Diseño de un regulador de voltaje para grupos electrógenos y su simulación

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(1)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.

(2) 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.

(3) 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.

(4) 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.

(5) 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.

(6) 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.

(7) 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.

(8) 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.

(9) 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.

(10) 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.

(11) 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.

(12) 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.

(13) 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.

(14) 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.

(15) 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.

(16) 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.

(17) 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.

(18) 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.

(19) 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.

(20) 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.

(21) 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.

(22) 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.

(23) • 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.

(24) 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.

(25) 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.. 14.

(26) 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.

(27) 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.

(28) 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.

(29) “...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.

(30) 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.

(31) 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.

(32) 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.

(33) 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.

(34) 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.

(35) 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.

(36) 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.

(37) 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.

(38) 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.

(39) 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.

(40) 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.

(41) 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.

(42) 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.

(43) 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.

(44) 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.