CURSO BSICO DE ELECTRNICA DE POTENCIA ORIENTADO A PALASBUCYRUS 495BPreparado por: Jos Barahona ArayaPrimavera de 2012
INDICE DE CONTENIDOS 1.- CONCEPTOS BSICOS……………………………………….. 3 2.-TERMINOLOGA……………………………………………………3 3.- INTRODUCCIN………………………………………………….. 43.1 CLASIFICACIN DE LOS CONVERTIDORES ……… 44.- INTERRUPTORES ELECTRNICOS……………………… 54.1 RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETASIMPLE……………………………………………….. 54.2 RECTIFICADOR TRIFASICO ………………………………64.2.1 RECTIFICADOR TRIFASICO NOCONTROLADO……………………………………………………………………………7 4.2.2 RECTIFICADOR TRIFASICO CONTROLADO …. 84.3 RECTIFICADOR TRIFASICO DE DOCE PULSOS . 115.- INVERSOR TRIFASICO………………………………………. 155.1 INVERSOR TRIFASICO PWM…………………………… 155.2 INVERSOR SIMOVERT-P SIEMENS …………………. 17
1.- CONCEPTOS BSICOSLa Pala Elctrica de Minera modelo 495-B es una mquinacompletamente elctrica y consta de tres unidades principales: lamaquinaria inferior, el puente giratorio y el equipo frontal. Lamaquinaria inferior sirve de base para el bastidor rotativo ycontiene el equipo necesario para propulsar la Pala. El puentegiratorio incluye el bastidor rotativo, el depsito de lastre y lasala de mquinas, conteniendo esta ultima toda la maquinarianecesaria para las funciones de levante, giro y empuje, comoasimismo los controles elctricos para comandar las operacionesmecnicas. Las sala de mquinas dispone adems de un sistema filtradorde aire para reducir al mnimo la acumulacin de calor y polvo en suinterior. La cabina del operador va montada en posicin elevadasobre la sala de mquinas y contiene todos los controles para operarla mquina.Este tipo de equipo es utilizado para cargar material (mineralestril) directamente de los frentes de carguo. Para esto utilizaprincipalmente cuatro movimientos: 1.- Levante – Bajada: a travs deeste movimiento se puede levantar y bajar el balde. Movimientorealizado por un motor de 2237 HP. 2.- Empuje- Recogida: estemovimiento permite acercar (empujar) y alejar (recojer) el baldedel frente de carguo. Movimiento realizado por un motor de 700 HP.3.- Giro: este movimiento permite girar la parte superior de laPala en 360 y en ambos sentidos. Movimiento ejecutado por dosmotores de 505 HP c/u que trabajan de forma simultnea. 4.-Propulsar: con este movimiento la Pala se puede desplazar hasta enpendientes de 15. Movimiento realizado por dos motores de 700 HPc/u que trabajan de forma independiente2.- TERMINOLOGA. TRANSDUCTOR DE CORRIENTE Esta unidad es unaislador y amplificador con una ganancia fija. Esta sellado en unacaja de metal para protegerlo del ruido. TRANSDUCTOR DE VOLTAJEEste modulo es utilizado para retroalimentar al control con elnivel de voltaje de la barra. A una entrada de 1000Vdc se tendr unasalida de 10Vdc. A su vez existe un potencimetro (R30) que permitela calibracin dentro de un rango muy pequeo.
MONITOR DE FUSIBLES Tarjeta alimentada con 24Vdc, tiene un setde seis LEDs distribuidos en la misma posicin de los fusibles.TRANSDUCTORES LEM Este transductor utiliza el efecto Hall paramedir corriente DC entre la barra y el inversor. Es utilizado paralos siguientes propsitos: 1.- Monitorear la seccin de potencia porfalla de conmutacin o corto circuitos. Este monitoreo es realizadopor la tarjeta IST master y esclava 2.- Regulacin del rectificadora y travs del envo de informacin de la IST a Simandyn-D TARJETA DEDISTRIBUCIN DE PULSOS Esta tarjeta recibe los pulsos del controldel rectificador, cumpliendo dos funciones: 1.- Dirigir los pulsosde disparo a los mdulos de rectificador 2.- Dirigir los pulsos dedisparo a travs de la tarjeta hacia a otra tarjeta de distribucinde pulsos3.- INTRODUCCIN Un interruptor electrnico se caracteriza portener dos estados, activado (on) y desactivado (off), lo queidealmente corresponde a un cortocircuito y un circuito abierto,respectivamente Las aplicaciones que utilizan dispositivos deconmutacin son muy interesantes, debido a las relativas bajaperdidas de potencia en el dispositivo. Cuando el interruptor esideal, la tensin de conmutacin o la corriente de conmutacin serigual a cero, lo que hace que le valor de la potencia absorbida porel interruptor tambin sea igual a cero. Los dispositivos realesabsorben algo de potencia cuando estn en conduccin y cuando tienenlugar transiciones entre los estados de conduccin y no conduccin,aunque el rendimiento del circuito puede ser todava bastantealto3.1 CLASIFICACIN DE LOS CONVERTIDORES El objetivo de loscircuitos electrnicos de potencia consiste en adaptar losrequisitos de tensin y corriente de la carga al generador. Loscircuitos de potencia convierten una forma de onda de corriente ode tensin de un cierto tipo o nivel en otro; por esto se denominanconvertidores. Los convertidores se clasifican en:
CONVERTIDOR AC/DC Los convertidores AC/DC producen una salidacontinua a partir de una entrada alterna. La potencia media setrasfiere desde una fuente alterna a una carga de corrientecontinua. A los convertidores AC/DC se les denomina,especficamente, como rectificador. CONVERTIDOR DC/AC El conversorDC/AC se denomina especficamente como un inversor. En el inversor,la potencia media fluye desde el lado de corriente continua haciael lado de corriente alterna. CONVERTIDOR DC/DC El conversor DC/DCresulta til cuando una carga requiere una corriente o una tensincontinua especfica (normalmente regulada), pero la fuente tiene unavalor de continua diferente o no regulado. CONVERSOR AC/AC Elconversor AC7AC puede utilizarse para cambiar la amplitud y/ofrecuencia de una seal alterna4.- INTERRUPTORES ELECTRNICOS El dispositivo conmutador concretoutilizado en los circuitos electrnicos de potencia variar segn elestado actual de la tecnologa de dispositivos semiconductores.Normalmente, el comportamiento de los circuitos electrnicos depotencia no se ven afectado de forma particular por el dispositivoreal que se utilice para la conmutacin, especialmente si las cadasde tensin entre bornes del interruptor en estado de conduccin sonpequeas comparadas con otras tensiones del circuito.4.1 RECTIFICADOR MONOFASICO DE ONDA COMPLETA SIMPLEEl diodo permite que la corriente fluya en un solo sentido. Eltransformador permite variaciones en el nivel de salida devoltajePara entender su funcionamiento, consideremos en primer lugarque se est produciendo el semiperiodo positivo, en ese caso, elflujo de corriente ser el que muestra el sentido de lasflechas:
Fig. 1: Semiciclo positivo en puente rectificador.Si ahora consideramos el semiperiodo negativo, tendremos:Fig. 2: Semiciclo negativo en puente rectificador.Se debe observar que la carga siempre recibe positivo por elmismo sitio, independientemente de que sea el semiperiodo positivoo negativo el que se produce en la secuencia de funcionamiento.Esto significa que la tensin aplicada sobre la resistencia ser comola indicada en la imagen:Fig. 3: Grfica de rectificacin de onda completa.4.2 RECTIFICADOR TRIFASICOEl rectificador trifsico cumple con la misma funcin que unrectificador monofsico, con la diferencia que estos rectificadoresson alimentados por fuentes trifsicas, por lo que son ms eficientesy pueden manejar grandes potencias, ya que en su salida presentanmenor rizado de la seal. Son utilizados principalmente en laindustria para producir voltajes y corrientes
continuos que generalmente impulsan cargas de gran potencia,como motores DC. A pesar que estos rectificadores presentan menosrizo que un rectificador convencional, en muchas aplicaciones elfactor de potencia y la distorsin armnica total de la lnea se venafectados, es por ello que se requiere el uso de filtros dearmnicos. Una de las aplicaciones en donde se presenta estefenmeno, es en los enlaces de transmisin de alto voltaje (HVDC), endonde las estaciones de conversin cuentan con filtros de armnicosque reducen la distorsin en la seal que producen los convertidores,para que sea transmitida con calidad y no se introduzcanperturbaciones a la red elctrica.4.2.1 RECTIFICADOR TRIFASICO NO CONTROLADO Este tipo derectificadores emplea como semiconductor el diodo. Se denominan deeste modo porque no se puede controlar la potencia de salida, esdecir, para una tensin fija de entrada la tensin de salida estambin fija. En un circuito rectificador trifsico no controlado de6 pulsos, los diodos se enumeran en el orden de las secuencias deconduccin y cada uno conduce 120. La secuencia de conduccin paralos diodos son D1-D2, D3-D2, D3-D4, D5-D6 D1-D6.Fig. 4: Circuito de un Rectificador no controlado de 6pulsos.
Fig. 5: Formas de onda y ngulo de conduccin de los diodos, de unRectificador Trifsico de 6 pulsos.4.2.2 RECTIFICADOR TRIFASICO CONTROLADOEste tipo de rectificador permite variar el voltaje promedio desalida, empleando para su funcionamiento tiristores de potencia conlos cuales se puede variar el ngulo de disparo y por ende lapotencia entregada a la carga. Los tiristores se disparan a unintervalo de /3.La frecuencia del rizo de voltaje en la salida esseis veces la frecuencia de la fuente de entrada (6fs), y elfiltrado resulta menos complejo en comparacin con el de losconvertidores de media onda ya que este presenta menos rizo en elvoltaje de salida. Cuando wt=(/6+), el tiristor T6 ya estconduciendo, y el tiristor TI se activa. Durante el intervalo (/6+)wt (/2+), los tiristores TI y T6 conducen y aparece el voltaje delnea a lnea Vab = Van – Vbn a travs de la carga. Cuando wt =(/2+),se dispara el tiristor T2 y de inmediato el tiristor T6 se polarizaen sentido inverso. T6 se desactiva por conmutacin natural. Duranteel intervalo (/2+) wt (5/6+) conducen los tiristores TI y T2 Yaparece el voltaje de lnea a lnea Vac a travs de la carga. Si senumeran los tiristores como se indica en la figura del circuitorectificador trifsico controlado, la secuencia de disparo es1-2,2-3,3-4,4-5,5-6 y 6-1.
Fig. 6: Circuito de un Rectificador controlado de 6 pulsosLa secuencia de disparo es la siguiente:Generar un pulso de seal en el cruce del voltaje de fase Van concero. Retardar el pulso en el ngulo deseado ( + /6) y aplicarlo alas terminales de compuerta y ctodo de T1 a travs de un circuitoexcitador de compuerta.Generar cinco pulsos ms, cada uno retardado /6 respecto alanterior, para disparar T2, T3,…, T6, respectivamente, mediantecircuitos excitadores de compuerta
Fig. 7: Formas de onda del voltaje de entrada, voltaje desalida, corriente de entrada y corriente de salida a travs de lostiristores Tambin existen rectificadores doble puente de seispulsos tal como se muestra en la figura. Este tipo derectificadores son utilizados en las palas SHE55 y 56 de MineraEscondida.Fig. 8: Rectificador doble puente de seis pulsos (SHE55 y56)
4.3 RECTIFICADOR TRIFASICO DE DOCE PULSOS Un puente trifsicoproduce un voltaje de salida de seis pulsos. Para aplicaciones congrandes potencias, como por ejemplo transmisin de cd de altovoltaje (HVDC), y para impulsores de cd para motores, se requiereen general una salida de 12 pulsos para reducir los rizos en lasalida, y para aumentar las frecuencias de los mismos. Se puedencombinar dos puentes de 6 pulsos, sea en serie o en paralelo, paraproducir una salida con 12 pulsos efectivos. Para el circuito delconvertidor se puede obtener un desplazamiento de fase de 30 entrelos devanados secundarios, conectando un secundario en estrella (Y)y el otro en delta (). Con este rectificador se puede llevar a cabouna reduccin mayor de armnicos de salida, que en un rectificador de6 pulsos. Mediante una conexin en serie la tensin total de salidaes la suma de las salidas de los dos puentes de 6 pulsos. Losngulos de disparo de los puentes suelen ser iguales.Fig.9: Circuito y formas de onda de un rectificador trifsico dedoce pulsos Entre las ventajas que presenta el rectificador de 12pulsos con respecto al convertidor de 6 pulsos tenemos:Tiene un total de 12 transiciones para cada periodo delgenerador de alterna, dado que se produce una transicin entre lostiristores en conduccin cada 30.
La salida presenta frecuencias armnicas que son mltiplos de 12veces la frecuencia del generador (12k, k = 1, 2, 3).El filtrado necesario para generar una salida de corrientecontinua, relativamente pura, es menos costoso que el necesariopara el rectificador de 6 pulsos.Tambin esta el caso de rectificadores de 12 pulsos conectados enparalelos como se muestra en la figura y es el caso de las palasSHE57 a la SHE61.Fig. 10: Rectificador con puente conectado en paralelo de 12pulsos (SHE57 a SHE61) En el caso de las palas existe la siguienteinquietud, si el puente rectificador (forward) entrega potenciacontinua a la barra DC, Cmo se puede manejar el sobrevoltaje de labarra? Como respuesta a la consulta anterior se presenta losiguientes casos: 1.- Regeneracin de potencia. El rectificadorregenerativo es controlado totalmente por Simadyn-D. El voltaje yla corriente de la barra se miden a travs de transductores y entranal Simadyn-D por la tarjeta SE20.2. El Simadyn-D observa lascorrientes en el LEM para cada motor y calcula el ngulo de disparodel tiristor. Enciende y apaga ambos puentes cuando se necesita yse asegura que los dos no se enciendan simultneamente. Si eltransductor mide la barra en forma erronea, el Simadyn-D tratar demantener la barra al nivel de voltaje incorrecto.
Fig. 11: Rectificador generativo.La mayor ventaja que se presenta es la conservacin de la energatransformada durante el ciclo de generacin. Su desventaja serefleja en las harmnicas que se devuelven a la red. 2.- Disipacinde Potencia Otra forma de controlar un sobre voltaje en la barra DCes a travs de la disipacin de potencia o comnmente conocidas comoChopper. Dentro de las ventajas que se tiene es la menor cantidadde harmnicos generados de regreso hacia la red. La desventaja quese presenta es la prdida de potencia en forma de calor a travs delas resistencias chopper. En los chopper, se usan tiristores GTOcontrolados a travs de inversores. Hay tres GTO chopper paralevante, dos GTO chopper para giro y un GTO chopper para empuje. Lacorriente de los chopper se enva a las resistencias chopper que seencuentran en el techo de la pala.Fig. 12: Rectificador con disipacin de potencia.
Fig. 13: Esquema real de una pala con rectificador de 12 pulsosen paralelo con disipacin de potencia a travs de chopper.Los choppers son operados por los Simovert-P. Los puntos demedicin son diferentes para el Simovert-P y para el Simadyn-D. Enla condicin de chopper, el Simadyn-D solo puede encender o apagarel rectificador forward. Si el transductor de voltaje de la barrareporta al Simadyn-D un voltaje mayor al actual, los rectificadoresforward se encienden y apagan para mantener este voltaje actualbajo. El Simovert-P lee el voltaje actual directamente de la barraa travs de la tarjeta IST. En este caso el chopper nunca encenderya que no es necesario. Si el transductor de voltaje de la barrareporta al Simadyn-D un voltaje menor al actual, los rectificadoresforward se mantendrn forzando elvoltaje de la barra ms alto que 910o 915 volts. En este caso, el simovert-P enciende los
choppers mientras el rectificador esta disparando. Estonormalmente causar un sobrecalentamiento en las resistencias delchopper mientras que el retificador y choppers continandisparndose.5.- INVERSOR TRIFASICOLos inversores, o convertidores CC-CA son un circuito utilizadopara convertir corriente continua en corriente alterna. Un inversortiene como funcin la de cambiar un voltaje CC de entrada en unvoltaje CA simtrico a la salida, procurando que este posea lamagnitud y frecuencia deseada por el usuario. Los inversorestrifsicos son utilizados para la alimentacin de cargas trifsicasque requieran corriente alterna.5.1 INVERSOR TRIFASICO PWMEn un inversor trifsico el objetivo del empleo de la modulacinde ancho de pulso es modelar y controlar la tensin trifsica desalida en magnitud y frecuencia a partir de una tensin de entradaVD constante. Una nica onda triangular se compara con trestensiones de control senoidales desfasadas entre s 120, paraconseguir a la salida un sistema de tensiones trifsico equilibradoempleando la conmutacin PWM, Efecto del tiempo muerto en inversoresPWM trifsicos Para inversores PWM trifsicos, las formas de onda delos valores medios instantneos de las tensiones compuestas VAB(t),VBC(t) y VCA(t) consisten, en el caso de interruptores ideales, ensenoidales puras desfasadas 120. En cambio, si los interruptores noson ideales, el tiempo muerto provoca que VAB(t), VBC(t) y VCA(t)sufran una distorsin cuando las intensidades iAB(t), iBC(t) eiCA(t) pasen por cero.De esta forma, aparecen armnicos de baja frecuencia de orden: 6k1 (k=1, 2, 3,…) de la frecuencia fundamental, esto es, armnicosimpares mltiplos de la frecuencia fundamental excepto aquellosmltiplos de tres.
Fig. 14: Inversor PWM.
Fig. 15: Formas de onda PWM.5.2 INVERSOR SIMOVERT-P SIEMENS En las aplicaciones para la palade 500KVA, el sistema Simovert usa un tiristor controlador por labarra DC. El voltaje se mantiene constante a 910 volts DC. Elsimovert-P usa la modulacin de ancho de pulso para modificar ambassalidas, el voltaje AC y la frecuencia que se suministrar almotor.
Fig. 16: Inversor bsico de palas 495B.
![Presentación logos branding – [PDF Document]](https://cdn.vdocuments.es/wp-content/uploads/2023/10/presentacion-logos-branding-pdf-document-768x768.jpg)
![relación bibliográfica – [PDF Document]](https://cdn.vdocuments.es/wp-content/uploads/2023/10/bibliografica-pdf-document-768x768.jpg)
![Apu Para Drywall – [PDF Document]](https://cdn.vdocuments.es/wp-content/uploads/2023/10/apu-para-drywall-pdf-document-768x768.jpg)
![Nero Keynote Presentation – [PDF Document]](https://cdn.vdocuments.es/wp-content/uploads/2023/10/nero-keynote-presentation-pdf-document-768x768.jpg)
![Actividades Algebra – [PDF Document]](https://cdn.vdocuments.es/wp-content/uploads/2023/10/2-2-1-768x768.jpg)