Bucle de posición y bucle de velocidad

La estructura más importante de un servo son el bucle de posición y bucle de velocidad, los cuales nos van a dar la realimentación de posición y velocidad en todo momento y nos ayudaran a minimizar el error que aparece debido a las desviaciones de velocidad y posición por bloqueos en el motor, sobrecorrientes, sobretemperaturas etc. Y también a mantener el par y velocidad constante, ya que a su vez son los encargados de si aparece un error detectarlo rápidamente y parar en el momento adecuado antes de quemarse el motor.

Pc = Position command o señal de posición de entrada ideal ajustada por usuario
Pf = Position Feedback o señal de retroalimentación de la posición real del servo
Pe = Position error o señal de error de la posición = Pc-Pf
Vc = Velocity command o señal comando de velocidad ideal ajustada por usuario.
Vf = Velocity Feedback o señal de feedback de velocidad real del servo.
Ve = Velocity error o señal de error de velocidad= Vc-Vf

¿Cómo podemos ajustar el bucle de posición y el bucle de velocidad?

Normalmente al hacer el autotunning del servo con la carga y la reductora adecuada, siempre que se haya dimensionado bien la inercia y el par necesario para la aplicación, el servo automáticamente calcula las ganancias correspondientes al Kvp, Kvi y Kpp.

Pero dependiendo de la aplicación, para hacer un ajuste más fino del servo porque el movimiento no es del todo el esperado, o porque no se ha dimensionado bien la aplicación, necesitaremos modificar manualmente estos parámetros.

• KVP: Ganancia proporcional del bucle de velocidad.
  “Si la ganancia proporcional del bucle de velocidad aumenta, el ancho de banda del bucle de velocidad también aumenta. El ancho de banda del lazo de velocidad es directamente proporcional a la rapidez de respuesta “.Multiplicador de la señal de error (diferencia entre realimentación y valor deseado).Cuanto más grande → Respuesta más rápida ante el mismo error

  El ruido del motor también aumenta cuando KVP aumenta. Si KVP es demasiado grande, se puede producir oscilación del sistema, apareciendo desajuste del posicionado y mucho ruido de vibración.

• KVI: La ganancia integral del bucle de velocidad.
  Si KVI se incrementa, se reduce el tiempo para el ajuste de estado estacionario. Sin embargo, si la ganancia integral es demasiado grande, puede producir oscilación del sistema. Desajuste de la posición.
  
  Suele incrementarse cuando la aplicación del movimiento tiene fricción.
  Ejemplo: Soldadura por fricción.
  
• KPP: Ganancia proporcional del bucle de posición.
  Si la ganancia proporcional aumenta, el ancho de banda del bucle de posición mejora, lo que reduce tanto el tiempo de posicionamiento como error de seguimiento.El movimiento será más preciso, pero si se aumenta mucho el tiempo de reacción el tiempo de procesar la señal es muy lento y afecta al movimiento del servomotor.
  

(Fuente: motiontech.com.au)

Conectores rotativos

21 – noviembre – 2018 Nº 324 JUNTAS ROTATIVAS / CONECTORES / SLIPRINGS ESPECIFICACIONES GENERALES • Medidas estándar y customizadas • Tecnología de fibra y multi-fibra • Sin mantenimiento • Mejora de transmisión • Conector de perfil plano 45mm • Alta densidad de circuitos (hasta 50) • Modelo conexión rápida faston • Protecciones hasta IP65 • Diferentes tipos de conectores CONECTORES • Transmisión señal • Potencia AC/DC 600V 48A, 680V 20A… • Comunicación RJ45, EtherCAT, Bosch • Comunicación SercosIII, Profinet • Eléctricos RF hasta 3 Gbps y 3 GHz • Cable coaxial RG178, RG316 y RG174 • Hidráulica y neumática • Fibra óptica, 532 y 1650 nm • Opción de combinar tipos de señales Contaval, s.l. C/.Benjamin Franklin, 22 – Parque Tecnológico – 46980 Paterna – Valencia T +34 96 384 37 00 –  F+34 96 384 06 58 – contaval@contaval.es – contaval.es            Para darse de baja de este boletín… Este e-mail y todos los ficheros adjuntos en él son confidenciales y destinado únicamente a la/s dirección/es listadas anteriormente. Por lo tanto, sólo puede entregarse o copiarse por las personas o entidades a las que va dirigido. Si usted recibe por error este e-mail, por favor notifíquelo a CONTAVAL, devolviendo este e-mail y posteriormente proceda a la eliminación del mismo.

Como afecta la inercia a los servos

La inercia es la resistencia de un objeto a un cambio de velocidad.

• La inercia (I) de un objeto es la masa multiplicada por el cuadrado de su distancia al eje de rotación
• Una demostración familiar de inercia es una patinadora sobre hielo. Cuando gira con los brazos cerca de su cuerpo, su masa está cerca de su eje de rotación y su velocidad de rotación es rápida. Pero cuando extiende los brazos, la distancia de su masa desde el eje de rotación aumenta, lo que aumenta su inercia y hace que gire a un ritmo más lento

La inercia de rotación depende de la distribución de la masa en torno al eje de giro.

• Si en un cuerpo la mayoría de la masa está ubicada muy lejos del centro de rotación, la inercia rotacional será muy alta y costará hacerlo girar o detener su rotación. Por el contrario, si la masa está cerca del eje, la inercia será menor, por lo tanto, más fácil de controlar.
• La forma en que se distribuye la masa de un cuerpo en relación a su radio de giro se conoce como momento de inercia (I).

• Hay que tener presente que el servo no sólo necesita tener suficiente par para mover la carga, sino que debe tener la capacidad de controlarla con precisión.
• La transmisión del motor a la carga no suele ser totalmente rígida, tienen una cierta elasticidad debida a los acoplamientos elásticos, las correas, cadenas, juego de los engranajes…, etc.

• Cuando el motor comienza a moverse, la transmisión tiene un cierto efecto muelle que provocará lo siguiente:
  • Por un lado, no permite alcanzar la precisión deseada
  • Por otro genera un par en sentido contrario al del motor

Este efecto de muelle se magnifica cuanto mayor es la relación de inercias.

Fórmulas momento de inercia

En Resumen:

• La relación entre la inercia del motor y de la carga debe ser como máximo menor a 10-15 veces.
• La mejor relación es 1:1 (Pero esto implica que el motor está sobre-dimensionado).
• Un motor con un bajo momento de inercia es más favorable en prestaciones dinámicas.
• Una aplicación donde la inercia sea alta, incrementará las resonancias y causará overshoot en cuanto a velocidad y posición.
• La inercia del motor siempre la encontraremos en los catálogos de los servos.

• Un factor de inercia mayor que 10-15, en sistemas dinámicos, con acoplamientos con componente elástica y bajo rozamiento puede provocar:
  • Motor no se mueva, aunque sobre el papel tenga par suficiente
  • Rotura del eje del motor
• En los casos en que el factor sea mayor, se podrán realizar dos acciones:
  • Calcular un motor mayor (mayor inercia) solución económica
  • Introducir una reductora, solución más cara, pero de gran impacto en la inercia

El reductor permite reducir la inercia que “ve” el motor de forma inversa al cuadrado del índice de reducción:

J2: Nueva inercia
J1: Inercia Actual
i²: índice de reducción al cuadrado

¡Muchas gracias por leernos!

Saludos

Todo lo que necesitas saber, antes de comprar un servomotor

¿Qué es un servomotor?

Un servomotor es un tipo de motor eléctrico síncrono con bucle cerrado (realimenta su posición y velocidad a través de su encoder en todo momento) tiene la capacidad de controlar el movimiento de su eje, en velocidad, aceleración, par y posición. Su bajo momento de inercia y su elevada capacidad de sobrecarga le permite hacer movimientos muy rápidos, con grandes aceleraciones y deceleraciones pasando de Ø rpm a 3000 rpm en 0.1 segundos. El servo a diferencia de los motores asíncronos siempre dará un par constante, por mucho que aumente su velocidad hasta sobrepasar su velocidad nominal (en muchos casos 3000 rpm) fijada en las curvas de par-velocidad del catálogo, en ese caso el par dejará de ser constante y caerá drásticamente.

Los servomotores, son dispositivos muy habituales en muchos sectores de la industria, se usan en gran variedad de aplicaciones. Los hay de diferentes tamaños, pudiendo llegar a ser muy reducidos y manejables desde (50W) usados en robots colaborativos a muy grandes como los de 7.5kW usados en maquinaria pesada.

¿De qué se compone un servomotor?

Un Servomotor se compone de:

1. El motor síncrono, el cual lleva acoplado un encoder, que permite controlar la posición y velocidad angular del rotor del motor en todo momento.
2. El controlador electrónico, normalmente denominado servodrive o driver.
3. El cable de potencia (U, V, W y PE) que conecta el motor con el driver.
4. El cable de encoder normalmente de 15 pines, que conecta el encoder del motor con el driver. En este cable podemos encontrar los canales A, B, Z y sus negados, así como las fases del motor.
5. El cable de alta densidad donde encontraremos las entradas y salidas tanto digitales como analógicas, entradas de pulso y dirección, así como las señales de realimentación del encoder, también puedes encontrar salidas de tensión continua de 24VDC ó 5VDC, que sirven para alimentar las entradas digitales del servo; no aconsejamos conectar dispositivos externos o sensores.

Tipos de servomotores

Los servomotores pueden ser de dos tipos, de corriente alterna o de corriente continua. Dentro de los servomotores de DC debemos saber que las rpm máximas con par constante que puede alcanzar dependerán de la fuente de alimentación a la cual lo conectemos, como podemos ver en la gráfica siguiente:

Cuanta mayor es la tensión de alimentación del servo, más velocidad con par constante podremos alcanzar. Así pues, con 24 VDC, el servo motor mantendrá el par constante a 1,27 Nm hasta las 1250 rpm. Sin embargo, ese mismo motor alimentado a 48 VDC puede alcanzar las 3250 rpm con un par constante de 1,27 Nm.

En corriente alterna no tendremos este problema. Debemos recordad que existen servos a 220VAC (Monofásico) cuya máxima potencia en la mayoría de servos es de 1 kW y trifásicos a 380 VAC donde podemos alcanzar los 11 kW o más.

¿Para qué sirven?
Aplicaciones de los servomotores

Este tipo de accionamiento se utiliza en industrias tan diversas como la producción automotriz, automóvil, la creación de textiles (Máquinas industriales de coser), el procesamiento de alimentos y bebidas, el envasado de productos de consumo (wrapping y packaging), etiquetadoras etc. El servomotor de alta precisión es indispensable en todas las líneas de montaje que requieren velocidad y precisión. También se usan en robótica porque a sus características básicas de alta dinámica y precisión, se le añade el buen rendimiento del sistema que lo hace muy adecuado para su uso en dispositivos robotizados con baterías como robots colaborativos, AGVs, etc.

características básicas del driver FD3:

¡Muchas gracias por leernos!

Saludos

Juntas rotativas Servotecnica

¿Qué es un Slipring o Junta rotativa eléctrica?

Los Sliprings son dispositivos electromecánicos que permiten la transmisión de energía y señales eléctricas contínuamente desde una parte estática a una rotatoria o viceversa.
Entre los muchos nombres para localizar estos componentes se incluyen: colectores giratorios, juntas rotativas eléctricas, contactos deslizantes etc.
Está claro que esta solución, capaz de rotar continuamente, puede simplificar considerablemente los pasos de montaje y evitar el uso de sistemas articulados con cableados complejos los cuales se dañan fácilmente y se estropean con el tiempo, mucho más rápido que una junta rotativa.

Dependiendo de la tecnología de transmisión, los Sliprings son capaces de administrar energía, datos o ambos en una sola solución combinada. El rango de potencia puede variar desde mili vatios a megavatios según las solicitudes y la configuración de la aplicación. Las señales también pueden ser de E / S digital o analógica, pero también de bus de campo (hasta 1 Gb/s).

Diferentes tipos de anillos colectores

Como resultado de la gran heterogeneidad del uso de anillos deslizantes, a lo largo de los años se han desarrollado diversas tecnologías de contacto que pueden variar en forma y materiales. Actualmente hay 4 tipos de contacto principal disponibles en el mercado.

1. Bloques conductores (bloques conductores)
2. Metales líquidos (metal líquido)
3. Cepillos (cepillo de fibra)
4. Sin hilos (Wireless)

Anillos colectores con tecnología de bloques conductores (bloques conductores)

Un anillo de bloques conductores (también conocido como, junta rotativa de escobillas de carbón) es probablemente el slipring más simple de todos. Se usa principalmente para aplicaciones de baja tecnología, generalmente para transmisión de energía o señales simples. Los cepillos están formados por bloques moldeados que entran en contacto con los anillos. Los materiales de los bloques varían desde el grafito más clásico para la transmisión de potencia hasta las aleaciones de metales preciosos más complejas para la transmisión de señales. Las escobillas suelen cargarse con un resorte para mantener un contacto constante, incluso en caso de choque y vibración compensan el consumo de los bloques a lo largo del tiempo. El alto desgaste de esta tecnología lleva a la necesidad de un mantenimiento regular para evitar el estancamiento del polvo conductor en el anillo colector.

Ventajas

1. Alta densidad de potencia por cada circuito individual
2. Fácilmente personalizable comprando solo los cepillos y anillos por separado, construyendo la mecánica en casa
3. Muy bajo coste

Inconvenientes

1. No es adecuado para señales complejas como codificadores, buses de campo, etc.
2. Mantenimiento continuo
3. Se pueden producir chispas entre circuitos en presencia de polvos
4. Alta variación de resistencia dinámica (ruido)
5. Las dimensiones de los circuitos de contacto son similares a las de la potencia

Sliprings con metales líquidos

Esta junta rotativa ha sido la más utilizada en el pasado gracias a la diversidad de tipos que se pueden conseguir en pequeñas dimensiones con este material. Esta tecnología no requiere el uso de cepillos o anillos. En su lugar, se utiliza un metal líquido que, al ser un conductor, garantiza la transmisión entre la parte estática y la parte giratoria. El metal líquido más utilizado fue el mercurio, ahora sustituido a veces por una aleación de galio (Ga), debido a su alta toxicidad.

Hasta la fecha, esta tecnología se utilizaba en algunos mercados, pero las limitaciones impuestas por la regulación ROHS sobre el uso de metales pesados y su naturaleza tóxica en caso de pérdidas, están obligando, cada vez más, a hacerlas desaparecer.

Ventajas

1. Circuitos de alta densidad de corriente
2. Económico

Inconvenientes

1. Limitado por la ROHS
2. Alta toxicidad en caso de pérdidas o rotura
3. Configuración compleja con más de 10 circuitos
4. Producto NO disponible en Servotecnica por su alta peligrosidad

Cepillos de alambre (cepillo de fibra)

Este tipo es actualmente el más utilizado por la flexibilidad intrínseca de uso en una amplia gama de aplicaciones, desde la transmisión de altas potencias a las de señales de alta frecuencia. Los cepillos pueden ser mono filares para muy pequeñas capsulas de Sliprings (con carcasa) o multifilares para anillos deslizantes más grandes. La tecnología de Sliprings con escobillas de múltiples hilos es la más indicada en términos de calidad y durabilidad de los contactos; el desgaste y el polvo son limitados debido a la poca fricción entre los contactos.

Los cepillos multicapa se componen de un haz de finos filamentos metálicos para garantizar un contacto de calidad y un desgaste limitado gracias a su alto grado de flexibilidad. También en este caso, en cuanto a la tecnología de bloques conductores, se pueden usar diferentes materiales de contacto y sustratos para garantizar un mejor rendimiento. Por lo general, las aleaciones de acero u otros metales pobres se utilizan para la transmisión de potencia y se usa una aleación de oro templado para la transmisión de señales eléctricas. Esta diferencia en el uso de los materiales se debe básicamente a las mejores propiedades conductoras del oro a lo largo del tiempo, ya que no sufre oxidación.

Ventajas

1. Excelente relación volumen-corriente
2. No requiere mantenimiento
3. Transmisión de señales eléctricas de alta frecuencia hasta 10 GHz
4. Sin límite de ROHS
5. Poca variación de la resistencia dinámica (ruido)
6. No producen chispas ni acumulación de polvo
7. Posibilidad de configuraciones complejas de hasta cientos de circuitos
8. Disponible en Servotecnica

Inconvenientes

1. Sujeto a desgaste (incluso si es mínimo)
2. Precio un poco más alto que aquellos con bloques conductivos o líquidos

Anillos deslizantes inalámbricos (Wireless) o sin contacto (Contactless)

Los anillos deslizantes inalámbricos son un nuevo tipo en el mercado. El principio básico es el acoplamiento capacitivo o inductivo para la transmisión de potencia y señales por bobinas energizadoras a través del suministro de alta frecuencia, sin contacto entre la parte giratoria y la parte estática, que, si es necesario, también se puede mantener separado de materiales específicos. En general, la eficiencia es menor en comparación con otras tecnologías y es directamente proporcional a la distancia entre las dos partes. Sin duda, esta tecnología aún no conoce un grado tan alto de desarrollo en el mercado, la principal ventaja es la ausencia de desgaste y la posibilidad de tener un alto grado de sellado / protección. Las desventajas son la baja potencia de hasta 150 W, la baja eficiencia y la necesidad de instalar una electrónica activa capaz de excitar la bobina. La transmisión de buses de campo generalmente se obtiene a través de un módulo wifi o bluetooth integrado en la electrónica. Esto significa que para cada Bus de campo se necesita un módulo dedicado, que, de no estar disponible, debería desarrollarse. Este tipo de Slipring se puede utilizar en mercados  caracterizados por altas velocidades de rotación y mantenimiento difícil.

Ventajas

1. No tiene desgaste
2. No requiere mantenimiento
3. Alto grado de protección

Inconvenientes

1. Baja potencia
2. Baja eficiencia
3. Electrónica activa
4. No se puede customizar

Juntas Rotativas de fibra óptica (o FORJ – Fiber Optic Rotary Joints)

Una junta rotativa de fibra óptica es el equivalente óptico de un anillo deslizante eléctrico. Estos dispositivos permiten una rotación continua de una o más fibras ópticas, manteniendo inalteradas las señales transmitidas a lo largo del eje de transmisión de la fibra. Los FORJ se usan ampliamente en sistemas médicos (OCT) y en otras aplicaciones diferentes donde es esencial que las fibras ópticas no se entrelacen.

Existen cientos de patentes para la administración de FORJ con 2 o más canales, pero solo algunas se pueden obtener a costes aceptables en el mercado.

Los FORJ son, por lo tanto, componentes pasivos con una función precisa: garantizar que la transmisión en la fibra óptica se realice de la mejor manera posible, con pérdidas mínimas mientras uno de los dos extremos esté girando. Para evaluar la calidad de un FORJ hay parámetros fundamentales que deben tenerse en cuenta, en este caso:

Pérdida de inserción (IL): las pérdidas por inserción, como en todas las líneas de transmisión, habrá una pérdida de potencia (medida en dB) causada por el acoplamiento de los diversos materiales (incluidos los fluidos de acoplamiento) o las tolerancias mecánicas del FORJ. Como es fácil de imaginar, un buen FORJ pretende minimizar esta pérdida. El valor de IL para un FORJ excelente, está alrededor de un valor de 0.5-1 dB para el canal único y de aproximadamente 3 dB para los canales multicanal.

Variación de pérdida de inserción (wow): es la variación de IL con respecto a una rotación completa del rotor FORJ con respecto a su estator. un buen FORJ puede tener una variación en el giro de +/- 0.25 dB. El wow también se puede usar como un parámetro de diagnóstico del FORJ.

Return Loss (RL): esa es la medida de la potencia de la señal reflejada (desde el FORJ hasta la fuente en el caso específico). Al igual que los parámetros anteriores, el RL también es de fundamental importancia; esto se debe a que casi todos los láseres son sensibles a las reflexiones ópticas que causan variaciones en el espectro de emisión y, en consecuencia, la fluctuación de fase de potencia.

Los parámetros de RL típicos para una buena construcción FORJ son aproximadamente 60 dB en fibras SM y 40 dB en fibras MM.

Para FORJ de un solo canal (que es SM o MM), la estructura mecánica muy simple permite tener dimensiones muy compactas, altas velocidades de rotación (típicamente hasta 10.000 RPM) y una alta fiabilidad con una degradación del rendimiento prácticamente inexistente.

La estructura mecánica de los FORJs multicanal, es mucho más compleja y requiere alineaciones ópticas que normalmente se realizan manualmente.

Una posible falta de señal óptica entre los canales puede ser debido a una alineación incorrecta, produciendo efectos indeseables de orden secundario como son pérdidas por IL o RL fuertemente dependiendo de la longitud de onda de la onda transmitida. Otros problemas típicos en este tipo de junta son los de PMD (polarización modular dispersiva) problemas de diafonía, interferencia entre los diversos canales ópticos etc.

Normalmente, es posible aceptar diferencias de 0.5-1 dB en la IL para longitudes de onda de 1310 nm a 1550 nm. Del mismo modo, el PMD es la medida del alargamiento de un impulso, debido a la diferente velocidad de transmisión de los modos de polarización ortogonal. El PMD no se considera si la banda de transmisión es inferior a 1 Gbit/s.

Otro parámetro importante al elegir en un FORJ es definitivamente su tamaño. El FORJ es un componente que normalmente se integra en otros dispositivos giratorios (anillos de deslizamiento, unidades rotativas de radiofrecuencia, etc.) que ocupan el centro del sistema giratorio. El tamaño del FORJ por lo tanto afectará significativamente las dimensiones finales del sistema terminado. Un FORJ más pequeño afectará positivamente en el coste del sistema final.

Los FORJ también se pueden usar en aplicaciones submarinas, donde se requiere compensación por el aumento de presión debido a la profundidad. El mismo líquido de llenado puede usarse como líquido lubricante para ajustar los coeficientes en la interfaz rotor/estator.

Ventajas

1. Transmisión confiable sin pérdidas
2. Muy alta frecuencia
3. Muy alta velocidad de rotación 10.000RPM
4. Muy compacto
5. Disponible en Servotecnica

Inconvenientes

1. Muy caro

Muchas gracias por leernos.

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Relé Universal de Medida Serie VARIMETER Pro

25 – abril – 2018 Nº 302 RELÉ UNIVERSAL DE MEDIDA • Monitoreo de valor máximo, mínimo o de ventana • Monitoreo simultáneo de hasta 9 parámetros diferentes • Voltaje (I y III), corriente, frecuencia, fase, potencia • Configuración simple y diagnóstico de fallos • Función de histéresis y retardo en la salida • Gran rango de medición 3 AC 24 … 690 V • Rangos de tensión auxiliar 24 Vdc, 230 Vac o 110 … 400 Vdc/ac • Detección temprana de estados irregulares • Memoria de errores • Certificación DNV-GL (marítima) Contaval, s.l. C/.Benjamin Franklin, 22 – Parque Tecnológico – 46980 Paterna – Valencia T +34 96 384 37 00 –  F+34 96 384 06 58 – contaval@contaval.es – contaval.es

Fuentes conmutadas de Power LD para carril DIN

21 – febrero – 2018 Nº 295 FUENTES CONMUTADAS MONOFÁSICAS • Monofásicas, rango de entrada universal AC: 90-264 Vac • Diversos tipos de salida, 12, 24 y 48 VDC • Alta eficiencia, hasta 89% • Circuito de limitación de corriente • Protecciones OVP/OLP/SCP/OTP • Amplio rango de temperatura de funcionamiento -20ºC .. 70 ºC • Relé de salida OK integrado • Opción de instalación en TS-35/7.5 or TS-35/15 • Formato de carcasa ultra slim • Placa tropicalizada • 100% de los equipos testeados con carga • 3 años de garantía Contaval, s.l. C/.Benjamin Franklin, 22 – Parque Tecnológico – 46980 Paterna – Valencia T +34 96 384 37 00 –  F+34 96 384 06 58 – contaval@contaval.es – contaval.es

Fuentes conmutadas POWER LD a 12 Vdc

31 – enero – 2018 Nº 292 FUENTES CONMUTADAS DE 12 VDC · Potencias de 25, 50, 75, 100, 150 y 320 W · Entrada universal de tensión (88~264 Vac) · Alta eficiencia nominal · Protecciones de salida: cortocircuito, sobretensión, sobrecorriente, sobrepotencia · Condensadores electrolíticos de larga vida (105 ºC) · Test completo al 100% en plena carga · Opción de soporte para carril DIN · Marcado CE, UL (según modelos) · 2 años de garantía Contaval, s.l. C/.Benjamin Franklin, 22 – Parque Tecnológico – 46980 Paterna – Valencia T +34 96 384 37 00 –  F+34 96 384 06 58 – contaval@contaval.es – contaval.es

Asimetría de fases en redes trifásicas

Conceptos básicos de la tecnología de monitoreo en sistemas de bajo voltaje

¿Qué significa asimetría (desequilibrio) en sistemas trifásicos? El sistema más común es el sistema trifásico de 400 V (figura 1) formado por tres tensiones alternas que se desplazan en el tiempo 120 °(Figura 2). Entre las fases L1, L2 y L3, hay 3 tensiones fase a fase U_L1-L2, U_L2-L3, U_L3-L1 que también se conocen como tensiones de línea a línea. Representado gráficamente en un diagrama fasorial, estos voltajes dan como resultado un triángulo isósceles (figura 3). Los 3 voltajes contra el neutro N del transformador son los voltajes en estrella (tensiones de fase a neutro) U_L1-N, U_L2-N, U_L3-N que también se pueden dibujar en el triángulo isósceles.

En condiciones normales en un sistema trifásico, todos los voltajes son iguales en su magnitud y todos los ángulos son 120 °. Una desviación de esto se llama asimetría (desequilibrio).

Hay dos tipos de asimetría:

Caso 1: Dado un sistema rígido, es decir, los voltajes de fase a fase son constantes, los voltajes de fase a neutro en la carga (punto de medición A) pueden cambiar sin cambiar la simetría externa (figura 4). Este es el caso con cargas asimétricas en conexiones en estrella y conductor neutro interrumpido, es decir, con punto neutral abierto (estrella).

Caso 2: Sin embargo, si las tensiones de fase a fase cambian, esto siempre provocará un cambio de los voltajes de fase a neutro. Esto ocurre con cargas de potencia motriz cuando falla una fase (figura 1b). Los bobinados del motor U y V inducen una tensión en el devanado W desconectado, que ya no corresponde a la tensión original del sistema. Por lo tanto, el sistema de tres fases aguas abajo de los fusibles en el punto de medición B ahora se volvió asimétrico. Esto se conoce como potencia inversa.

Para detectar una asimetría en un sistema, para el primer caso, los 3 voltajes fase a fase contra el punto de estrella (conductor neutro N) se deben medir y comparar entre sí. Incluso las diferencias de voltaje más pequeñas causan una asimetría. Se puede calcular por:

En el segundo caso, basta con comparar la magnitud de los voltajes de fase a fase y determinar la asimetría (desequilibrio) con la ecuación anterior.

Consecuencias de la asimetría (desequilibrio) en los sistemas trifásicos

1. Interrupción del conductor neutro

Al principio, se considera el caso de un conductor neutro roto. Como se muestra en la fig. 4, los voltajes de fase a neutro pueden alcanzar valores peligrosamente altos, hasta la magnitud del voltaje de fase a fase en casos extremos. Está claro que esto dañaría o destruiría las cargas conectadas. Dichas sobretensiones son una consecuencia de un desequilibrio severo que se encuentra con frecuencia en sistemas privados o comerciales. Esto se debe al hecho de que los dispositivos eléctricos utilizados allí son principalmente consumidores monofásicos con diferentes consumos de energía.

Aunque se presta atención en las instalaciones del edificio para distribuir simétricamente las cargas a las 3 fases, la carga asimétrica no se puede evitar en el uso diario del equipo eléctrico. Un ejemplo para una carga altamente asimétrica puede ser una lavadora (2000 W) en la fase L1, bombillas (100 W) en la fase L2 y una radio (20 W) en la fase L3 (figura 6a).

En el funcionamiento normal del sistema, la tensión correcta del sistema (230 V) se aplica a todas las cargas. Sin embargo, si el conductor neutro no se reconecta después del trabajo en la instalación, por ejemplo, y el sistema se reconecta, la tensión en cargas pequeñas puede alcanzar valores muy altos. En nuestro ejemplo, la radio correría un alto riesgo (la unidad de potencia se dañaría) y las bombillas se fundirían.

El objetivo debe ser señalizar incluso los desequilibrios más pequeños mediante relés de medición y desconectar cargas si es necesario antes de que puedan evolucionar a condiciones peligrosas. Los relés de sobretensión / subtensión convencionales no son adecuados para una detección temprana. Para detectar una asimetría del 5%, por ejemplo, de acuerdo con la ecuación (1), solo mediante el uso de relés de voltaje, tenían que ajustarse a un valor de sobretensión o subtensión del 2,5%. Sin embargo, esto no sería útil ya que no hay necesidad de desconectar a una tensión mínima de solo 2.5%.

Por lo tanto, el monitor DOLD IL 9069 sería un dispositivo de medición adecuado para este caso porque detecta una asimetría de los voltajes de fase a neutro. Como los voltajes de fase a neutro pueden alcanzar valores altos en caso de fallo, el relé debe ser capaz de soportarlo.

2. Voltaje inverso

El voltaje inverso, también llamado alimentación inversa, se convierte en un problema cada vez que se interrumpe un conductor en la instalación eléctrica. Tal interrupción puede ser causada por un fusible fundido, un conductor roto o un fallo de contacto en un dispositivo de conmutación, por ejemplo (Fig. 1b). Sin embargo, un voltaje inverso solo ocurre cuando un motor o transformador trifásico está presente.

Debido a que los motores que se ejecutan en dos fases debido a una interrupción tienen la característica de regenerar la fase del sistema faltante por sí mismos. Sin embargo, la magnitud y el ángulo de este voltaje no coinciden con el voltaje original del sistema. Por lo tanto, el sistema trifásico se volvió asimétrico aguas abajo del punto de interrupción (medida B, Fig. 1b). El grado de asimetría depende del tipo, tamaño y carga del motor.

En el pasado, el comportamiento anterior se utilizó deliberadamente para generar un sistema trifásico a partir de un sistema monofásico existente. Hoy, en la era de la electrónica de potencia, esto ya no es necesario. En nuestro caso, sería incluso perjudicial cuando una fase falla en sistemas con accionamientos eléctricos.

El problema es que una operación monofásica no se puede detectar de inmediato porque las unidades siguen funcionando sin cambios por el momento. Solo cuando se cambie deliberadamente la condición de operación se detectará, pero puede ser demasiado tarde. Los motores trifásicos no pueden arrancar en un sistema monofásico, por ejemplo.

Además, ya no es posible una inversión de la dirección de rotación porque el motor continuará funcionando en su dirección original incluso después de enchufarlo. Esto puede ser peligroso si se necesita una reversión por razones de seguridad, como con prensas y calandras. También los motores para ascensores y grúas comenzarían en la dirección opuesta debido a la carga de tracción.

De nuevo, los relés de asimetría (desequilibrio) pueden usarse para prevenir condiciones de este tipo. Pero en este caso, se necesitan dispositivos que comparen los tres voltajes fase a fase y los evalúen de acuerdo con la ecuación 1. Como se describió para el conductor neutro, se detectan pequeñas cantidades de asimetría, que no pueden detectarse mediante los relés de tensión.

La Figura 7 representa la conexión correcta de un alimentador de motor, como ejemplo. El relé de baja tensión con detección de desequilibrio integrado IL 9071/011 se utiliza aquí. Tenga en cuenta que la sección entre el relé de asimetría y el motor no se supervisa. Si esto es necesario por razones de seguridad, el relé de mínima intensidad IP 9271 debe ser colocado adicionalmente en el alimentador del motor. Con esta medida, todo el sistema se protege de forma óptima contra fallas de fase y conductores rotos.

Nota: Para la detección de asimetría, también sería adecuado el BA 9040, y el relé de calbe roto AI 940 para la detección de baja corriente.

Conceptos básicos sobre electroimanes

EL ELECTROIMÁN

Definición: Dispositivo electromecánico que transforma la energía eléctrica en movimiento lineal.

A continuación vamos a explicar conceptos básicos relativos a estos equipos:

A) Factor de marcha: es el parámetro que indica el tiempo máximo de activación de un electroimán. Se mide en tanto por cien (%), en un ciclo de referencia de 2 minutos. Así pues, un factor de marcha del 5% implica un tiempo máximo de activación de 6 segundos en un periodo de 2 minutos; un 25%, un tiempo máximo de 30 segundos en 2 minutos; y un 100% no implica tiempo máximo con alimentación.

Hasta aquí siempre se escogería un FM de 100%. No obstante, la fuerza que es capaz de realizar el electroimán es inversamente proporcional al FM. Por ejemplo, en el modelo 8.25 de Mecalectro, con un FM del 5% tiene una fuerza de 90N y 550W, mientras que el mismo modelo al 100%, tiene 10N y 32W.

Así pues debemos escoger el mínimo FM para asegurar una mayor fuerza con un electroimán menor y más económico. Nunca se debe rebasar el tiempo máximo de activación, ya que implicaría la fundición del hilo del bobinado.

A continuación podemos ver una gráfica para comprender mejor el FM:

B) Carrera nominal: desplazamiento que es capaz de realizar el electroimán desde el punto de fuerza nominal, hasta que el vástago está totalmente retraído.

Ejecución: Se dispone de tres tipos:

1. Tirante-pulsante: dispone por un lado de un vástago que tira al alimentar el electroimán; y por el otro lado un vástago que empuja al alimentar. Es el tipo genérico. Tiene la ventaja que se puede utilizar el vástago trasero para hacer una detección de posición, regular la carrera, etc.
2. Tirante: es igual que el tirante-pulsante, pero se ha eliminado el vástago trasero pulsante. Tiene la ventaja que reducimos el espacio donde ha de ir situado el electroimán.
3. Pulsante: similar al anterior, pero solo disponemos del vástago pulsante. Es el caso menos común.

C) Curva de fuerza: los parámetros fundamentales relativos a la fuerza del electroimán son la fuerza inicial y la fuerza de mantenimiento. La fuerza inicial es la fuerza que es capaz de realizar el electroimán en el punto de carrera nominal. La fuerza de mantenimiento es la fuerza que es capaz de hacer cuando el vástago está totalmente retraído, cuando el circuito magnético está totalmente cerrado. Esta fuerza siempre es mayor que la inicial.
Aquí abajo se puede observar una curva típica de un electroimán:

También es posible cambiar la forma de la curva de fuerza con respecto al desplazamiento. Por ejemplo, puede haber aplicaciones donde se requiera que la fuerza de mantenimiento sea mayor, o la entrega sea más constante,… Para ello se puede fabricar el electroimán con diferentes formas de núcleo. A continuación tres ejemplos:

D) Alimentación y variaciones: las posibilidades de alimentación de los electroimanes son infinitas, tanto en alterna como en continua, siendo las más comunes 24Vdc y 230Vac.
Un parámetro muy importante es la variación de la tensión de la alimentación. Si se realiza a través de una fuente de alimentación AC-DC no hay problema, ya que ofrece variaciones de tan solo 1 o 2%. En la red eléctrica las variaciones de tensión son mayores.
Hay que tener presente que la variación estándar que soportan los electroimanes es de -10%, +5%. No obstante, se pueden diseñar electroimanes que soporten mayores variaciones si es requerido por la aplicación.

E) Velocidad de movimiento: La velocidad de movimiento es el tiempo que necesita el electroimán para recorrer su carrera nominal. Va de los 20 a los 300 ms.
La velocidad de retorno está condicionada al muelle interno que incorpore el electroimán. En el caso de no incorporarlo, es el sistema exterior el que determina este parámetro.

Esto es todo por el momento.
Muchas gracias por leernos.

Saludos