informe del parcial practico electronica 1

informe del parcial practico electronica 1 Sy z002seek $espanÑ 10, 2016 9 pases DETECCION DE LA DIFERENCIA DE FASE ENTRE LA SEÑAL DE VOLTAJE Y DE CORRIENTE POR MEDIO DE LA MODULACIÓN DE PULSOS Y FACTOR DE POTENCIA OSCAR VALE-NCIA 1331452 UNIVERSIDAD DEL VALLE Oscar. andres. [email protected] edu. o resumen- -en este informe se describirá el funcionamiento de un detector de desfase entre una señal de voltaje y de corriente con el fin de identificar su ángulo de desfase entre las dos señales , el factor de potencia actual de la carga y una indicación de si la arga considerada es de carácter mayoritariamente inductiva o mayoritariamente ca l.

MARCO TEORICO En la industria Los m son equipos formad inductancia, por tant org to View nut*ge ormadores resistencia e tencia activa (P) y potencia reactiva inductiva (QL), estos a su vez determinan la potencia aparente, la cual es la base para el dimensionamiento de los alimentadores y cableados. Para una potencia constante, la cantidad de corriente de la red se incrementa en la medida que el factor de potencia disminuya, por ejemplo, con un factor de potencia igual a 0. , la cantidad de orriente para la carga será dos veces la

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corriente útil, en cambio para un factor de potencia igual a 0. 9 la cantidad de corriente será de 10% más alta que la corriente útil Esto significa que a bajos factores de potencia los transformadores y cables de distribución pueden sobrecargarse, SWipe 10 sobrecargarse, y que las pérdidas en ellos se incrementarán (en proporción con el cuadrado de la corriente), afectando a la red tanto en el alto como en el bajo voltaje.

II. INTRODUCCION en el siguiente informe se especificara cada paso para la implementación de un detector de diferencia de ángulo de fase ntre una señal de voltaje y de corriente proporcionales, para estimar el factor de potencia (FP), por medio de la modulación de pulsos que convierte a un ancho de pulso de una onda cuadrada, de tal manera que se obtiene una señal PWM modulada por el desfase entre voltaje y corriente.

Así, midiendo el valor RMS de esta onda cuadrada con un multímetro de valor RMS verdadero (True RMS) se obtiene un nivel de voltaje proporcional al desfase entre las señales de voltaje y corriente, He indicando mediante una señal electrónica si la carga en consideración es de carácter mayoritariamente inductiva o apacitiva. III. PROCEDIMIENTOS Figura 1.

Detección de la diferencia de fase entre la señal de voltaje y la de corriente por medio de la modulación de pulsos Se emula un motor como un arreglo (RL) y (RC) con una fuente de voltaje sinuidal de 5 cos(377t) Vrms a una frecuencia de 60 Hz para la detención de la señal de voltaje y de corriente para determinar sus ángulos de desfase en su efecto reactivo cuando sea mayontanamente inductivo y mayoritariamente capacitivo.

La señal de vo taje esta determinada por la fuente de vo taje sinuidal de 5 cos(377t) Vrms y la señal de cor or la fuente de voltaje sinuidal de 5 cos(377t) Vrms y la señal de corriente se obtendrá en paralelo a la calda de voltaje en la resistencia R2 (ver figura 2). Figura 2. Arreglo (RC) y (RI_) para la detención de la señal de voltaje y corriente Las señales de voltaje y de corriente deben de ser semejantes para la detención de sus desfases.

Pero por ley de ohm en la resistencia R2 donde no se está cumpliendo la equivalencia. Para compensar la carda de voltaje en la resistencia R2y lograr que la señal de voltaje sea igual a la de corriente se implemento un amplificador operacional en configuración restador con una anancia de en su salida y equiparar la señal igual a la de corriente (ver figura 3) Figura 3.

Amplificador en configuración restador La señales senoidales de voltaje y de corriente pasaran por las mismas etapas cada una, para determinar la diferencia de fase entre ellas con una carga mayoritariamente capacitiva o inductiva con el motor. Las señal se convirtió a un ancho de pulso de una onda cuadrada, de tal manera que se obtiene una señal PWM modulada por el desfase entre voltaje y corriente.

Usando amplificadores operacionales LF353 en bucle abierto recibiendo la señal por u entrada inversora y llevando su entrada no inversora a tierra, saturando la señal de salida entre , el op-amp UIA modula la señal de voltaje y el op-am la la señal de corriente recibida en paralelo con de Ion . en donde (ver en paralelo con la resistencia de 100 . en donde (ver figura 4-5) Figura 4. Las señales se convirtieron a un ancho de pulso de una onda cuadrada con op-amp If353 en lazo abierto Figura 5.

Señales de moduladas en ancho de pulso de onda cuadrada, voltaje (roja)- corriente(rosa) En la siguiente etapa se colocaron dos amplificadores operacionales LF353 en configuración sumador para aumentar l off-set de cada una de las señales de voltaje (USA) y de corriente(U6A) (figura 5) y poder tenerlas sobre el eje en cero con dos fines, el primero para poder identificar cual de las dos señales esta adelantada con respecto a la otra y al restar sus señales moduladas identificar una zona de trabajo correspondiente a la potencia reactiva que esté desarrollando la carga (el motor).

Y segunda para desarrollar un indicador que nos muestre por medio de una señal electrónica cuando la carga es mayontariamente capacitiva o inductiva. (Ver anexos figura 15) Figura 6. Op-amp LF353 en configuración sumador para aumentar l off-set En la siguiente etapa Para encontrar el desfase entre las señales de voltaje (USA) y corriente (U6A) provenientes de la carga (el motor) se optó por un amplificador operacional en configuración de restador para que tomara las señales moduladas de voltaje y corriente que salen de los sumadores, y donde la salida de este restador será descrita por la ec. (ver Anexo), y su comportamiento gráfico de ancho de trabajo se ve como la resta de las dos señales cuadradas (ver de las dos señales cuadradas (ver Figura 8). se puede interpretar que la resta de los voltajes de salida de los sumadores ue traen la señal cuadrada de voltaje y de corriente están relacionados con el ángulo de desfase y son proporcionales al factor de potencia, está relacion esta descrita por la ecuación (5),(6),(7)y (8) (ver Anexo), donde los valores simulados se muestran en la Tabla 1 y 2 y experimentales en la Tabla 3.

Como mecanismo de variación del ángulo de fase entre las señales, para hacer más dinámico y versátil el diseño, se optó por modificar la carga RC y RC que emula el motor, donde RI en la Figura 1 se variaría en un intervalo 10-1000, por lo cual en la Tabla 1,2 y 3 aparecen los valores de RI con este intervalo. La explicación de la implicación directa de esta RI en el ángulo entre las dos señales es porque esta es el ángulo de la impedancia, y se puede ver en la relación descrita por la ec. 4 y 5 (ver Anexo). Figura 7. Op-amp LF353 en configuración restador para determinar el ancho de trabajo de las señales .

Figura 8. Señal de salida del restador, ancho de trabajo menor al para el indicador de reactivos, ósea si la carga es mayoritariamente capacitiva o inductiva se implemento el integrado M74LS175 en funcionamiento como flip-flop que al entrar una señal (en este caso las señales cuadradas de voltaje y orriente 5) por su pin CLK, su salida O toma el estado que ve el flanco en la s y corriente desfasadas)(fig. 5) por su pin CLK, su salida O toma el estado que ve el flanco en la señal de entrada en el pin DI. La salida tomara el estado contrario al de O. dos diodos LED ira conectados a las salidas O y O para indicarnos el estado de la señales y cual esta adelantada con respecto a la otra y indicándonos cuando es mayoritariamente capacitivo o inductivo dependiendo de el diodo LED que se encienda. [Ver figura 9] Figura 9. Integrado M74LS175 para identificar visualmente la arga reactiva Datos simulados cuando la carga es mayoritariamente inductiva Angulo Desfase (9) Cos (9) 10 3,96 85,68 0,07 20 3,93 81,42 0,14 30 3,85 77,25 0,22 -69,34 0,35 60 3,46 -65,65 0,41 70 3,39 -62,17 0,46 80 3,29 -58,90 0,51 90 3,23 -55,83 0,56 100 3,14 -52,98 0,50 Tabla 3.

Datos experimentales IV. COMPONENTES PARA EL DISEÑO Los componentes para el diseño fueron básicamente con lo que se trabajo la primera mitad del curso y sus laboratorios que se basaban en los amplificadores operacionales y sus diversas configuraciones por ser hoy en día más versátiles y fieles. Se tilizaron op-amp LF353 por su estructura DIP (Dual InPackage) que nos facilitaba el tamaño del diseño. Un trimer de 100 que nos facilitaba el cambio de impedancia en la emulación del circuito R a su versatilidad y mejor precisión. mayoritaria mente capacitiva o inductiva. Ver tabla 4) Componentes experimentales del diseño elemento Identificación en la figura 1 Valor Resistencia RI 1,R9 R5,R23 3kn R7,R22 330 op-amp LF353 Capacitor electrolítico 101_lF M74LS175 l_J7 Fuente AC controlada el diseño realizado como solución al problema es una buena aproximación a lo solicitado en el problema 3 del parcial pratico e electrónica l, se encuentra que por medio de la simulación en multism cuando la carga es predominantemente capacitiva (ecuación 6) donde según mínimos cuadrados tiene una dispersión mínima de acuerdo a que el coeficiente de correlación =0. 874 es cercano a uno y un factor de potencia PF = cos(B) Y cuando la carga es predominantemente inductiva (ecuación 7)donde según m[nimos cuadrados tiene una dispersión mínima de acuerdo a que el coeficiente de correlación 20. 9905 es cercano a uno y un factor de potencia por medio de experimentación se encontró que, cuando la carga s predominantemente capacitiva , donde según mínimos cuadrados tiene una dispersión mínima de acuerdo a que el coeficiente de correlación cercano también a uno.

Y un factor de potencia REFERENCIAS [1] R. F. Coughlin, F. F. Driscoll. «Amplificadores operacionales y circuitos integrados lineales», Prentice Hall 4 ed. 1993. [2] Universidad del Valle. «Guías de laboratorio de electrónica l». [3] http://unicrom. com/amplificador-operacional-ganancia-lazo -abierto/ (4]http://w’. w„’ digikey. com/es/articles/techzone/2014/oct/voltage -and-current-mode-co ntrol-for-pwm -signal-generation-in-dc-to-dc -switching-regulators