reguladores electromecánicos.
Los reguladores electromecánicos basan su principio de funcionamiento en un auto
transformador de columna. Sobre la columna ferromagnética 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 el voltaje de salida se desvía de su valor de calibración, ajustándose
automáticamente y con ello mantiene permanentemente el voltaje de salida estable.
La respuesta es lenta a las variaciones rápidas de tensión.
Según [X], 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.
Este tipo de regulador es muy utilizado para alimentar cargas que poseen corrientes
de arranque importantes, como motores, equipos de aire acondicionado, bombas,
etc. Es muy utilizado en instalaciones eléctricas de importancia como son
subestaciones e instalaciones eléctricas que manejen grandes cargas. Su vida útil es
mayor a 25 años en funcionamiento continuo a plena carga, debido a su diseño y
robustez.
26
2.4.3 Reguladores ferro-resonantes.
La ferro-resonancia es la propiedad de diseño de un transfo rmador, por medio de la
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 ferro-resonancia es similar a aquella de
los circuitos lineales con condensadores 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 ferro-resonantes,
la resonancia se usa para reducir los cambios en el voltaje de alimentación para
suministrar un voltaje más constante a la carga.
Este tipo de regulador está constituido por un transformador especial de tres
bobinados, en el cual uno de ellos se encuentra sintonizado a la frecuencia de red,
formando un circuito tanque que le permite absorber pequeñas y bruscas
variaciones en la tensión de línea (como micro-cortes, transitorios, etc.). Tiene alta
velocidad de respuesta, la tensión de salida no presenta saltos y es estable dentro
de un cierto rango de entrada. El factor de atenuación de ruidos eléctricos es alto
debido al transformador separador, pero son mecánicamente ruidosos, con bajo
rendimiento al generar mucho calor, además de ser voluminosos y pesados.
2.4.4 Reguladores electrónicos.
Los reguladores electrónicos utilizan componentes electrónicos, que tienen muchas
ventajas respecto a los elementos mecánicos de los reguladores electromecánicos:
no tienen movimiento y por lo tanto carecen de desgaste, su peso es mucho menor,
27
su tamaño es también menor permitiendo colocarlos directamente en las escobillas,
y en definitiva son más fiables y eficaces.
El principio de funcionamiento es idéntico a los demás, el regulador funciona como
un interruptor que corta la corriente del rotor cuando el voltaje llega a un
determinado valor. 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. Se necesita un elemento que sea capaz de detectar el voltaje, y ese
elemento es el diodo Zener.
Su tiempo de respuesta y velocidad de regulación son rápidos, además de ser
económicos en comparación a los otros tipos. Sin embargo, los rangos de tensión
de entrada son reducidos y la precisión de la tensión de salida es baja de +/ - 3 % a
+/- 5 % [[3].Los reguladores electrónicos].
Para cortar la corriente o dejarla pasar se utilizan transistores, asociados como fases
de potencia (también existen modelos con tiristores). Se alimenta el circuito de
excitación a través de un transistor T2, cuya base estará alimentada cuando el voltaje
sea inferior al máximo (T2 conduce).
Cuando el voltaje alcanza un valor máximo, el diodo Zener actúa dejando pasar
corriente que alimenta la base de otro transistor, T 1, que desvía a masa la corriente
que antes iba a la base del transistor T2. De esta forma, la corriente que antes iba al
rotor ahora va a masa (T2 no conduce) y además el circuito de excitación está
abierto (T1 conduce a masa).
El inductor no recibe corriente, no hay campo magnético y el alternador no genera
corriente, con lo que el voltaje disminuye, el diodo Zener de ja de conducir y ya no
alimenta la base de T1 que deja de conducir, pasando a la base de T 2 que vuelve a
28
conducir y la corriente de excitación se dirige de nuevo al rotor. Este proceso se
repetirá continuamente, pero el proceso es electrónico y no hay desgaste.
Al igual que los electromagnéticos, los reguladores electrónicos se conectan a las
escobillas + y - del rotor. En un principio mediante cables igual que los
electromagnéticos, y posteriormente directamente a las escobillas gracias a su
reducido tamaño.
Los reguladores electrónicos incorporan además otros elementos electrónicos como
resistencias, condensadores, etc. que sirven para controlar las corrientes interiores y
proteger los distintos elementos principales. Son poco importantes, pues varían
mucho de un modelo a otro, no se puede actuar sobre ellos ni comprobarlos y son
complementos adicionales.
Pero hay un elemento que si se debe tener en cuenta ya que su correcto
funcionamiento es importante y se puede comprobar fácilmente, es el diodo de
protección. Este diodo conecta las escobillas - y + de forma que permite que
cuando se corta la corriente, la corriente de autoinducción que se genera re -circule
por el rotor sin entrar en el regulador, debido a que esta corriente es de un alto
voltaje y podría dañar el regulador. Se comprueba con una lámpara de pruebas,
viendo que no está cortocircuitado (no conduce de + a -), ni cortado (no conduce
en ninguno de los dos sentidos).
2.4.5 Reguladores por pasos.
El principio de funcionamiento de estos estabilizadores se basa en la elección de una
u otra derivación de un auto transformador, según el valor de la tensión de entrada.
Normalmente la elección de la derivación es realizada automáticamente, mediante
29
conmutadores que operan comandados por un circuito electrónico de control que
compara un valor interno de referencia, con una muestra de la tensión de entrada.
Este sistema funciona bien en el caso de cargas fijas donde puede preverse la caída
que se produce en el bobinado que conduce la corriente. A mayores potencias y
cargas variables es necesario circuitos de regulación más elaborados. La forma de
conmutar los distintos bobinados del
auto
transformador es utilizando
conmutadores mecánicos (relees) o electrónicos de estado sólido (Triacs). Los
primeros soportan mejor las sobrecargas transitorias, como por ejemplo, las
producidas por arranque de motores, pero tienen menor velocidad de respuesta.
Los equipos con Triacs son más rápidos, pero más sensibles a las variaciones dV
dt
o cortocircuitos.
Una variante muy importante dentro los reguladores por pasos lo constituye el
denominado estabilizador “Tipo Booster”. En este tipo de regulador la corriente de
la carga no circula por los elementos de conmutación. La elevación o reducción de
la tensión de entrada tiene lugar en un transformador cuyo secundario está en serie
con la línea y la carga. Variando la tensión del primario de dicho transformador se
consigue la regulación de la salida. La inductancia propia del transformador serie,
representa un factor de atenuación muy importante en la reducción de los ruidos de
línea y picos transitorios.
Otras características, como rango de operación y precisión del voltaje de salida se
corresponden con lo mencionado para los estabilizadores por pasos. Se trata de
equipos muy confiables, con una gran capacidad de sobrecarga, tanto instantánea
como por largos períodos.
30
2.5
Problemas que solucionan los reguladores de voltaje.
Los reguladores de voltaje a pesar de lo que su nombre indica, brindan solución a
otros problemas presentes en las líneas de distribución y transmisión. Algunos de
estos problemas son [Problemas que soluciona y previene un regulador]:

Voltaje fuera de lo especificado por las normas.

Caídas de voltaje.

Ruido.

Sobre impulsos o picos.

Sobre voltajes o tensiones.
2.6
Problemas que previenen los reguladores de voltaje.
Independientemente de los problemas que pueda llegar a tener un regulador de
voltaje, está la importancia de contar con uno, debido principalmente a los
problemas que previene [Problemas que soluciona y previene un regulador], como
son:

Desgaste innecesario de los componentes electrónicos.

Operación incorrecta e innecesaria de protecciones eléctricas.

Pérdida inexplicable de información.

Datos extraños en archivos indexados de bases de datos.

Daños permanentes de hardware, discos rígidos, memorias y micros.

Enclavamiento de programas en ejecución sin motivo aparente.

Pérdida sin sentido de la FAT del disco duro.

Parpadeo de monitores.
 Disminución de la vida útil de los componentes de una máquina, por
exigencias de trabajo.
31
2.7
Beneficios de contar con un regulador de voltaje.
Definitivamente, contar con un regulador de voltaje posee beneficios no solo desde
el punto de vista económico, sino también del material ya que prolonga el tiempo
de vida útil de los equipos protegidos con el mismo. Según [[2].Reguladores de
Voltaje], los beneficios serían:

Funcionamiento permanente y seguro de todos sus equipos. Las variaciones de
voltaje de la red eléctrica, los ruidos y los disturbios eléctricos no afectarán el
funcionamiento, la calidad de sus procesos y el tiempo de fabricación.

Elimina los recursos económicos gastados innecesariamente en reparaciones
debidos a las deficiencias mencionadas anteriormente y aprovechando todo el
potencial instalado (recursos técnicos y humanos, materiales y tiempo).

Incremento en la productividad y eficiencia del sistema protegido, así como
aumento de la vida útil de sus equipos.

El costo de los equipos reguladores de voltaje estadísticamente llegan apenas
al 7 % del costo total del equipo protegido.
2.8
Términos utilizados para describir a los reguladores de voltaje.
A continuación se relacionan los principales elementos a tener en cuenta a la hora
de describir un regulador de voltaje, según [[2].Reguladores de Voltaje].
Temperatura de operación: Es el rango de temperaturas en el cual puede trabajar el
equipo.
Temperatura de almacenamiento: Es el rango de temperaturas en el que puede
guardarse o someterse al estabilizador de voltaje, por ejemplo para su traslado.
32
Frecuencia de operación: Es la frecuencia de la red de energía eléctrica para la cual
fue diseñado el equipo, 50 Hz ó 60 Hz. El entorno de variación que se da indica que
el equipo puede funcionar con grupos generadores, que generalmente salen de
frecuencia con mucha asiduidad, y el equipo no pierde sus características.
Voltaje de entrada: Es el rango del voltaje de entrada al equipo, para el cual el
estabilizador es capaz de mantenerse en rango.
Voltaje de salida: Indica la variación que tiene el voltaje a la salida mientras el
estabilizador esté en rango, o sea, la entrada está dentro del rango establecido.
Cantidad de pasos: Indica la cantidad de llaves estáticas que posee cada equipo, a
mayor cantidad, mejores prestaciones.
Rendimiento: Es indicativo del consumo propio del regulador, cuanto más grande es
menor consumo propio tiene y mejor equipo es.
Distorsión armónica: Es la deformación que el regulador hace de la onda de
entrada, cuanto menor es, mejor es el equipo regulador.
Tiempo de respuesta: Es el tiempo que demora el equipo desde que detecta la
perturbación o cambio del voltaje en la entrada y lo corrige a su salida.
Conmutación: Es la tecnología implementada para construir las llaves estáticas.
2.9
Selección del regulador adecuado.
La función básica de un regulador automático de tensión es la de alimentar al
circuito de excitación de tal manera que pueda mantener constante la tensión de
salida del generador dentro de ciertos rangos de frecuencia y carga. La capacidad
de los reguladores se mide en kVA o kW. Según [[6].Selección del regulador], para
33
seleccionar el equipo que se necesita es necesario conocer cuatro puntos
importantes:

Voltaje de entrada o salida de los equipos a proteger: Es la tensión de salida o
entrada 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 Vatios para
equipos monofásicos y en kilovatios en sistemas trifásicos.

Campo de regulación del equipo: Es la capacidad que tiene el regulador de
corregir las variaciones de voltaje de la línea eléctrica (Precisión de salida en
rango de variación de entrada). 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 monofásicos de 220 V) o trifásicos.
Además de lo planteado por [[6].Selección del regulador], otros autores [X]
consideran igualmente importante tener en cuenta los siguientes parámetros a la
hora de seleccionar un AVR.
Arranque en frío: El AVR en el momento de arranque de la máquina, deberá
excitarla a partir de las pequeñas tensiones generadas por el magnetismo
remanente, con frecuencias inferiores a la nominal y además variable, debido a la
aceleración del motor impulsor.
34
Tensión de Medición: El AVR debe poder sensar tensiones flotantes y bifásicas.
Protección por baja frecuencia: Para evitar daños por sobre excitación en los
bobinados y diodos rotativos, en los momentos de arranque, parada o falla del
motor impulsor, se debe mantener baja la tensión de salida mientras la frecuencia
esté por debajo del valor nominal.
Compensación de frecuencia V/F: Para el caso de una sobrecarga transitoria que le
haga perder velocidad al motor impulsor más allá de un límite establecido. Este
deberá disminuir la tensión de salida proporcional a la pérdida de velocidad. Así de
este modo, se disminuye la potencia generada dando la posibilidad al motor
impulsor de recuperarse más rápidamente. Esto le permite al grupo electrógeno
soportar impactos de carga mayores.
Límite de corriente: Permite parametrizar al AVR con distintas potencias de
generadores, protegiendo de esta manera bobinados, semiconductores y limitando
la potencia reactiva que este puede generar cuando trabaja en paralelo.
Parada por sobre-excitación: En caso de producirse una elevación de la tensión de
excitación por un tiempo prolongado se debe des-excitar la máquina. Este tiempo
es inversamente proporcional al valor de la sobre tensión y para resetear la falla se
debe parar por completo el generador y arrancarlo nuevamente.
Ajuste remoto: Permite al operador igualar las tensiones en el momento de
sincronización para la entrada en paralelo con otras máquinas y efectuado esto
permite modificar la potencia reactiva que aporta este al sistema.
Transformador de cuadratura: Produce una caída de tensión proporcional a la
potencia reactiva generada permitiendo de este modo un reparto de cargas estable
durante la operación en paralelo.
35
Entradas de control especiales: Es cada vez más frecuente encontrar sistemas de
generación automáticos que deben operar sin ser atendidos donde dos o más
generadores funcionan a demanda, efectuándose las maniobras de arranque,
paralelo y distribución de cargas controladas por un PLC dedicado.
Para estas situaciones el AVR debe contar con una entrada opto aislada que le
permite al PLC modificar la tensión de salida por medio de una señal controlada por
ancho de pulso (PWM).
36
CAPITULO 3. “SISTEMA DE REGULACIÓN PROPUESTO”
3.
Diagrama en bloques.
En la Figura 3.1 se puede observar el diagrama en bloques del circuito propuesto,
en ellos hay líneas de flujo que se encargan de mostrar el sentido en que fluye la
corriente. Las líneas tienen diferentes colores a fin de identificarlas fácilmente, a
continuación se indicará qué características tiene cada color.

Amarillo: Voltaje de 24,3 V que salen de la batería.

Naranja: Son cables de alimentación de los reguladores de voltaje.

Marrón: Son cables que aportan información digital.

Azul: Son cables analógicos de corrientes medias.

Verde: Son cables que aportan información analógica.

Rojo: Líneas trifásicas que salen del generador.
Figura 3.1. Regulador de voltaje.
En la Figura 3.1 se puede observar un primer cuadro que dice generador y otro que
dice líneas trifásicas, esto es porque al excitar los campos del generador se produce
voltaje en las 3 fases, en realidad este sería un solo componente pero para
visualizarse mejor en el diagrama en bloques se tomarán por separado. Una vez que
37
hay voltaje en las líneas trifásicas se toma la muestra de las tres líneas y se hace
pasar por un filtro que lo rectifica, lo filtra y le baja el voltaje para poder ser
manejado en el comparador. En el comparador se introduce una señal de referencia
fija que sale de un regulador de voltaje de 20 V. La salida del comparador entra en
otro filtro que funciona como un circuito de segundo orden en control, ya que sin él,
el circuito oscilaría. Después pasa por un amplificador y finalmente por la etapa de
potencia donde se surte la corriente para magnetizar los campos del generador.
3.1
Funcionamiento que deberá tener el Grupo Electrógeno.
Se desea que en el futuro al grupo electrógeno se le pueda implementar un sistema
supervisor que monitoree y automatice su funcionamiento. De primer lugar el grupo
electrógeno debe tener una llave de encendido o de apagado, donde el encendido
pone en funcionamiento el supervisor y se mantiene a la espera de que se oprima el
botón de encender la planta.
En el momento que se oprime el botón de encendido el supervisor activa el relé de
calentar los cilindros durante 30 segundos, esta acción se usa porque los motores
Diesel necesitan una temperatura elevada dentro de los cilindros para que la mezcla
pueda entrar en combustión.
Culminados los 30 segundos se desactiva el relé de calentar cilindros y se revisa la
entrada de exceso de temperatura, si el sensor de temperatura está en un nivel bajo
quiere decir que la temperatura del motor está bien de lo contrario entra en modo
fallo apagando el motor.
Luego de hacer la revisión de temperatura se activa el relé del motor de arranque
eléctrico, tarda 3 segundos activado y se vuelve a desactivar. En éste momento el
motor Diesel debe estar prendido a su mínima velocidad, pasados 10 segundos el
38
supervisor revisa la entrada de presión de aceite, si el sensor de presión de aceite
indica una señal alta quiere decir que la presión de aceite está bien de lo contrario el
supervisor entra en modo de falla apagando la planta.
El tiempo de espera para que el motor Diesel se caliente es de uno 30 segundos,
culminado este tiempo el supervisor activa el relé que enciende el gobernador
electrónico, una vez encendido él va acelerando el motor de la planta eléctrica hasta
que alcanza las 1800 rpm y se estabiliza a los 5 segundos, de todos modos el
supervisor espera 10 segundos y revisa las entradas de sobre velocidad y la de sobre
carga, si ninguna de las 2 están activadas quiere decir que todo va bien, de lo
contrario apagaría la planta por cualquiera de las dos fallas.
El siguiente paso que hace el supervisor es activar el relé que prende el generador o
lo que es igual el sistema de excitatriz. El sistema es controlado por el regulador de
voltaje, para que el sistema se estabilice y alcance los necesarios 120 V rms trifásicos.
Pasan 8 segundos, pasado este tiempo el supervisor revisa las entradas de sobre
voltaje y bajo voltaje y si todo está bien activa el contactor trifásico con capacidad
de 225 A que va a la salida del generador.
El ciclo automático concluye con la activación del contactor, desde este punto en
adelante el supervisor revisa todas las entradas anteriormente mencionadas más la
entrada de apagado, una y otra vez, y de ese modo el grupo electrógeno está
protegido contra cualquier falla.
3.2
Diseño y selección de los componentes a utilizar.
La primera etapa fue de regulación de voltaje, se colocó una resistencia de potencia
de 2 W y un diodo Zener de 24 V para obtener a la salida del regulador 24 V de CD
que alimenta al sistema de regulación.
39
El regulador de voltaje tiene que medir el voltaje de las tres fases que salen del
generador al mismo tiempo. Para hacer esto posible con los comparadores LM324
el voltaje se baja a niveles más manejables por medio de un divisor de tensión, el
cual reduce el voltaje diez (10) veces para obtener unos 12 V de CA. Luego pasa por
un rectificador de voltaje y un condensador, el voltaje que sale de esta etapa ya es
de CD. Hay tres señales que provienen de las tres fases y para poderlas comparar se
diseñó un arreglo de resistencias para que de ese modo salga una sola señal.
La señal se vuelve a rectificar con un condensador para quitarle los posibles ruidos
que pueda tener, luego se compara con un amplificador operacional modelo
LM324, donde tiene una señal de referencia prefijada de 12 V, el amplificador
operacional se encarga de aumentar o disminuir el voltaje de su salida dependiendo
de las dos señales de entrada y de su retroalimentación.
La siguiente etapa es la etapa de potencia donde se utilizó un transistor MOSFET de
potencia modelo MJ122T4, la salida de ésta etapa se acopla el sistema excitatriz del
generador. En la Figura 3.2 se muestran los componentes principales del regulador
de voltaje.
Figura 3.2. Componentes del regulador de voltaje.
40
3.3
Diseño del circuito de regulación de voltaje.
El circuito implementado a continuación es un circuito bien simple; su diseño sencillo
y con elementos fáciles de obtener en cualquier mercado, sumado al bajo precio de
todos sus componentes, lo hace ideal para su confección y posterior empleo.
Para comenzar el diseño del regulador de voltaje es necesaria la colocación de un
fusible a la entrada del circuito, ya que se manejan altos valores de corriente para
poder magnetizar el generador. Para saber la capacidad del fusible hay que sumar
el consumo de todos los elementos del circuito. El consumo que tiene el circuito de
control no excede 1 A, ya que son pocos integrados, pero el transistor de potencia
que surte la Iexcitación (en este caso se emplea un MJ122T4 en configuración
Darlington NPN, por su alta de ganancia) puede llegar a consumir hasta 8 A.
Sumando estas dos corrientes se puede elegir el fusible adecuado, en este caso se
elige uno de 10 A (el inmediato superior disponible).
Para la alimentación del circuito se utiliza una fuente de CD de 24 V que puede ser
obtenida del mismo banco de baterías que posee el grupo generador o bien una
fuente externa. Se debe utilizar la misma corriente de excitación que genera el
propio generador, pero para esto sería necesario implementar una fuente regulada
de alimentación del circuito. Esto se puede lograr con un diodo Zener de 24 V en
serie con una resistencia de 800 Ω y 2 W, conectada a la base de un transistor de
potencia, debido a que se va a operar con valores altos de I dependiendo de si se
está o no excitando el generador en ese momento. Esta fuente se emplea con el
objetivo de proteger al circuito regulador de sobre voltajes momentáneos. Para
simplificar el circuito, se decide tomar como fuente de CD el banco de baterías del
propio generador.
Para poder hacer la regulación de voltaje se tiene que tomar el voltaje de las tres
fases que salen del generador y convertirlas en una sola señal de CD y de bajo
voltaje. Para hacer esto posible, cada fase que debe generar 120 V de CA rms, se
41
hace pasar por una serie de diodos rectificadores (1N4002) para rectificar la señal de
CA. A continuación se coloca un divisor de voltaje con resistencias de 120 kΩ y 10
kΩ y nuevamente se rectifica este voltaje a través de otros diodos rectificadores
(nuevamente 1N4002) para ser unidas las tres fases en una sola. Después se colocan
en paralelo, un condensador de 100 nF y una resistencia de 6 MΩ conectados a
tierra. El condensador es para quitar el rizado y la resistencia funciona como una
fuga de corriente para asegurar que el voltaje del condensador sea reciente.
La siguiente etapa es comparar el voltaje anteriormente mencionado en un
amplificador operacional modelo LM324, con otra entrada prefijada por el operador
de la planta, por medio de un potenciómetro de 100 kΩ. En este caso no hay
retroalimentación así que solo se tienen dos estados lógicos a la salida (o sea,
existirá o no un valor de voltaje a la salida del mismo) y para converti rla en CD se
hace pasar por una resistencia de 10 kΩ y un condensador de 200 µF. Con esta
configuración lo que se logra es sacar el promedio de la señal con solo dos estados
lógicos. A continuación se pasa por otro LM324 que excita la base del transistor de
potencia (Darlington NPN MJ122T4) para que empiece a conducir. En el emisor del
transistor se conecta la retroalimentación del propio amplificador operacional con
una ganancia de uno y de ahí al circuito excitador de la máquina.
En el circuito se colocaron dos comparadores adicionales modelo LM324, para
indicar al operador de la planta cuando el voltaje esté bajo o esté alto. Cada
comparador usa una señal de referencia fija por medio de un potenciómetro pre
ajustado por el operador de la planta.
En las siguientes figuras (Figura 3.3 y 3.4) se muestra el circuito esquemático general
del regulador de voltaje propuesto y los principales bloques que lo conforman.
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Figura 3.3. Circuito esquemático del regulador de voltaje.
Figura 3.4. Bloques principales del circuito esquemático del regulador de voltaje.
43
3.4
Simulaciones realizadas para el circuito de regulación de voltaje,
tomando 120V AC como voltaje nominal.
El circuito regulador de voltaje fue simulado en el software de simulación “Multisim
10.1” de la compañía “National Instruments”, en donde se corrió el circuito regulador
para tres estados de generación tomando como voltaje nominal 120V AC rms.
3.4.1 Simulación para voltaje nominal.
Primeramente se simuló para las condiciones de voltaje normal (120 V de CA rms),
en donde se pudo constatar que el circuito operaba de forma correcta ya que no se
excitaba el generador para evitar sobretensión y no se disparaba ninguna alarma de
bajo o alto voltaje.
Como se puede observar en la Figura 3.5 el voltaje censado de las tres fases (12.4 V
de CD) está por encima del valor de control (12.2 V de CD). O sea, el voltaje está en
un rango normal o ligeramente superior, a las vez que se encuentra por debajo de
valor de alto voltaje (13.7 V de CD) y por encima del de bajo voltaje (11.0 V de CD).
El circuito opera correctamente.
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Figura 3.5. Simulación para las condiciones de voltaje no minal.
3.4.2 Simulación para bajo voltaje.
En la segunda simulación que se realizó, para bajo voltaje, se ajustó el
potenciómetro de bajo voltaje para un valor correspondiente en el generador de
105 V de CA rms y se tomó este valor como referencia para que se active la lámpara
de alerta de bajo voltaje (representado en el circuito por un led rojo). En este caso
también se observa el comportamiento de todas las variables medidas, lo cual se
puede ver en la Figura 3.6.
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Figura 3.6. Simulación para bajos voltajes.
Nótese que para estas condiciones de voltaje se activa la lámpara de alerta de Bajo
Voltaje, puesto que el voltaje censado de las tres fases (10.9 V) está por debajo del
valor mínimo que se considera como voltaje nominal referido (11.0 V). A la vez está
también por debajo del voltaje de control (12.2 V), por lo que el circuito de
excitación opera dejando pasar corriente (8.32 A) al rotor del generador. El circuito
opera según lo esperado.
3.4.3 Simulación para alto voltaje.
En una tercera simulación se consideró que el voltaje a la salida del generador
superó el límite de voltaje nominal superior establecido con el potenciómetro de
alto voltaje (13.7 V), correspondiente a 135 V de CA rms en el generador. En la
Figura 3.7 se muestra el comportamiento del regulador para estas condiciones.
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Figura 3.7. Simulación para voltajes altos.
En esta ocasión se encendió la lámpara de alto voltaje, ya que el voltaje censado
(14.1 V) es superior al límite establecido con el potenciómetro para alto voltaje (13.7
V), a la misma vez que es mayor que el voltaje de control (12.2 V), por lo que se
deja de excitar el generador.
De esta manera este simple circuito es capaz de controlar la excitación del
generador. Este circuito está diseñado para mantener el voltaje a la salida del
generador lo más próximo posible a los 120 V de CA rms, estableciendo como límite
de bajo y alto voltaje el valor de 105 V de CA rms y 135 V de CA rms,
respectivamente. Es válido aclarar que este circuito no controla ninguna otra variable
externa, el mismo no es capaz de desconectar el generador en caso de que este no
pueda alcanzar el voltaje nominal, solo alertará en caso de alto y bajo voltaje para
que sea desconectado manualmente por un operador de ser necesario.
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3.5 Simulaciones realizadas para el circuito de regulación de voltaje,
tomando 220V AC como voltaje nominal.
Igualmente que para los 120V AC rms se decidió simular el mismo circuito a 220V
AC rms para comprobar su comportamiento ante tres estados de generación.
Para lograr esto se modificó el divisor de voltaje que sensa el voltaje de las tres fases
de manera que a la entrada del comparador a condiciones nominales existiera un
valor correspondiente a 12V DC. También se lograba con esto que no fuese
necesario modificar ninguno de los potenciómetros que establecían los valores e
alto y bajo voltaje.
3.5.1 Simulación para voltaje nominal.
Figura 3. 8. Simulación para voltaje nominal.
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Al igual que para los 120V Ac rms, el circuito operaba de forma correcta a voltaje
nominal cortándole la I excitación al generador, logrando así que el voltaje generado no
sobrepase los 220V AC rms.
3.5.2 Simulación para bajo voltaje.
Figura 3. 9. Simulación para voltajes bajos.
Nótese que para estas condiciones de voltaje se activa la lámpara de alerta de Bajo
Voltaje, puesto que el voltaje censado de las tres fases (11.1 V) está por debajo del
valor mínimo que se considera como voltaje nominal referido (11.3 V). A la vez está
también por debajo del voltaje de control (12.0 V), por lo que el circuito de
excitación opera dejando pasar corriente (8.32 A) al rotor del generador. El circuito
opera según lo esperado.
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3.5.3 Simulación para alto voltaje.
En esta ocasión se encendió la lámpara de alto voltaje, ya que el voltaje censado
(13.4 V) es superior al límite establecido con el potenciómetro para alto voltaje
(13.2V), a la misma vez que es mayor que el voltaje de control (12.0 V), por lo que
se deja de excitar el generador. El circuito opera de forma correcta.
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CONCLUSIONES
La variedad de reguladores de voltaje existentes en el mercado es amplia, pero sus
aplicaciones se ven limitadas por su tamaño y su tiempo de respuesta ante los
cambios de voltaje.
Los reguladores de voltaje electrónicos son los que mayores ventajas prometen para
aplicaciones de medianas y pequeñas potencias haciéndolo ideal para su aplicación
en grupos generadores.
El regulador de voltaje que se diseñó en el presente trabajo de diploma,
específicamente para el generador existente en el Batallón de Ingenieros “”
perteneciente a la provincia Villa Clara cumple con las características de la mayoría
de los reguladores de voltaje ya existentes en el mercado, aunque se le hicieron
pequeños cambios para simplificarlo, pero puede ser instalado en otras maquinarias
para generación de energía.
Su funcionalidad pudo ser simulada gracias a la herramienta “Multisim”, pudiéndose
comprobar su correcto funcionamiento para diferentes estados de generación.
Aunque queda por comprobar su comportamiento real, ante estos mismos estados.
Con unos simples cambios el circuito se puede modificar y ser utilizado lo mismo en
grupos generadores de 120V o 220V AC.
La simplicidad del circuito conlleva a la necesidad de tener un operador atendiendo
el grupo generador puesto que el circuito no apaga el generador ante altos o bajos
voltajes solo es capaz de brindar información visual ante estos problemas por medio
de indicadores luminosos en este caso leds de color rojo. Este problema puede ser
corregido con un simple circuito amplificador que gobierne unos relés que fuesen
capaces de desconectar los contactores magnéticos que conectan al generador con
la carga, a la vez que desconecte también el circuito excitador dejando de esta
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manera trabajando al generador en estado libre sin peligro ninguno para el propio
generador o las cargas.
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RECOMENDACIONES
En la actualidad existen una gran variedad de reguladores automáticos de voltaje en
el mercado internacional, totalmente automatizados y de rápida respuesta, a la vez
que integran todo tipo de protecciones ante anomalías en el sistema.
El circuito regulador que se diseñó en este trabajo de diploma puede ser mejorado
con funciones de protección ante altos y bajos voltajes con la simple introducción de
un circuito amplificador que sea capaz de desconectar la carga del generador al
recibir cualquier señal de problemas en la generación.
Diseñar un circuito gobernador que controle la velocidad del motor acoplado al
generador de manera que opere también ante los desbalances de voltaje,
mejorando el funcionamiento del regulador de voltaje.
Diseñar un circuito supervisor capaz que gobierne el funcionamiento del regulador
de voltaje y del gobernador implementando así un sistema completo de regulación
para cualquier generador. Su diseño seria simple empleando módulos PLC fáciles de
programar.
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REFERENCIA BIBLIOGRAFICA.
1 er. Capítulo.
[1].Pedro Herrero González - El Regulador.
http://www.cenidet.edu.mx/subaca/web-elec/tesis_dc/11DR_hvc.pdf
[2].Reguladores de Voltaje. Aplicaciones eléctricas.
http://www.cmos.com
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=rendering&return_to=Regulador+
de+Voltaje&collection_id=5005f88e31bf3f47&writer=rl
[3].Los reguladores electrónicos.
http://zip.rincondelvago.com/el-regulador
[4].Estabilizadores por pasos.
http://www.c-mos.com
[5].Problemas que soluciona y previene un regulador. Términos para describirlos.
http://www.c-mos.com\Porque protegerse con un Estabilizador de Voltaje.pdf
[6].Selección del regulador.
http:/ / www.corpnewline.com/selector_regulador.Htm
54
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