Curso Ips (parte 2)

CURSO DE SCR IPS

PARTE 2 (SISTEMA SCR)

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CURSO DE SCR IPS SISTEMA COMPLETO - DIAGRAMA EN BLOQUES DEL SISTEMA Y RESUMEN FUNCIONAL

Los componentes principales de un sistema SCR se muestran en la figura 1. Esta representa un sistema que tiene 3 grupos moto-generadores, 3 convertidores SCR y 3 motores DC para impulsar cargas. Existen sistemas más grandes o más chicos pero la configuración básica permanece igual. En la figura se observa una división marcada por la barra de distribución principal de potencia AC. Todo el equipamiento por encima de esta barra, pertenece a la parte de generación y control de potencia eléctrica AC, la cual es usualmente trifásica de 600VAC y 60Hz.

Figura 1. Diagrama en bloques de AC – Sistema SCR. La barra actúa como una tubería donde varias bombas se alimentan de ella. Uno o más generadores pueden ser colocados en el bus para reunir la demanda de potencia total que requieran las distintas cargas. Un conjunto moto-generador requiere de ciertos controles, medidores y dispositivos de protección junto con un interruptor general (circuit breaker) para conectarlo al bus principal.

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CURSO DE SCR IPS El equipamiento de un grupo moto-generador está agrupado en un cubículo denominado “Control del Generador”. Este cubículo provee el control automático de la velocidad de rotación del motor y la tensión de salida del generador, e incluye un panel con medidores y medios para ajustes y comandos manuales del grupo. Cada parte del equipo mostrado debajo del bus principal utiliza potencia eléctrica y representa una carga eléctrica para el sistema. El total de todas las cargas es la demanda del sistema y debe ser igualada con la capacidad generada. Cualquiera sea la corriente tomada del bus principal, ésta debe ser entregada por los generadores. Una ventaja importante de esta configuración es que sólo se utilizan los generadores necesarios para satisfacer la demanda de potencia en un determinado momento, ahorrando combustible y costos de mantenimiento. Si algún grupo moto-generador está fuera de servicio por alguna razón, no hay interrupción de potencia de los otros generadores hacia todas las cargas del sistema. Esta es una consideración importante donde una pérdida total de potencia puede tener serias y costosas consecuencias. Algunos tipos de equipos (ejemplo una bomba centrífuga), pueden ser operados a velocidad constante y por lo tanto pueden ser impulsados por motores de corriente alterna. Tales motores están clasificados como motores auxiliares y están alimentados generalmente con corriente trifásica de 480Vac. Como el bus principal tiene 600Vac, se necesita un transformador reductor a 480Vac, como el que se indica en T2. Cada motor debe ser controlado por un dispositivo de interrupción de alimentación. Estos arrancadores, etc., están alojados en un gabinete central conocido como Centro de Control de Motores (MCC). También hay una demanda de baja potencia de AC para iluminación y para motores chicos. Un pequeño transformador reductor (T1) provee en su secundario 120/208Vac trifásica a un panel de distribución para alimentar estas cargas. Este panel de control se llama Panel de Iluminación (Lt. Panel en la fig. 1). T1 puede estar alimentado con 600Vac ó con 480Vac vía el MCC. Los motores auxiliares del MCC y la iluminación pueden requerir una cantidad significativa de potencia pero esta es sólo una pequeña parte de la demanda de potencia total. Los convertidores SCR suministran potencia a los motores de corriente continua (DC) los cuales impulsan cargas realmente muy pesadas. Cualquier carga que necesite un amplio rango de ajuste de velocidad debe ser manejada por un motor DC. Cada convertidor SCR recibe una entrada de AC de tensión constante (600Vac RMS) y provee una salida DC entre cero y 750Vdc. En general, habrá un convertidor SCR para cada carga. Una carga puede ser manejada por uno ó más motores para reunir los requisitos de potencia, pero todos los motores de una misma carga deben ser alimentados desde un mismo

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CURSO DE SCR IPS SCR en la mayoría de los casos. Si se manejase más de una carga con un único SCR, se perdería el control de velocidad individual de cada una de las cargas. Para tener más variantes y protección contra falla del convertidor SCR, es común tener circuitos alternativos en la parte DC que permitan manejar cada carga desde al menos 2 convertidores SCR. Esta conmutación de un SCR a otro, se realiza a través de contactores de potencia y ocurre sólo cuando la corriente DC de salida es cero. La elección del camino de potencia DC lo realiza el operador vía la consola de control. - DISPOSICIÓN DEL EQUIPAMIENTO E IDENTIFICACIÓN DE LAS SECCIONES COMPONENTES

El equipamiento de control y conmutación indicado en la figura 1, está contenido en gabinetes de acero como los de las figuras 2 y 3 respectivamente. En la figura 2 se observa los controles de la parte de generación para 3 grupos moto-generadores; los cubículos con los controles de AC y arriba de ellos los interruptores generales (circuit breaker) de cada uno de los generadores correspondientes. El cuarto cubículo de (izquierda a derecha) es el Cubículo de Sincronismo. Este contiene todos los circuitos comunes a los generadores para completar el sistema de control. El interruptor general arriba de este cubículo alimenta al transformador reductor de 600Vac a 480Vac para la alimentación de los motores auxiliares del MCC. Cada cubículo del generador tiene los medidores y controles necesarios para la operación del conjunto moto-generador asociado.

Figura 2. Control de AC.

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CURSO DE SCR IPS El cubículo de sincronismo tiene los medidores, indicadores y controles necesarios para la puesta en paralelo de las unidades generadoras y el monitoreo del bus principal de AC.

Figura 3. Sistema de impulsión SCR. El ensamble de un convertidor SCR está constituido por un puente rectificador, un interruptor de AC y la electrónica de control asociada. El convertidor SCR y los contactores para el ruteo de su salida DC están agrupados en lo que se llama Cubículo del SCR. El sistema de la figura 1, tiene 3 cubículos SCR. Usualmente también se encuentra un cubículo extra donde se alojan aparatos que son comunes a todos los SCRs y terminales de circuitos de control. Este cubículo también posee contactores para el arranque de motores auxiliares (sopladores, lubricadores de cadena, etc.).A este cubículo se lo denomina Cubículo de Servicio. En la figura 3 se muestra un cubículo de SCR. Cada cubículo tiene 2 medidores (de tensión DC y corriente DC de salida del rectificador), y un interruptor de circuito de AC en la parte superior. La sección media de cada cubículo es el propio convertidor SCR (puente de tiristores). La mitad inferior de cada cubículo contiene los contactores para la conmutación de DC.

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CURSO DE SCR IPS - GENERACION DE AC Y CONTROL – INTRODUCCION

Se utilizan motores Diesel como impulsores principales de los generadores donde se genera la potencia de AC a una tensión y frecuencia constantes (600Vac RMS y 60Hz). Todos los sistemas de IPS incluyen un cubículo de control para cada grupo moto-generador. Este cubículo sirve para los siguientes propósitos: 1. Provee al operador los controles para el arranque, detención y ajustes manuales del grupo. 2. Controla la velocidad del motor para obtener una frecuencia eléctrica constante del generador (hertz, Hz). 3. Controla la salida de tensión del generador a nivel constante. 4. Protege al motor de una sobrecarga de potencia (KW/HP). 5. Iguala la demanda de carga entre motores (reparto de KW). 6. Protege al generador de una sobrecarga de corriente. 7. Iguala la corriente de carga entre generadores (reparto de KVAR). 8. Provee indicaciones de la salida del generador (medidas) y de las condiciones de operación. 9. Provee un interruptor magnético (circuit breaker) para la conexión del generador al bus principal de AC. 10. En algunos sistemas también se incluyen módulos para arranque y sincronización automática para cuando se necesita que un generador adicional se coloque en línea. En los sistemas que tienen 2 o más unidades moto-generadoras hay un cubículo de sincronismo separado, el cual brinda las facilidades para colocar los generadores en paralelo.

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CURSO DE SCR IPS UNIDAD DE ALTERNA: GENERACION DE AC Y CONTROLES - CUBICULO DE CONTROL DEL GENERADOR

En la figura 4 se muestra el cubículo de un generador típico. En la parte superior del cubículo se instala el interruptor general (Generador CB). Debajo está el panel de control del generador, incluyendo las tarjetas extraíbles (card rack), montado sobre la puerta. Abriendo la puerta se tiene acceso a la parte trasera de los medidores, tarjeta de control y un número de dispositivos requeridos para la operación y control del grupo moto-generador.

Figura 4.Cubículo del generador.

- DIAGRAMA DEL CAMINO DE POTENCIA

El camino de potencia principal en un cubículo del generador se muestra en la figura 5, donde se observan 2 transformadores de corriente (CTs).

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Figura 5. Diagrama del camino de potencia. La barra de potencia principal trifásica pasa por la parte superior del cubículo del generador y se conectan al interruptor principal. Los cables del generador (fases A, B y C) se conectan al interruptor principal desde abajo. Estos cables pasan a través CTs los cuales se utilizan para medir la corriente del generador. - GABINETE DE TARJETAS DE CONTROL (CONTROL CARD RACK).

El gabinete de las tarjetas de control del generador es el elemento central en el sistema de control de la generación (figura 6). Cuando está totalmente equipado posee 5 tarjetas ó módulos extraíbles, 2 son opcionales y pueden ser omitidos. Los módulos que si se necesitan siempre son los que realizan medición, regulación de voltaje y control de la velocidad. Cada módulo extraíble realiza la conexión eléctrica con un conector ubicado en la parte trasera del rack. Estos conectores están ubicados sobre una placa de circuito impreso llamada placa madre (Mother Board) la cual hace de soporte y los conecta entre sí.

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Figura 6. Control Card Rack - MEDIDORES DE AC

Los medidores típicos del panel de control de un generador son: - AC (Amperes) - KVAR (Kilovolt Ampere Reactivo) - KW (Kilowatt) Un voltímetro de AC y un frecuencímetro están ubicados en el panel de sincronismo y son comunes a todos los generadores. - CONTROLES DEL OPERADOR

Los controles manuales e indicadores de estado para la operación del grupo moto-generador están incorporados en los módulos extraíbles. La tabla 1 muestra los controles e indicadores que posee cada módulo, y la tabla 2 muestra las funciones de cada uno y si son requeridos u opcionales para el control del grupo moto-generador.

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CURSO DE SCR IPS Tabla 1. Controles e indicadores de los módulos extraíbles. MODULO CONTROLES E INDICADORES Metering (Medición) - 10 luces indicadoras de alarma /estado. - 1 botón de reset. - 1 llave selectora para seleccionar tensión de fase. - 1 llave selectora para seleccionar corriente de fase. Voltaje Regulador (Regulador de - 1 control para el ajuste de la tensión tensión) de AC Governor (Regulador de velocidad) - 1 llave selectora para el control del motor. - 1 control para el ajuste de velocidad. Engine Alarm (Alarmas del motor) - 7 luces indicadoras. Auto Start/Sync (Sincronismo y - 2 pulsadores. arranque automático) - 3 interruptores de selección. - 12 luces indicadoras.

Tabla 2. Funciones de los módulos extraíbles MODULO REQUERIDO FUNCION METERING SI Tiene circuitos de medición y cálculo para el manejo de los medidores y monitoreo de las protecciones. VOLTAJE REGULATOR SI Mantiene constante el voltaje de salida del generador. GOVERNOR SI Mantiene la velocidad del motor y la frecuencia eléctrica en un valor constante. ENGINE ALARM OPCIONAL Señala condiciones anormales del motor. AUTO START/SYNC OPCIONAL Esta unidad provee cierto tipo de automatización para el arranque y la operación. La figura 7 muestra la placa madre del gabinete de las tarjetas o módulos de control. Esta se ve cuando se abren las puertas del cubículo. Se muestra la disposición general de los componentes de la placa madre y las dos borneras de

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CURSO DE SCR IPS conexionado para cableado externo. En un costado se encuentran las bobinas de choque y los capacitares de filtro de los +12Vdc y -12Vdc que alimentan electrónica (figura 8). Potenciómetros de ajuste y dipswitches distribuidos sobre la placa madre se utilizan para la programación del sistema y ajuste operacional.

Figura 7. Mother board Layout.

Figura 8. Filtro LC.

MODULO DE MEDICION (METERING) - FUNCIONES DEL MODULO DE MEDICION

La función principal de este módulo es generar las salidas eléctricas adecuadas para el manejo de los medidores del panel frontal. Además, este módulo proporciona varias señales de alarma y estado del sistema que son de utilidad para el operador y para la protección automática del sistema. Todas las salidas son de baja tensión y baja potencia DC, de niveles estandarizados. Esta estandarización hace posible el uso de un único Módulo de Medición para todas las aplicaciones sin importar la potencia del grupo motogenerador. El reemplazo o intercambio de las unidades de medición no requiere de ninguna recalibración o ajuste. Las entradas al Módulo de Medición (Metering) se obtienen del propio bus del generador. La tensión y corriente de AC entregada por el generador se miden mediante transformadores de tensión y corriente respectivamente. Los voltajes de AC de bajo nivel en el secundario de estos transformadores representan los parámetros de operación del generador y son usados por el Módulo de Medición para desarrollar las siguientes señales de salida:

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CURSO DE SCR IPS MANEJO DE LOS MEDIDORES (0 a 5 VDC) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Kilowatts (KW) Kilovoltamperes Reactivos (KVAR) Volts. Amperes Factor de Potencia (PF) Frecuencia (FREQ) Kilovoltamperes (KVA)

SALIDAS DE ESTADO, ALARMA Y PROTECCIONES 1. Señal de Límite de Potencia 2. Señal de Porcentaje de límite de potencia 3. Protección del Sistema por: 3.1 Baja y Sobre Tensión 3.2 Baja y Sobre Frecuencia 3.3 Potencia Inversa 3.4 Secuencia de fase Inversa Todos los medidores manejados por el Módulo de Medición son voltímetros DC, con fondo de escala de 5Vdc, para adaptar el rango al las salidas del Módulo de Medición. La escala de cada medidor se selecciona para representar la variable que está siendo medida y tiene que ser igual ó mayor al valor máximo que se quiere medir y dependerá de cada sistema en particular. Por ejemplo, la escala de un medidor de KW puede marcar de 0 a 800 KW mientras que otro (para un grupo moto-generador más grande) puede indicar de 0 a 1600 KW. - INDICADORES Y ACCESORIOS DEL MODULO DE MEDICION (METERING)

A. LUZ DE GENERADOR RUN (AMARILLA) Se ilumina cuando la tensión del generador alcanza aproximadamente 100Vac indicando que el voltaje de salida está aumentando en el arranque. B. LUZ DE LIMITE DE POTENCIA (AMARILLA) Se ilumina cuando la demanda de carga KW ó KVA supera los límites programados para la unidad moto-generadora. C. LUZ DE SOBRE TENSION (ROJA) Se ilumina cuando la tensión de línea del generador supera el 25% aprox. con respecto al valor nominal (600Vac). Permanece encendida hasta que se presiona reset.

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CURSO DE SCR IPS D. LUZ DE BAJA TENSION (ROJA) Estando el breaker cerrado, se ilumina cuando la tensión de línea del generador cae un 20% por debajo de la tensión nominal. Permanece encendida hasta que se presiona reset. E. LUZ DE BAJA FRECUENCIA (ROJA) Estando el breaker cerrado, se ilumina cuando la frecuencia del generador cae un 10% por debajo de la frecuencia del sistema. Permanece encendida hasta que se presiona reset. F. LUZ DE SOBRE FRECUENCIA (ROJA) Se ilumina cuando la frecuencia del generador supera en un 10% a la frecuencia del sistema. Permanece encendida hasta que se presiona reset. G. LUZ DE SECUENCIA DE FASE INVERSA (ROJA) Se ilumina después que la tensión del generador se elevó, si la secuencia de tensión de fases no es ABC Permanece encendida hasta que se presiona reset. H. LUZ DE POTENCIA INVERSA (ROJA) Se ilumina para indicar flujo de potencia inversa (desde el bus principal de AC hacia el generador). Permanece encendida hasta que se presiona reset. Figura 9. Módulo Metering. I. PULSADOR DE RESET Resetea los indicadores de alarma C, D, E, F, G, H y habilita nuevamente la operación del sistema. J. LLAVE SELECTORA DE TENSION Selecciona la tensión de línea del generador que se quiere medir, esta puede ser Vab, Vbc o Vca. La cuarta posición de la llave permite medir la tensión del bus de alterna. K. LLAVE SELECTORA DE CORRIENTE Selecciona la fase del bus del generador (A, B ó C) en la cual se quiere medir corriente. L. LUZ DE BREAKER CERRADO (ROJA) Indica que el breaker del generador está cerrado.

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CURSO DE SCR IPS M. LUZ DE BREAKER ABIERTO (VERDE) Indica que el breaker del generador está abierto. - ENTRADAS AL MODULO DE MEDICION (METERING) DADAS POR EL MODULO (MIP)

Para calcular los parámetros de estado del funcionamiento del sistema, se deben conocer datos del mismo. Para hacer esto se utiliza un Panel de Interfase de Medición (MIP) (ubicado en el cubículo de cada uno de los generadores) para transferir información de la tensión y corriente del bus de AC de cada generador, hacia la placa madre y desde ahí a los distintos módulos extraíbles conectados a ella (entre los cuales está el Módulo de Medición), los cuales utilizarán estas entradas para controlar el sistema a través de sus salidas. El cableado de este Panel de Interfase de Medición (MIP) se puede ver en la figura 10.

Figura 10. Cableado de la MIP.

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CURSO DE SCR IPS La ubicación de la MIP junto con los componentes principales dentro de un cubículo de un generador se muestra en la figura 11.

Figura 11. Ubicación del Panel MIP. Figura 11. Ubicación del Panel MIP. Para obtener esta información de tensión y corriente se utilizan seis transformadores de instrumentación que convierten los valores de alta tensión y corriente presentes en el bus de AC del generador, en valores proporcionales de baja tensión y corriente y de esta forma poder ser utilizados por la electrónica de los distintos módulos conectados a la placa madre. La corriente de entrada al MIP se realiza a través de los transformadores de corriente 1CT1 y 1CT3 colocados en las fases A y C del bus del generador. Las corrientes de salida de estos transformadores, entre 0 y 5 Amperes, entran a los primarios de los transformadores de corriente CT1 y CT2 del MIP. Las corrientes de salida de estos transformadores desarrollan una tensión de AC sobre resistencias (divisor resistivo), colocadas en sus secundarios. La mitad de la tensión total desarrollada en cada secundario se conecta directamente a la Placa Madre a través de los terminales 12, 13 y 14 de la bornera de interconexión TB2 sobre la misma. Cada Volt de estos terminales representa un número conocido de los amperes de AC de cada fase del generador. Los primarios de los transformadores de corriente CT1 y CT2 tienen derivaciones (taps) para poder adaptarlos a distintas relaciones de transformación que pudieran tener los transformadores de corriente 1CT1 y 1CT3. Las tensiones de línea Vab y Vcb del generador, alimentan los bobinados primarios de los transformadores PT1 y PT2 del MIP. Estos tienen una relación de transformación de 600/5 voltios, por lo tanto, las tensiones de salida serán de 5Vac cuando en el bus del generador existan 600Vac. Los voltajes del secundario de estos transformadores se conectan a la Placa

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CURSO DE SCR IPS Madre a través de los terminales 9, 10 y 11 de la bornera de interconexión TB2. Los 2 transformadores restantes de la MIP, son transformadores de tensión con una relación de transformación de 5:1 dando 120Vac en el secundario cuando en el primario hay 600Vac. Los 120Vac de salida de PT3 son utilizados por el circuito de sincronismo para comparar con la tensión en la barra de distribución. (Contactos 9 y 10 de C1). La salida de 120Vac de CPT1 se utiliza para alimentar la bobina de apertura de bajo voltaje (UV) del breaker del generador (a través de los contactos 7 y 8 de C1). Esta bobina (UV) está diseñada para evitar el cierre del breaker del generador si la tensión del bus del mismo está por debajo de 600Vac y abrirá el breaker en el caso que ocurra una condición de bajo voltaje. - SALIDAS DEL MODULO DE MEDICION

Las conexiones para las salidas están agrupadas en la bornera TB1 de la Placa Madre y se muestran en la tabla 3. En la tabla 4 se muestra como es que miden los instrumentos (escalado estandarizado). Tabla 3. Conexionado externo para las salidas del Módulo de Medición. Terminal de TB1 Salida para el manejo del: Polaridad / Rango 1 Voltímetro + / 0 a 5Vdc 2 Amperímetro + / 0 a 5Vdc 3 Medidor de Kilowatts (KW) + / 0 a 5Vdc 4 Medidor de Kilovars (KVAR) + / 0 a 5Vdc 5 Inhibición de potencia inversa 6 Medidor de Frecuencia (Hz) + / 0 a 5Vdc 7 Medidor de Factor de Potencia + / 0 a 5Vdc 8 Medidor de KVA + / 0 a 5Vdc 9 Común Neg. 10 Reducción de potencia (pin “+”) (*) 11 Reducción de potencia (pin “-“) (*) 12 % de Potencia (pin “+”) (*) 13 % de Potencia (pin “-“) (*) 14 Límite de Potencia 15 Volts del Bus principal (*) Salidas que van hacia la placa de Porcentaje de Límite de Potencia.

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CURSO DE SCR IPS Tabla 4. Escalado estandarizado. Función Escalado Medidor de Kilowatt 5Vdc = FS del amperímetro x 0.75 Medidor de Kilovar 0Vdc = FS KVAR (en atraso ó inductivo) 2.5Vdc = Cero de la escala de KVAR 5Vdc = FS KVAR (en adelanto ó capacitivo) Medidor de Factor de Potencia 0Vdc = 0.5 PF (inductivo) 2.5Vdc = 1 PF 5Vdc = 0.5 PF (capacitivo) Todos los instrumentos de medición trabajan con un valor nominal de 5Vdc a fondo de escala. Los valores de tensión de salida del Módulo de Medición para manejar los medidores están estandarizados en el rango de 0 a 5Vdc. Un medidor de aguja de repuesto que no tenga marcado el dial, puede reemplazar a uno defectuoso. Solamente hay que sacar el dial del medidor defectuoso y transferirlo al medidor de repuesto, ya que los dos poseerán un fondo de escala de tensión de entrada de 5Vdc. Un posible defecto en un medidor de aguja puede ser identificado leyendo lo que indica el medidor y midiendo la tensión DC en sus terminales. Si el medidor está funcionando correctamente se debe obtener la siguiente igualdad: Lectura del medidor = Volt DC medidos Fondo de escala 5Vdc Ejemplo para un medidor de Kilowatt: -Fondo de escala = 1000KW Relación 1:

550KW / 1000KW = 0.55

Relación 2:

2.75Vdc / 5Vdc = 0.55

-Lectura del medidor = 550KW -Volt DC medidos = 2.75Vdc -FS del medidor = 5Vdc La relación 1 = relación 2. No hay defecto en el medidor. - OPERACIÓN Y CALIBRACION DEL MODULO DE MEDICION

La función principal del módulo de medición es proveer las señales de salida DC para manejar los medidores del panel de la parte de generación como se vio en las tablas 3 y 4. No todas las salidas se utilizan en todos los sistemas pero todas están disponibles.

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CURSO DE SCR IPS Cualquiera de las tres tensiones de línea del generador puede ser elegida para visualizar mediante la llave selectora de tensión, al igual que cualquiera de las corrientes de fase del mismo a través de la llave selectora de corriente. Varios tipos de condiciones anormales son sensadas por el módulo de medición y este si es el caso encenderá de las luces de alarma del panel frontal en los casos de: -

Alta ó baja tensión (luces C y D, fig.9) Alta ó baja frecuencia (luces E y F, fig.9) Secuencia de fase inversa (luz G, fig.9) Potencia inversa (Luz H, fig.9)

Cada luz permanece encendida para dar información de la falla específica. El botón de reset limpia la condición de falla luego de que el problema ha sido solucionado. Estás 6 condiciones de alarma también energizan el Relé de Alarmas (AR) ubicado en la Placa Madre. Dos pares de contactos auxiliares de este relé están disponibles, para la interconexión con el exterior, en los terminales 1 al 6 de la bornera TB2. En la configuración normal de la placa madre, los contactos auxiliares normales cerrados del relé de alarma se conectan en serie con el contacto RUN del generador (TB2 16 y 17) que alimenta a C1; si hay alarma se abren los NC, se interrumpe la alimentación de C1 y se abre el breaker. Si no se desea que el breaker se abra con cualquiera de las 6 condiciones de alarma, entonces la conexión serie anterior no se realiza, y el breaker del generador se abrirá sólo cuando ocurra alguna de las condiciones de alarma seleccionadas para el pare del motor, ó sobre las funciones de apertura del breaker del generador (bobina de bajo voltaje). Cualquier combinación de estas alarmas OV, UV, OF, UF, RS ó RP pueden utilizarse para detener el motor (las cuales siempre abrirán el breaker del generador). Esta combinación ó selección se realiza con puentes (jumpers) ó switches en el bloque de programación “PS2” ubicado sobre la Placa Madre. Cuatro luces adicionales sobre el panel frontal muestran la información del estado del sistema de CB abierto (CB=Circuit Breaker), CB cerrado, Generador RUN y Limitación de Potencia. - PROGRAMACION

Sobre la placa madre hay bloques de interruptores ó switches para la programación del sistema (figura 12). PS1, en la ubicación A, es utilizado para determinar la fuente de la señal que utilizara el medidor de porcentaje de potencia, normalmente ubicado en la consola de comando. Solo una de las tres opciones puede ser seleccionada.

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Figura 12. Mother board Layout. Posición 1 El medidor de Porcentaje de Limite de Potencia mostrara la mayor de las siguientes relaciones: (1) KW de carga / KW máximos (2) KVA de carga / KVA máximos

ó

Esta posición es la más utilizada y proporciona la indicación más útil en la mayoría de las aplicaciones. • Los KW máximos están determinados por la capacidad del motor. • Los KVA máximos están determinados por la capacidad del generador y siempre son mayores que los KW máximos del motor. • Si hay mucha demanda de KW y el factor de potencia es favorable (aproximado a 1), entonces la relación (1) será mayor a la (2).

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CURSO DE SCR IPS • Si la demanda de KW es muy baja pero el factor de potencia es pobre (aproximado a cero), entonces la relación (2) será mayor a la (1). • La relación mayor indica cual de los dos, motor ó generador, está más cerca de su límite máximo. El primero que alcance el 100% determina la demanda de carga máxima permitida. Posición 2 Cuando se utiliza esta posición el medidor de Porcentaje de Límite de Potencia mostrará la relación: KW de carga / KW máximos. Posición 3 Cuando se utiliza esta posición el medidor de Porcentaje de Límite de Potencia mostrará la relación: KVA de carga / KVA máximos. PS2, en la ubicación B, es utilizado para seleccionar cual de las seis condiciones de alarma detendrá el motor. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Posición uno – Sobre Voltaje (OV - Overvoltaje) Posición dos – Bajo Voltaje (UV - Undervoltaje ) Posición tres – Sobre Frecuencia (OF - Overfrequency) Posición cuatro – Baja Frecuencia (UF - Underfrequency) Posición cinco – Secuencia Inversa (RS – Reverse Sequence) Posición seis – Potencia Inversa (RP – Reverse Power)

- CALIBRACION DEL SISTEMA

El ajuste de los límites de operación del sistema es realizado con cuatro (4) potenciómetros ubicados en la placa madre. Sensibilidad de Potencia Inversa (en la ubicación F) Con este potenciómetro se ajusta el nivel de detección de potencia inversa. Una vez que se supera el nivel umbral de potencia inversa, se habilita un circuito de tiempo programable (ver ítem G). Después que se supera este tiempo, aparece la alarma de potencia inversa. El nivel de detección de potencia inversa se calcula en base al porcentaje de fondo de escala del medidor de KW. Por ejemplo, si se tiene un instrumento con fondo de escala de 1000KW y se requiere un valor de potencia inversa de 100KW, entonces el potenciómetro deberá estar ajustado en la posición 10% (es decir, 100KW x 100 / 1000KW).

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CURSO DE SCR IPS Tiempo de Potencia en inversa (en la ubicación G) Con este potenciómetro se ajusta el intervalo de tiempo permitido para que fluya potencia en inversa, luego de que supera el nivel umbral ajustado en el ítem F. La escala de este potenciómetro está en segundos (de 1 a 7). En el caso que la potencia inversa supere el 33% del valor de fondo de escala del medidor de KW, el módulo de medición indicará inmediatamente potencia inversa. Límite de KW (en la ubicación H) Con este potenciómetro se ajusta el nivel del límite de potencia en KW. Las marcas alrededor del potenciómetro están en porcentajes del valor a fondo de escala del medidor de KW. Por ejemplo, si el instrumento de medición de KW tiene un fondo de escala de 1000KW y se requiere un límite de potencia de 800KW, entonces se tendrá que colocar el potenciómetro en la marca de 80%. Límite de KVA (en la ubicación I) Con este potenciómetro se ajusta el nivel del límite de potencia en KVA. Las marcas alrededor del potenciómetro están en porcentajes del valor a fondo de escala del amperímetro. Por ejemplo, si el instrumento de medición tiene un fondo de escala de 1000Amp y se requiere un límite de potencia de 750KVA, entonces se tendrá que colocar el potenciómetro en la marca de 75%. - ESCALADO DE LAS ENTRADAS

El Módulo de Medición recibe las entradas de corriente y tensión del Bus del generador a través del Panel de Interfase de Medición (MIP). La selección de la relación de transformación de los trafos de la MIP y de los rangos de los medidores del panel frontal, debe ser realizada de manera precisa (dependiendo de la capacidad del grupo moto-generador), para indicar las condiciones reales del bus del generador. Todos los sistemas operan a 600Vac. La entrada normalizada al Módulo de Medición (Metering) es de 5Vac. Los transformadores de instrumentación PT1 y PT2 en la MIP, tienen secundarios en 5Vac y primarios a 600Vac. La corriente del bus del generador se mide con 2 transformadores de corriente (CTs) ubicados en las fases A y C. La corriente de salida de los secundarios de estos CTs se convierte en una tensión AC en resistencias. Estas resistencias están alimentadas mediante transformadores de tensión intercalados que tienen en el primario derivaciones (taps) seleccionables para variar la relación de transformación. Los taps se identifican por la relación de volts producidos en el secundario por ampere que circula por el primario, como se indica en la tabla 5.

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CURSO DE SCR IPS Tabla 5. Taps del primario del transformador. COLOR Relación Volts (secundario) / Amp (primario) Naranja 2 Marrón 1.6 Azul 1.33 Amarillo 1.14 Negro 1 Rojo Común La relación utilizada depende de dos factores. Uno de estos es el rango del amperímetro de AC. Este debe tener el dial con un fondo de escala igual ó mayor a la máxima corriente de salida del generador. El otro factor a tener en cuenta es la corriente máxima que puede pasar por el CT ubicado en el bus de AC para no saturarle el núcleo. Esta corriente debe ser igual o mayor a la máxima corriente del generador. El CT es de un valor estándar proporcionado por el fabricante (ej. 1600/5, Ip=1600A e Is=5A). Con los datos anteriores ahora podemos calcular los taps a seleccionar en CT1 y CT2 de acuerdo a la siguiente relación: Relación (Volt (sec) / Amp (pri)) = I (corriente máxima tolerada por CT) Fondo de escala del dial del amperímetro Si la relación anterior calculada no se adapta a los taps disponibles habrá que seleccionar un CT con un rango de corriente diferente ó usar otro amperímetro con un rango de medición mayor hasta lograr obtener alguna de las relaciones de la tabla 5. A los secundarios de los transformadores CT1 y CT2 se les conecta un divisor resistivo para obtener una tensión de salida máxima de 2.5Vac cuando en el bus de AC del generador circula la máxima corriente tolerada por los CT colocados en las fases A y C del mismo. Estos 2.5Vac son las entradas de las señales de corriente estandarizadas que entran en el Módulo de Medición y producen la deflexión de la aguja del amperímetro a fondo de escala. MODULO REGULADOR DE VOLTAJE - CONTROLES Y DISPOSICION DEL PANEL

El módulo regulador de voltaje controla la excitación del generador, y a través de esto, la salida de voltaje de AC. Opera junto con el módulo PWM que genera y modula la tensión DC necesaria para la excitación. Una única perilla de control permite el ajuste del voltaje de AC (figura 13).

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CURSO DE SCR IPS - FUNCIONES

La función principal del módulo regulador de voltaje es mantener constante el voltaje del generador. Los cambios en la demanda de potencia de AC y en los KVAR debidos a la variación de la carga, producen cambios en el voltaje de salida del generador. Tales cambios deben ser corregidos por un ajuste automático de la corriente de la excitación del campo del generador, la cual controla el voltaje. El módulo regulador de voltaje junto con el módulo PWM realizan esta tarea de control. Otra función de este módulo es mantener el balance de las corrientes entregadas por cada generador cuando dos ó más operan en paralelo sobre el bus de AC principal. Esta acción se denomina “Reparto de Corriente”. Los generadores que operan en paralelo están conectados al bus de AC y por lo tanto tienen la misma tensión de salida. Sin embargo, no necesariamente están entregando la misma cantidad de corriente aún cuando tengan igualdad de KW. A pesar de que los KW de los generadores sean iguales (cargas balanceadas), los KVAR de cada generador pueden Figura 13. ser diferentes y por lo tanto las corrientes de cada uno serán Regulador distintas. Si un generador está entregando más corriente que de Voltaje. otro, este alcanzará su límite de corriente antes que los otros, impidiendo que el sistema completo entregue el máximo posible. Para lograr que el sistema entregue la máxima salida de un conjunto idéntico de un grupo motogenerador, las corrientes deben ser aproximadamente iguales, lo cual significa que los KW y KVAR de todos los grupos deben ser iguales, especialmente con mucha carga. El reparto de KW se controla mediante los módulos de los actuadores. El reparto de los KVAR se obtiene mediante los módulos reguladores de voltaje. La salida de KVAR de un generador se puede incrementar, aumentando un poco la corriente de su campo. Este ajuste puede tener un pequeño efecto en el nivel de la tensión de salida pero sirve principalmente para igualar los KVAR entre generadores. Todos los reguladores de voltaje del sistema están conectados juntos a través de un circuito de “puesta en paralelo (líneas VPAR)”, el cual tiene una tensión DC que representa el promedio de los KVAR demandados por la carga. Cada módulo regulador de voltaje compara la salida de KVAR de su generador con este promedio (líneas VPAR), y ajusta inmediatamente la entrega de corriente a la excitatriz del mismo para corregir el desbalance.

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CURSO DE SCR IPS - ENTRADAS Y SALIDAS DEL MODULO REGULADOR DE VOLTAJE

El módulo requiere tres entradas: 1. Tensión del Bus del Generador 2. Señal de demanda de KVAR 3. Señal de referencia del “circuito de paralelo (VPAR)” La tensión de línea del generador Vab sale del secundario de PT1 del MIP con 5Vac y es conducida a los terminales 9 y 10 de TB2 de la placa madre. La señal de demanda de KVAR llevada a unidades normalizadas se computa en el módulo de medición (Metering) como una señal DC en el rango de 0 a 5Vdc, y luego se envía al módulo regulador de voltaje a través de una conexión directa del PCB de la placa madre. La señal de referencia de paralelo con otros generadores (VPAR), se realiza a través de los terminales 18 (positivo) y 19 (negativo) de TB2 de la placa madre. El módulo regulador de voltaje tiene una sola salida. Esta es una señal de conmutación que sale de TB2 entre los terminales 20 (positivo) y 21 (negativo) y va directamente al módulo PWM donde a través del cual controla la salida DC que alimenta la excitatriz del generador. - MODULO PWM Y SU ALIMENTACION

El módulo de potencia PWM, en relación al sistema de regulación de voltaje total se muestra en la figura 14.

Figura 14. Modulo PWM

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CURSO DE SCR IPS Está compuesto de 2 secciones; un puente rectificador y un par de transistores de conmutación para controlar la salida DC. La alimentación de entrada trifásica se obtiene mediante un par de transformadores T1 y T2, conectados en configuración triángulo abierto (opendelta). La AC se convierte en DC constante mediante el puente rectificador trifásico de onda completa. Este voltaje DC constante es conmutado (encendido y apagado) por los transistores para regular el promedio DC que llega a la excitatriz del generador. La entrada a los transistores de conmutación proviene del módulo regulador de voltaje. El cableado completo desde y hacia el Módulo PWM se muestra en la figura 15.

Figura 15. Cableado del Módulo de Potencia PWM. Los dos transformadores de entrada están alimentados con 600Vac. Los secundarios tienen derivaciones (Taps) para seleccionar el nivel de voltaje apropiado para que luego del puente rectificador la DC se adapte a la máxima tensión que puede soportar la excitatriz del generador. La corriente de la excitatriz sale por el Terminal (F+) hacia el generador y retorna por el Terminal (F-). La figura 16 muestra el módulo PWM instalado en el cubículo del generador. Las chapas del costado del módulo sirven como disipadores de calor de los transistores y rectificadores montados sobre ellas. Esto significa que tienen tensión con respecto a tierra, por ello se debe montar la unidad completa con material aislante y separada de otros circuitos.

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CURSO DE SCR IPS

Figura 16. Módulo PWM. - OPERACIÓN DEL REGULADOR DE VOLTAJE (Crecimiento de la Tensión de Salida)

La electrónica del módulo del regulador está lista para funcionar cuando en la placa madre están presentes ± 12Vdc. El módulo de potencia PWM comienza a funcionar cuando el relé C1 se energiza (con 24Vdc) y a través de 3 de sus contactos NA, alimenta a los transformadores T1 y T2 suministrando la AC trifásica al puente rectificador. C1 se energiza cuando la llave selectora del acelerador del motor ubicada en el Módulo Regulador de Velocidad (Governor), se coloca en RUN ó LOAD. Cuando el motor está regulando la llave selectora del regulador de velocidad está en la posición IDLE. Al pasarla a RUN las rpm del motor van aumentando hasta las RPM nominales; el voltaje de salida del generador es bajo y los transistores de conmutación del módulo PWM se mantienen encendidos todo el tiempo. Esto hace que la tensión Vo promedio de salida del PWM hacia la excitatriz sea máxima, lo que produce que se incremente la fuerza del campo de la excitatriz y se produzca más tensión AC en el bus de salida del generador. Más voltaje de AC genera más tensión DC para la excitación y este proceso regenerativo continúa hasta que el voltaje del generador alcanza el valor nominal especificado (600VAC). Después que el motor ha estado en RUN durante un determinado tiempo para que se estabilicen las RPM y la tensión (15 a 20 seg.) hay revisar el valor de tensión. Si es necesario un ajuste de la misma, se puede realizar con la perilla de

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CURSO DE SCR IPS ajuste de voltaje ubicada sobre el panel frontal del módulo. Esta perilla permite regular la tensión nominal en un rango de ± 10%. - PROGRAMACIÓN

El bloque de programación PS3, en la ubicación C de la placa madre, se usa para el ajuste grueso de la estabilidad. Sólo 4 de las 8 posiciones de PS3 son usadas por el Módulo Regulador de Voltaje. Esta programación una vez realizada no se debe cambiar si se necesita reemplazar el Módulo Regulador de Voltaje. Las posiciones 1 y 2 hacen lenta la respuesta del sistema ante variaciones de tensión de línea del generador. Cualquiera de las dos posiciones, las dos ó ninguna pueden cerrarse. Las posiciones 3 y 4 hacen la respuesta del sistema más rápida. Se debe consultar con la fábrica para aplicaciones particulares. Las posiciones 5, 6 y 7 son usadas por el Módulo regulador de velocidad (Governor). - AJUSTE FINO DE LA RESPUESTA DEL REGULADOR

El potenciómetro de Estabilidad del Regulador de Voltaje, ubicado en J sobre la placa madre, se usa para el ajuste fino de la respuesta del regulador de voltaje después que se programó PS3, y se ajusta de la siguiente manera: Paso 1 – Gire el pote en sentido de las agujas del reloj (CW) al máximo. Paso 2 – Gire el pote en sentido contrario a las agujas del reloj (CCW) lentamente hasta que el voltaje del bus del generador justo empiece a oscilar. Paso 3 – Gire el pote en sentido de las agujas del reloj (CW) una división a la vez hasta que se obtenga un voltaje de salida estacionario (sin oscilaciones). Paso 4 – Si más tarde ocurre una oscilación del voltaje bajo algunas condiciones de carga, será necesario girar un poco más el pote en sentido de las agujas del reloj (CW) en pasos de a una división hasta que se recupere la estabilidad. Los pasos anteriores producirán los resultados indicados si PS3 está bién programado.

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CURSO DE SCR IPS Si la oscilación no se puede detener luego de haber girado el pote totalmente en CW será necesario hacer más lenta la respuesta del sistema cerrando las posiciones 1 ó 2 ó ambas en PS3. Si en cambio no ocurre oscilación girando el pote CCW totalmente, entonces la respuesta del sistema es demasiado lenta. Si las posiciones 1 ó 2 de PS3 están cerradas, abra de a una a la vez y realice todos los pasos nuevamente. - MODULO PWM (Teoría de Funcionamiento)

La corriente de la excitatriz del generador variará con la carga. Por lo tanto, debe haber un medio de ajuste automático del nivel de tensión promedio que sale de los terminales (F+) y (F-) del módulo PWM. El método utilizado se conoce con el nombre de PWM, Modulación del Ancho del Pulso (Pulse Width Modulation). Los transistores de potencia se usan como interruptores de alta velocidad que conectan y desconectan la tensión DC hacia la excitatriz y producen una forma de onda con un patrón regular (figura 14). Cuanto más tiempo estén cerrados los interruptores, mayor es el porcentaje de tensión DC que alcanza la excitatriz. El voltaje de salida DC promedio “Vo” que alimenta la excitatriz, se calcula como: V0 = VDC x TON TON + TOFF Donde: TON es el tiempo que duran cerrados los transistores. TOFF es el tiempo que duran abiertos los transistores. Para propósitos de sensado, la tensión de AC del bus se reduce a unos pocos volts y se rectifica a DC. Esta señal DC tiene un determinado valor cuando la tensión del bus está en el nivel deseado. En los circuitos electrónicos del regulador existe una referencia de tensión estable DC que se compara con la tensión DC rectificada. Si el voltaje del bus está por encima de lo normal, la señal DC rectificada será mayor que la referencia por una cantidad llamada “señal de error”. Esta señal de error es amplificada y luego dirigida a los circuitos que causan una reducción en la corriente de salida DC hacia la excitatriz. Mediante el control PWM el ancho del pulso en ON se reducirá. Cuando el voltaje del bus del generador es bajo, la señal de error tendrá polaridad opuesta y causará un aumento en la corriente DC promedio suministrada al campo de la excitatriz.

- FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA A LAZO CERRADO (Realimentación)

Los reguladores de voltaje son parte de un sistema de control de “lazo cerrado”. Si la tensión AC del bus del generador se aparta del valor nominal, comienza

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CURSO DE SCR IPS una cadena de acciones que intentan reducir esta desviación. Si la amplificación del lazo de control es alta la cantidad de desviación será casi eliminada; una baja amplificación no reducirá totalmente la desviación. Por lo tanto, la amplificación del lazo debe ser tan alta como sea posible para que la tensión de AC del bus del generador sea mantenida en límites cercanos con respecto al la tensión nominal. Cuando el voltaje del bus se aparta del valor nominal se inicia una acción correctiva. Esta acción comienza con una pequeña señal de error. Esta produce un cambio en el nivel de DC del campo de la excitatriz y finalmente produce un cambio en la corriente DC del rotor del generador. Algunas acciones son instantáneas pero otras requieren de un determinado tiempo. El resultado neto es un corto retardo de tiempo antes de que la corrección final del voltaje de AC sea realizado. Si la ganancia del lazo (amplificación) es demasiado alta, la corrección será excesiva, el error original será eliminado, pero se generará otro de polaridad opuesta. Este tipo de sobrepicos ocurren debido al retardo de tiempo total del lazo de control. Para obtener la mejor corrección posible del error de voltaje, la ganancia debe ser alta pero tiene un máximo limitado por el retardo de tiempo del lazo. Si se le agrega un circuito de Estabilidad al sistema, la ganancia puede ser más alta sin causar sobrepicos u oscilaciones. En el Regulador de Voltaje de Nacional Oilwell/Basler el nivel de ganancia no es ajustable. Un considerable rango de control de estabilidad se provee con PS3 y el potenciómetro de Estabilidad del Regulador de Voltaje ubicados en la placa madre. - PROCESO REGENERATIVO DE ELEVACION DE VOLTAJE

La corriente continua suministrada a las bobinas de campo de la excitatriz proviene de la AC del bus del generador. Cuando se arranca una unidad motogeneradora y antes que sea activado el PWM, existirá un bajo voltaje presente en el bus del generador. Este voltaje es producido por el “magnetismo residual” presente en el hierro de la excitatriz y del rotor principal. Tal magnetismo es lo una pequeña fracción del magnetismo que existía cuando la máquina estaba en funcionamiento pero tiene la misma polaridad. El magnetismo residual en la excitatriz es lo más importante y es lo que determinará si se generará o no la tensión de salida de AC nominal cuando empiece a funcionar el conjunto regulador de tensión (Módulo Regulador de Voltaje + Módulo PWM). Cuando se coloca el generador en RUN ó LOAD se energiza el relé C1 para conectar el PWM al bus de AC del generador. El bajo nivel de voltaje de AC presente, produce un bajo nivel de tensión de salida DC del PWM. Si esta tensión DC es de polaridad adecuada, la corriente enviada hacia las bobinas de campo de la excitatriz estará en una dirección tal que se sumará al magnetismo

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CURSO DE SCR IPS residual ya presente. El magnetismo incrementado en la excitatriz causará que una corriente mayor fluya hacia el rotor principal. Se incrementará la salida de la tensión de AC y nuevamente producirá una corriente de salida mayor del PWM hacia la excitatriz. Siguiendo este proceso regenerativo la tensión de salida del bus del generador seguirá creciendo hasta el valor nominal, nivel en el cual el regulador de voltaje comenzará a ejercer su acción de control. La salida del PWM está en los terminales F+ y F-. Si hay un error en el cableado entre estos terminales y la excitatriz (inversión) la baja corriente DC inicial tenderá a cancelar el magnetismo residual y la tensión del bus de AC caerá a cero. Una vez que esto sucede la tensión de salida del bus no volverá a aumentar hasta que se realicen medidas correctivas. El primer paso es invertir los cables de salida F+ y F-. Lo siguiente es aplicar tensión DC de una batería entre los cables F+ y F- por unos segundos (puede ser una batería de 9Vdc) siempre respetando la polaridad (positivo de la batería a F+ y negativo a F-). Esta batería aplicada a las bobinas de campo de la excitatriz regenerará el magnetismo residual. Luego de esto conectar los cables F+ y F- a las salidas correspondientes del PWM. Después de estas acciones la tensión de salida del generador debe elevarse cuando se lo ponga a generar. Si no aumentase el voltaje de salida luego de lo anterior, puede deberse a 4 razones: 1. Aún hay una inversión de polaridad entre el PWM y el campo de la excitatriz. 2. Si la baja tensión residual AC del bus aumenta pero solo una pequeña cantidad el cableado es correcto pero existe alguna de las siguientes condiciones: a. La tensión de la batería no produjo el magnetismo remanente suficiente. Repita la operación. b. El conjunto regulador de voltaje (Módulo Regulador ó Módulo PWM) no está funcionando correctamente. c. Los diodos rectificadores en el rotor de la excitatriz están dañados.

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CURSO DE SCR IPS MODULO REGULADOR DE VELOCIDAD (GOVERNOR) - DISPOSICIÓN Y CONTROLES

A. LUZ VERDE – Se enciende al 20% de las RPM nominales del motor. Indica que arrancó el motor. B. LLAVE DE CONTROL DEL MOTOR – La usa el operador para el control manual del motor. C. PERILLA DE FRECUENCIA – Es un potenciómetro de 10 vueltas para el ajuste fino de la velocidad de giro del motor (± 10%).

- FUNCION DEL MODULO DE VELOCIDAD

La función principal del Módulo de Velocidad es mantener constante la velocidad de rotación del motor (RPM). Realiza esto controlando el paso de combustible a los cilindros del motor y por lo tanto varía el torque de salida. El torque neto producido debe ser exactamente igual al requerido para girar el generador a RPM constantes, para Figura 17. cualquier condición de carga eléctrica. Módulo de Velocidad. Una tensión entre 0 y 10Vdc se genera en el módulo de velocidad y se transmite por un par de cables hacia la entrada de comando del Actuador del motor (TB2 terminal 24 (positivo) y Terminal 25 (negativo) de la placa madre). Cada volt DC aplicado a la bobina del actuador se transforma en un movimiento mecánico del varillaje que controla la apertura de entrada de combustible a los inyectores de los cilindros. La posición del varillaje controla la cantidad de combustible entregada en cada apertura de los inyectores. Los actuadores, inyectores y varillajes varían entre distintos fabricantes pero todos obtienen el mismo resultado en respuesta a una señal de comando DC. El torque y los HP de salida del motor se controlan con esta señal de comando DC. El actuador tiene 2 bobinas de 17Ω en serie que al medirlas dan 34Ω. El rango típico está entre 30 y 40Ω. - ENTRADAS Y SALIDAS AL MODULO DE VELOCIDAD

La señal de salida (0 a 10Vdc) que controla el actuador es el resultado de 3 entradas eléctricas al Módulo de Velocidad. La primer entrada es la señal del tacómetro del motor, la cual indica precisamente las RPM del motor. Se genera con un Pick-Up magnético ubicado

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CURSO DE SCR IPS en la carcaza que cubre la rueda dentada del volante del motor. El pick-up consiste de un alambre bobinado sobre una barra de imán permanente dentro de una carcasa metálica con rosca. Cuando está instalado, el extremo del imán se posiciona a una distancia de 1/16 de pulgada (1.5875mm) separado de los dientes del volante del motor. Cuando los dientes pasan por el imán producen una variación en el magnetismo y esto induce una tensión AC en la bobina, un pulso por diente. Si se mide esta tensión con un voltímetro de AC se leerán normalmente 10Vac ó más cuando el motor gira a la velocidad nominal y debe ser mayor a 1Vac cuando arranca el motor. Un nivel por debajo de 1Vac bloquea toda señal al actuador y produce la detención del motor. Esto es una medida de seguridad para evitar que funcione el motor si por alguna razón se pierde la señal de RPM. La electrónica del módulo responde a los pulsos por segundo de AC y no al nivel de tensión, siempre y cuando sea mayor a 1Vac. A velocidad de régimen existe una cantidad específica de pulsos por segundo los cuales se convierten a un valor de DC en la electrónica del módulo. Cualquier cambio en las RPM produce un cambio en la cantidad de pulsos y en la señal de DC. El cambio en la señal DC produce un reajuste automático en el nivel de la señal de salida hacia el actuador para corregir las RPM al valor nominal. Este es un sistema preciso capaz de mantener las RPM del motor en límites muy acotados. La segunda entrada eléctrica al Módulo de Velocidad se obtiene del voltaje de KW (0 a 5Vdc) desarrollado por el Módulo de Medición (Metering) y entra a través de la placa madre. Cada volt de esta señal representa un número específico de la demanda de KW sobre el motor y corresponde a un porcentaje del límite máximo de los KW del motor. Si la demanda eléctrica es el 50% del máximo del motor entonces la tensión DC que alimenta el actuador deberá ser aproximadamente el 50% de su valor máximo para producir esta potencia. Cualquier cambio en la carga eléctrica sobre el generador, ya sea rápido ó lento, se refleja inmediatamente en un cambio en la tensión DC del actuador para corregir la salida de potencia del motor. Si la entrada de KW no corrige exactamente la salida de potencia del motor, puede ocurrir que las RPM suban ó bajen momentáneamente pero esto es corregido por el circuito del tacómetro. La tercera entrada eléctrica al Módulo de Velocidad “GPAR” se utiliza para forzar a todos los motores cuando funcionan en paralelo a repartir el total de KW demandados por la carga. Todos los Módulos de Velocidad están conectados en paralelo a un circuito de reparto de carga “GPAR” (TB2 terminales 28 (positivo) y 29 (negativo)). Este circuito tiene un bajo voltaje DC que representa el promedio de la demanda de KW para todos los generadores colocados en línea. Cada módulo de velocidad compara continuamente su salida de KW con el promedio DC del circuito de reparto de carga y automáticamente

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CURSO DE SCR IPS ajusta la salida de su actuador para forzar un cambio en el torque del motor para crear un balance. Esto mantiene un reparto de carga parejo en todos los motores operando en paralelo para cualquier nivel de carga. Este circuito es útil particularmente bajo condiciones de mucha carga evitando que un motor se sobrecargue y alcance su límite de potencia antes que los otros. - OPERACION Y AJUSTES DEL MODULO DE VELOCIDAD

LLAVE SELECTORA DE CONTROL DEL MOTOR Esta llave selectora se utiliza para operar el motor manualmente. Tiene 4 posiciones que determinan los modos de funcionamiento como sigue: OFF – Interrumpe la señal del actuador y por lo tanto detiene al motor. IDLE – Hace que el motor gire a bajas RPM (regula), es recomendado para el calentamiento inicial y el enfriamiento antes de detener el motor. RUN – Esta posición hace que las RPM lleguen a las de régimen en aproximadamente 8 segundos. También energiza el relé C1 (con 24Vdc), el cual habilita el regulador de voltaje para que el generador desarrolle su tensión nominal. LOAD – Esta es la posición de operación normal. Se activa el reparto de carga para forzar a la nueva unidad a que entregue la misma carga en KW que las otras unidades en línea sobre el bus de AC principal. Cuando se coloca la llave en LOAD, se observa el aumento de KW hasta el nivel apropiado durante un intervalo de tiempo de alrededor de 3 segundos en el medidor de KW de la unidad moto-generadora. La velocidad de giro nominal (RPM) se programa en el Módulo de Velocidad. Con la perilla de FRECUENCIA se puede hacer un pequeño ajuste de las RPM (+ 1% aproximadamente). Todas las perillas de FRECUENCIA deberían ser ajustadas inicialmente a mitad de escala (5 vueltas). Cuando los motores operan en paralelo, las cargas en KW puede que no sean iguales pero pueden ser ajustadas con la perilla de control de velocidad. Girándola en sentido de las agujas del reloj tiende a aumentar las RPM y los KW de salida.

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CURSO DE SCR IPS -PROGRAMACION DE PS3 PARA LA OPERACIÓN DEL MODULO DE VELOCIDAD

El bloque de programación PS3, en la ubicación C sobre la placa madre, sirve para la programación de ambos módulos Regulador de Voltaje (posiciones 1-4) y Regulador de Velocidad (posiciones 5-8). Posición 5 – Debe estar ABIERTA, para el funcionamiento normal. Cuando está cerrada el motor puede funcionar sin señal de entrada de pick-up. Si el motor se hace funcionar sin esta realimentación de RPM puede ocurrir que se sobre revolucione. Esta posición se cierra solamente cuando se realizan pruebas bajo condiciones controladas (por ej. para descartar mal funcionamiento del circuito de pick-up si el motor no arranca). Posición 6 – Debe estar ABIERTA, para el funcionamiento normal. Cuando está cerrada, la señal de salida hacia el actuador es forzada a cero Vdc. Un cierre momentáneo es útil para crear una perturbación controlada y observar la respuesta transitoria. Esto es útil cuando se ajusta “Estabilidad” y “Ganancia”. Posición 7 – Debe estar CERRADA, para el funcionamiento normal. Las RPM del motor se mantienen en un valor constante sin importar la carga. Cuando esta posición está abierta el motor opera en modo “Caída” lo que significa que las RPM bajarán ligeramente cuando se le aplique carga. Posición 8 – No se usa. - PROGRAMACION Y AJUSTES

El módulo de velocidad, tiene 6 ajustes en su programación, 5 de estos son potenciómetros ajustables, 1 fijo ubicado sobre la placa madre 4 son regulables también desde la placa madre pero a través de huecos en esta, pues estos potenciómetros están en la parte trasera del propio módulo. El último ajuste es un dipswitch de 8 posiciones ubicado dentro del módulo. El reemplazo de un módulo de velocidad por otro requiere atención a todos los ajustes de programación. - PROGRAMACION DEL DIPSWITCH INTERNO DEL MODULO

El dipswitch de 8 posiciones está ubicado en el PCB del módulo. Este se usa para adaptar el circuito electrónico del tacómetro (interno al módulo) de acuerdo a las (RPM) y el número de dientes (T) del volante de cada tipo de motor. IPS incluye en los planos del sistema un diagrama para la programación de las 8 posiciones del dipswitch de acuerdo a los motores más utilizados. En caso de no disponer de ese diagrama se puede hacer el ajuste de acuerdo a la siguiente fórmula:

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CURSO DE SCR IPS Cálculo del ancho del pulso (PW) del circuito del tacómetro, PW en microsegundos: PW = 38.400.000 RPM x T Donde T = Número de dientes del volante del motor. Este ancho de pulso PW, representa la separación de tiempo de los pulsos de voltaje del pick-up magnético. Los circuitos del tacómetro del módulo de velocidad, utilizan el PW para generar una salida eléctrica precisa que representa las RPM del motor. Su operación depende de una base de tiempo interna que debe ser igualada al PW entrante. CERRANDO las posiciones del dipswitch interno, se programa la base de tiempo de acuerdo a la siguiente tabla: Tabla 6. Cierre de las Posiciones del Dipswitch de Programación Posición del Dipswitch PW (en microsegundos) 1 4.9 2 9.8 3 19.5 4 39.1 5 78.1 6 156.3 7 312.5 8 625.0 El ancho del pulso PW de la base de tiempo interna, se obtiene sumando los PW de cada uno de las posiciones CERRADAS del dipswitch. La programación del tacómetro consiste entonces de CERRAR las posiciones apropiadas del dipswitch tal que la suma de estas posiciones sea igual al PW calculado con la fórmula anterior, con una diferencia de hasta ± 3 microsegundos. Para algunos de los motores más comunes usados en equipos de perforación la programación requerida en el dipswitch del módulo de velocidad es la siguiente: MOTOR Cat 349 Cat 379 Cat 398 Cat 399 Cat 3512 Cat 3412 EMD

Pos 1 C A A A A A C

Pos 2 A A A A A A A

Pos 3 C C C C C A A

Pos 4 C A A A A A A

Pos 5 C A A A A A A

Pos 6 A C C C C C C

Pos 7 A A A A A A A

Pos 8 A A A A A A A

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CURSO DE SCR IPS A = Posición del dipswitch ABIERTA. C = Posición del dipswitch CERRADA. - AJUSTES

Ajuste de los 5 potenciómetros de la placa madre. IDLE SPEED Con el potenciómetro de IDLE speed, en la ubicación L, se ajusta la velocidad en la cual el motor regula a bajas vueltas de acuerdo a las recomendaciones del fabricante del motor. RATED SPEED Con el potenciómetro de RATED speed, en la ubicación K, se ajusta la velocidad de régimen del motor para obtener la frecuencia eléctrica (Hz) apropiada. Con el motor funcionando en modo RUN y el circuit breaker del generador ABIERTO, realizar los siguientes ajustes: Paso 1 – Ajuste la perilla de ajuste de FRECUENCIA en frente del módulo a 5 vueltas (mitad de escala). Paso 2 – Coloque la llave selectora de sincronismo en la posición del generador que está ajustando (para activar el frecuencímetro y el voltímetro). Paso 3 – Coloque la llave selectora del voltímetro del Módulo Metering en cualquier fase. Paso 4 – Ajuste el potenciómetro RATED speed hasta obtener la frecuencia deseada. AJUSTE DE GANANCIA (GAIN SETTING) La diferencia entre las RPM reales y las deseadas se denomina “error de velocidad”. La cantidad de amplificación de esta señal de error se llama “Ganancia”. La ganancia se ajusta con el potenciómetro GAIN en la ubicación O. Rotando el pote en sentido horario, mejora la respuesta de salida del acelerador. Una ganancia excesiva causa sobrepico en la respuesta y oscilación en las RPM. Lo deseado es tener máxima ganancia con respuesta estable. La máxima ganancia útil aquella en que la respuesta puede ser estabilizada mediante el pote de control de ESTABILIDAD.

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CURSO DE SCR IPS AJUSTE DE ESTABILIDAD El pote de ESTABILIDAD, en la ubicación N, provee el medio para ajustar el grado de amortiguamiento ó acción de estabilidad. Una cantidad excesiva causa que la acción del acelerador sea lenta, y demasiado poco causa oscilación de las RPM ó irregularidades. Ajuste la perilla de frecuencia (pote de 10 vueltas) frente al módulo de velocidad a mitad de escala (5vueltas). Coloque la llave selectora en la posición “Idle”. En la parte de atrás del módulo por los huecos de la placa madre ajuste los potenciómetros “ganancia” y “estabilidad” a la mitad de la escala. Cualquier inestabilidad u oscilación del actuador puede ser corregida usando el pote de estabilidad junto con el de ganancia. Con el pote de estabilidad a mitad de escala, aumente el pote de ganancia (en sentido horario) hasta que comience la oscilación. Ajuste el pote de estabilidad (en sentido horario) hasta obtener un funcionamiento estable. Repita esta secuencia de ajustes hasta que se alcance un punto en el cual el pote de estabilidad no puede compensar la inestabilidad producida por una alta ganancia. Baje la ganancia hasta que se obtenga un funcionamiento estable. LOAD GAIN (GANANCIA DE LACARGA) El pote LOAD GAIN, en la ubicación M, se usa para forzar el reparto de carga entre los generadores que operan en paralelo. Estos deben girarse en sentido horario (CW) a fondo de escala, o tan cerca como sea posible. Si todos los motogeneradores son iguales deberían entregar los mismos KW cuando se colocan en paralelo. La salida de KW de cualquiera de ellos puede ser aumentada girando el pote LOAD GAIN en sentido antihorario (CCW). Cuando los motogeneradores tienen distintos HP de salida, es necesario forzar a la unidad de mayor de potencia a que entregue más KW que las de menor potencia. Al hacer esto, los distintos motores alcanzarán su límite de potencia todos a la vez. Los potenciómetros de LOAD GAIN se usan para repartir la carga apropiada en cada unidad. Ejemplo: Supongamos que se tienen las siguientes unidades generadoras: #1 Motor de 1000 HP #2 Motor de 1600 HP La unidad #2 debe entregar 1.6 HP por cada 1.0 HP que entrega la unidad #1. Esto es lo mismo que decir que el generador #2 debe entregar 1.6 KW por cada 1.0KW de salida del #1. Ajuste ambos pote de LOAD GAIN girándolos totalmente en sentido horario (CW). Esto causará que ambas máquinas tengan igual KW de salida. Rote el pote GAIN LOAD de la unidad #2 e sentido antihorario (CCW) para forzar a aumentar la salida. Cuando la unidad #2 incrementa los KW de salida

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CURSO DE SCR IPS en la unidad #1 disminuyen. Continúe la rotación en sentido antihorario del pote #2 en pasos pequeños hasta observar que la salida de KW del #2 es 1.6 veces mayor que la del #1. Todos los ajustes se deben realizan con el pote de la unidad de mayor potencia de salida (#2 en este ejemplo), mientras que el pote de la unidad #1 se deja girado totalmente en sentido horario (CW). Se obtiene una exactitud mayor si este ajuste es realizado cuando la carga en KW que está entregando cada motor esta por lo menos al 50% de su máximo. CUBICULO DE SINCRONISMO Elemento común a todos los generadores)

Dentro de este cubículo encontramos: • BATERIAS Y CARGADOR • PANEL DE SINCRONISMO (Medidores e indicadores y veri-Sync Relay) • PANEL DETECTOR DE FUGA A TIERRA - BATERIAS Y CARGADOR

Dos baterías de 12Vdc conectadas en serie proveen la alimentación de los módulos del generador. Estas entregan los ± 12Vdc para la electrónica de los módulos cuando no hay ningún generador en línea. Luego que se coloca un generador en línea la potencia de alimentación de los módulos se obtiene del bus. La carga de las baterías se mantiene con un cargador. Esta unidad suministra la potencia de alimentación de los módulos al mismo tiempo que se cargan las baterías. Cada batería se carga por separado pero al mismo tiempo. El cargador es básicamente una unidad de 12Vdc doble. Las corrientes de carga de las 2 baterías pueden ser distintas dependiendo de las distintas cargas electrónicas. La alimentación de AC del cargador se obtiene del bus principal de AC a través de interruptores y fusibles. El cargador funciona continuamente cuando la tensión del bus de AC está en el valor nominal de 600VAC. En la figura 18 se muestra la vista frontal del cargador se baterías. La salida de las baterías es +12Vdc, común y -12Vdc. El común está en el punto central donde las baterías están conectadas en serie y este punto es puesto a tierra. La alimentación hacia los módulos se realiza a través de 3 cables (+), (-) y C (Común). Esto se ve en la figura 19. Para cortar la alimentación a cada módulo existe una llave de corte, CB1 CB2, etc. En algunas aplicaciones debe haber algún medio para el pare de emergencia del sistema de AC completo, incluyendo los motores. Por eso se agrega el relé C2. Si el relé es energizado (con 24Vdc) los contactos normales cerrados interrumpen la alimentación de los módulos.

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CURSO DE SCR IPS

Figura 18. Cargador de baterías.

Figura 19. Cableado de la alimentación a los módulos.

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CURSO DE SCR IPS El voltaje entre los terminales de una batería de 12Vdc cuando está totalmente cargada será de unos 12.6Vdc. Mientras está siendo cargada este voltaje puede aumentar entre 13.2 y 13.6Vdc. Cualquier diferencia con respecto a estos valores indica un problema en la batería como por ejemplo una celda defectuosa. Las tensiones de alimentación hasta 11Vdc son aceptables para el funcionamiento de la electrónica de los módulos. Entre 10.8 y 11Vdc, los circuitos no operan correctamente y dejarán de hacerlo ó funcionarán erráticamente. Esto producirá variaciones en el motor ó en la salida del generador. Si ocurre un funcionamiento errático en los motores ó generadores se debe verificar que la alimentación de los módulos sea la correcta como primer medida para solucionar el problema. Si las baterías requieren agua el nivel de la misma debe verificarse por lo menos una vez por semana. Los terminales deben estar ajustados y libres de corrosión. Las dos corrientes de carga deben permanecer razonablemente iguales de acuerdo a los módulos que se estén alimentando. Cualquier desviación de los valores regulares indicará un problema en el cargador. Las llaves de corte (CB1, CB2, etc.) deben abrirse en los transportes del equipo para evitar que se descarguen las baterías. Si las baterías están demasiado descargadas para alimentar los módulos y arrancar el equipo, habrá que cambiarlas por otras cargadas ó cargarlas mediante un cargador independiente sacándolas de su lugar y colocándolas una vez que han recuperado la carga. Esto es así porque el cargador del sistema está para mantener la carga de las mismas y no para cargarlas cuando tienen muy bajo voltaje ya que la salida del cargador está limitada a unos 4 amperes. - PANEL DE SINCRONISMO

Para el proceso de sincronización se requiere: • • • •

Voltímetro de AC Frecuencímetro Sincronoscopio Llave selectora de sincronismo

Dentro del cubículo de sincronismo hay dispositivos para distintas funciones de AC. Las ubicaciones de estos se ven en las figuras 24 y 25. A – Interruptores para la alimentación de 24Vdc de baterías para los módulos. se usa un interruptor por cada cubículo de generación que exista en el sistema. B – Fusibles para la protección de los circuitos. C – PCB de la Placa de Porcentaje de límite de potencia, usada para indicación y control del Límite de Potencia.

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Figura 24. Panel de dispositivos del cubículo se sincronismo.

Figura 25. Panel de dispositivos del cubículo se sincronismo. D – Veri-Sync Relay. E – Cargador de batería (detrás del panel). F – Transformadores de Tensión BPT-1 y BPT-2, para sincronismo y referencia de tensión del bus de AC principal. G – Resistencias para la detección de fuga a tierra. H – Relé, Límite de potencia. I – Ubicación alternativa para BPT-2. Las baterías de 12V se instalan en el piso del cubículo. Los medidores, indicadores y controles del panel de sincronismo de muestran en la figura 26 y el Veri-Sync Relay en la figura 27.

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Figura 27. Veri-Sync Relay.

Figura 26. Panel de Sincronismo.

En la figura 26 tenemos: A – Voltímetro de AC, mide la tensión del bus del generador. B – Frecuencímetro, mide la frecuencia del generador. C – Sincronoscopio, da una indicación precisa del defasaje de las tensiones de línea entre el generador en línea y el que se desea sincronizar. Cuando la aguja está en las 12 en punto las tensiones están en fase. D – Luces de Sincronismo, Se apagan cuando la aguja del sincronoscopio está en las 12 en punto, es decir, cuando las tensiones están en fase. E – Llave Selectora de Sincronismo, se usa para seleccionar el bus de AC del generador deseado. F – Tres Lámparas Indicadoras de Fuga a Tierra, indican falla a tierra del bus de principal de AC. G – Medidor de Porcentaje de Continua (DC) a Tierra, da una indicación de falla a tierra en la salida DC de convertidores SCR.

- FUNCIONES DEL PANEL DE SINCRONISMO

El panel de sincronismo tiene los medidores e indicadores necesarios para determinar cuando están dadas las condiciones adecuadas para conectar el

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CURSO DE SCR IPS generador seleccionado al bus de AC principal. La frecuencia, amplitud y fase del voltaje del generador deben ser iguales al del bus de AC principal en el instante en que se cierra el breaker del generador. Si estas condiciones no se cumplen pueden producirse serios daños al operador y al equipamiento. - CONEXIONADO DEL PANEL DE SINCRONISMO

El conexionado puede verse en la figura 28.

Figura 28. Conexionado del Circuito de Sincronismo. El voltímetro de AC se conecta al generador que se quiere colocar en línea a través de una pata de la llave selectora (SSW). La entrada (+) del voltímetro proviene de la placa madre del generador seleccionado (TB1-1) y entra en la bornera TB60 terminal 29 para gen #1, terminal 30 para el gen #2, etc. Estos voltajes van de 0 a 5Vdc, medidos con respecto a TB60 terminal 1. Una segunda pata del SSW conecta el frecuencímetro al generador entrante. Las entradas de frecuencia provenientes de las placas madre de los generadores

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CURSO DE SCR IPS entran en TB60 terminales 33, 34, etc. Estos voltajes van de 0 a 5Vdc, medidos con respecto a TB60 terminal #1. A la frecuencia nominal (60Hz), el frecuencímetro recibe 2.5Vdc para que la aguja deflexione a la mitad del fondo de escala. Una tercera pata del SSW conecta un extremo del sincronoscopio a 120Vac (Tensión de línea A-B) desde el generador a ser sincronizado. Este voltaje proviene del transformador PT3 que sea seleccionado, ubicado en la interfase de medición (MIP) de cada uno de los generadores. El otro extremo del sincronoscopio (SS) recibe 120Vac del transformador BPT1 (ubicado en el cubículo de sincronismo) el cual es alimentado con la tensión de línea de las fases A y B del bus de AC principal. Por lo tanto el sincronoscopio compara la tensión de línea A-B del Bus principal con respecto a la tensión de línea A-B del bus del generador. El sincronoscopio está conectado en paralelo con las luces de sincronismo y con la entrada al Veri-Sync Relay. Cuando los dos voltajes de entrada al sincronoscopio sean de igual amplitud y estén en fase, el voltaje neto a través del mismo será cero volt, las luces de sincronismo se apagarán y el Veri-Sync relay cerrará su contacto interno (Normal Abierto) ubicado entre los terminales 7 y 8 del mismo. Si el voltaje neto no es cero volt ó de muy bajo valor durante un intervalo de tiempo determinado, el contacto interno del Veri-Sync no se cerrará. Dos patas adicionales de SSW conectan los extremos del contacto normal abierto interno del Veri-Sync a un circuito en serie con el breaker del generador que se desea poner en línea. Mediante este circuito se puede cerrar eléctricamente el breaker únicamente si está cerrado el contacto del Veri-Sync, es decir, si las condiciones para la puesta en paralelo son correctas. El circuito de cierre del breaker se muestra en la figura 29.

Figura 29. Circuito de Cierre de la Llave del Generador (Breaker).

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CURSO DE SCR IPS Cuando no hay ningún generador conectado al bus principal de AC, la tensión de barra será lógicamente cero VAC. Si se quiere conectar un generador en línea cuando éste ya está generando 600VAC en sus terminales de salida, entonces la tensión entre el bus principal de AC y el bus del generador siempre será distinta de cero volt y por lo tanto, el contacto interno del Veri-Sync nunca se cerrará. Esto impedirá el cierre del breaker del generador. Es por ello que existe un circuito alterno (en paralelo) al contacto NA del Veri-Sync llamado “Circuito de Barra Muerta” (Dead Bus Circuit) como se ve en la figura 28. Este circuito está formado por contactos NC internos de cada uno de los breakers de cada generador (152B, 252B, 352B, etc.) conectados en serie. Cuando ningún breaker está cerrado todos los contactos están cerrados y el circuito puentea el contacto NA del Veri-Sync. Una vez que se cierra un breaker, se abre el contacto NC correspondiente y este circuito queda sin efecto, donde ahora sí entra en juego el contacto del Veri-Sync para poder colocar en paralelo otro generador cuando se den las condiciones para ello. El panel de sincronismo está activo como un dispositivo de control cuando se quiere colocar un generador en paralelo con otro ya en línea. Luego de esto, el sincronoscopio y el Veri-Sync, no realizan ninguna otra función. El voltímetro y el frecuencímetro sí siguen activos indicando el estado del bus principal. La secuencia de operaciones para colocar un generador en línea es la siguiente: Paso 1 – Coloque la llave de sincronismo en el número del generador a ser sincronizado. Paso 2 – En el módulo Metering coloque la llave selectora del voltímetro en la posición VAB. Paso 3 – En el módulo Governor coloque la llave selectora en la posición RUN. Paso 4 – Si la frecuencia (Hz) no es correcta ajústela con la perilla “Speed Adjust” sobre el módulo Governor. Paso 5 - Si el voltaje AC de salida del generador no es correcto, ajústelo con la perilla “Voltaje Adjust” sobre el módulo Regulador de Voltaje. Paso 6 – Vea el movimiento de la aguja del sincronoscopio y la variación del brillo de las lámparas de sincronismo. Si la velocidad de giro del generador es baja, la aguja del sincronoscopio girará en sentido antihorario (CCW). Aumente las RPM del motor con la perilla “Speed Adjust” del Governor girándola en sentido horario. Si la aguja del sincronoscopio está girando en sentido horario (CW) las RPM son altas. Paso 7 – Ajuste la velocidad de rotación del motor como se vio en el Paso 6 hasta que la aguja del sincronoscopio esté girando lentamente y necesite al menos 10 segundos para dar una vuelta completa. Cuando la aguja está apuntando las 12 en punto los voltajes del bus principal y el bus del generador están en fase, las luces de sincronismo se apagarán y las condiciones serán correctas para cerrar el breaker del generador.

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CURSO DE SCR IPS Paso 8 – En el instante en que la aguja del sincronoscopio pasa por las 12 en punto, cierre el breaker presionando el botón “Close”. Paso 9 – Mueva la llave selectora del módulo Governor a la posición LOAD. Con esto comienza el reparto de carga (KW) de los generadores en paralelo, los KW del generadote entró en línea aumentarán (toma carga) y los KW del que estaba en línea bajarán hasta estabilizarse en un valor. - PANEL DETECTOR DE FUGA A TIERRA

Tres luces y un medidor sobre el panel de sincronismo proveen la indicación de una falla a tierra. Un pulsador de prueba “Ground Test” se utiliza para determinar que una luz apagada no se debe a una lámpara quemada. En un medio de operación severo, hay muchas causas potenciales que pueden dañar el aislamiento eléctrico y producir cortocircuitos (Fallas) y serios daños. Por esta razón se diseñan sistemas de potencia “Flotantes” (Sin conexión a tierra del centro estrella de los generadores), tal que para que exista un cortocircuito deben existir 2 fallas. Para que el diseño sea efectivo, es necesario identificar y solucionar la falla a tierra antes que se desarrolle una segunda falla a tierra. El detector de falla a tierra mide una falla en cualquiera de los buses de AC ó DC e identifica en cual se produjo. Una falla en la salida DC de cualquier SCR es indicada en el medidor de % DC ground. La identificación de cual SCR es el que presenta la falla se lleva a cabo por descarte. El cableado del detector de falla a tierra se muestra en la figura 30.

Figura 30. Cableado del Detector de Falla a Tierra.

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CURSO DE SCR IPS El detector consta de 3 resistencias de potencia conectadas al bus de AC a través de fusibles y conectadas entre sí a un punto central (configuración estrella). El punto central se conecta a tierra a través de otro resistor en serie con el pulsador de prueba (Test) normal cerrado. Este pulsador de prueba permite separar el camino a tierra para verificar que las lámparas no estén quemadas en caso de que estén apagadas. Las lámparas de indicación están en serie con una parte de cada una de las resistencias de potencia. El medidor de % DC a Tierra, es un voltímetro con centro en cero y responde a ambas polaridades. Está conectado a una parte de otra resistencia en la pierna de tierra de la red resistiva. Si no hay falla a tierra del sistema, los 3 resistores conectados en estrella tendrán la misma tensión y las luces tendrán la misma intensidad en su brillo. El punto central de la conexión en “Y” tendrá 0 volt. CONDICION - NORMAL (NO HAY FALLA A TIERRA DEL SISTEMA)

• Las tres luces del detector tendrán el mismo brillo. • El medidor % DC a Tierra marcará cero. CONDICION - UNA FASE DE AC A TIERRA

• La luz del panel de la fase a tierra estará apagada ó débilmente iluminada. • Presione el pulsador Ground TEST. Las luces se deben iluminar todas por igual. Cuando una fase se va a tierra, esta estará al potencial de tierra 0 volt ó cerca de este valor. El centro estrella de los resistores estará a 0 volt. Por lo tanto, por ese resistor circulará muy poca corriente ó ninguna y la luz indicadora que alimenta este resistor, estará apagada ó débilmente iluminada. Cuando se detecta una falla de una fase de AC a tierra el problema puede estar en cualquier parte; en el generador activo, los cables del generador, los buses de AC, los breakers y cualquier otro dispositivo conectado al bus de AC de 600VAC. Las fallas del circuito de iluminación y motores auxiliares de 460VAC no serán detectadas cuando esté el bus de AC separado por transformadores reductores de tensión. Para detectar esta fuga a veces se usa un sistema de detección de fuga a tierra de AC para el Centro de Control de Motores (CCM). CONDICION – FALLA A TIERRA DE UNA SALIDA DE CONTINUA DE UN SCR

• Las luces indicadoras estarán igualmente iluminadas pero con un brillo mayor al normal. • La aguja del medidor de % de Fuga a Tierra indicará la polaridad positiva ó negativa de acuerdo a que bus de continua presenta la falla. No hay una

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CURSO DE SCR IPS indicación directa de cual SRC tiene la falla pero se puede obtener por eliminación. Cuando se presenta una falla sobre un circuito de continua, la única corriente que fluye por el circuito es DC, de la polaridad del bus DC afectado. Por ejemplo, una falla del bus positivo a tierra, funciona como una fuente de tensión positiva. La corriente entra por la conexión a tierra, pasa por el centro de unión de las tres resistencias y completa el circuito a través de las fases de AC (A, B y C) y del SCR que presente la falla. Esta corriente fluye continuamente (durante un ciclo de AC) desde el conductor de continua, pero en cada fase y el SCR fluye 1/3 del tiempo. El flujo de corriente continua a través del cuarto resistor de la red, produce una tensión DC que es medida por el medidor de % de Falla a Tierra. La falla a tierra puede ser de baja ó alta resistencia. Si la lectura del medidor es 100% esto equivale a una falla a tierra severa y la corriente DC por el medidor será máxima. Si la resistencia de falla a tierra es alta, la corriente DC a través del medidor no será la máxima pero se debe ubicar y solucionar la fuga antes que se convierta en una falla del 100%.

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CURSO DE SCR IPS UNIDAD DE CONTINUA: SCR CONVERSION Y CONTROLES

El puente rectificador SCR es el ensamble central en todos los sistemas SCR. Es el responsable de convertir la entrada de AC en salida DC. - PUENTE SCR E IDENTIFICACION DE COMPONENES

Figura 31. Puente SCR. SCRs La figura 31 se muestra el puente con 2 SCRs en paralelo por cada celda de cada una de las fases. Este arreglo se usa cuando se necesita más corriente continua de salida que la que puede entregar un solo dispositivo. Ambos SCRs en paralelo se disparan al mismo tiempo. FUSIBLES Cada SCR (ó el par) tiene un fusible para la protección de sobre corriente.

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CURSO DE SCR IPS CIRCUITO DE AMORTIGUACION (dV/dt) (Snubber) Cada SCR está protegido contra falsos disparos por la red amortiguadora RC conectada entre ánodo y cátodo. Cuando se conectan dos rectificadores SCR en paralelo un solo circuito protege a ambos. CIRCUITOS DE DISPARO FUERTE (Hard-Fire Circuits) Cada SCR o el par en paralelo deben tener un circuito de disparo fuerte que asegure el disparo. Esos circuitos se montan tan cerca como sea posible de los SCRs para minimizar la longitud del cable de la compuerta (Gate). - DISPOSICION DEL PUENTE

El puente completo está formado por 3 ensambles llamados “Celdas de Fase”. Cada celda de fase tiene 2 SCR (ó 2 pares) y está conectada a una de las fases del bus de AC. Cada una tiene una salida positiva y una negativa. Las celdas se ven en la figura 32 donde se muestran también los módulos de disparo fuerte de cada una en la parte frontal, y los circuitos de las redes amortiguadoras (dV/dt) se encuentran en la parte trasera de las celdas y se ven en la figura 33.

Figura 32. Vista frontal de las Celdas de Fase.

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Figura 33. Vista trasera de las Celdas de Fase. - MONTAJE DE LOS SCRs DE POTENCIA

Estos semiconductores tienen un ancho aproximado de una pulgada y el diámetro varía entre 2.5 y 3.5 pulgadas dependiendo de la capacidad de corriente que tenga el dispositivo. Las dos caras circulares están pulidas y sirven para hacer contacto eléctrico. El diseño de un SCR típico se muestra en la figura 34. Los disipadores de calor son bloques de aluminio con aletas de refrigeración. Poseen agujeros para los bulones de sujeción. Cada pastilla SCR está sujeta entre dos disipadores de calor y se mantiene bajo presión mediante los bulones de sujeción. Para mantener sujeto al SCR entre los disipadores y que haga buen contacto eléctrico, se le aplica una presión entre 2000 y 5000 libras. Por lo tanto, los disipadores de calor sirven para hacer las conexiones de potencia y para quitar calor del SCR (Figura 35). La cantidad de calor generada en una pastilla SCR de alta corriente debe ser extraída del mismo para evitar que se rompa. La estructura cristalina del silicio del SCR se destruye a una temperatura no mucho mayor que 100 grados centígrados. Además de que la presión de sujeción de los SCR sea la adecuada, es muy importante que las caras del SCR y las superficies de ajuste del disipador estén limpias y libres de rebarbas para asegurar un buen contacto eléctrico buena transferencia de calor. La conexión eléctrica a la compuerta (Gate) se hace con un cable fino blanco y entra por un costado del aislante de la pastilla SCR. Otro cable de color rojo se conecta al cátodo. Estos dos cables están trenzados juntos y van a la entrada de disparo del circuito de Disparo Fuerte. El cable blanco lleva el pulso positivo a la compuerta y el cable rojo sirve para completar el circuito de disparo de vuelta al módulo de Disparo Fuerte.

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CURSO DE SCR IPS

Figura 34. SCR típico y el disipador de calor

Figura 35. Ensamble de un SCR instalado entre dos disipadores de calor.

FUSIBLES DE PROTECCION DEL SCR Y SWITCHES DE FUSIBLES QUEMADOS. Cada SCR (ó par) tiene un fusible de protección contra sobre corrientes. Estos fusibles están atornillados directamente a los buses de continua y ubicados arriba de las celdas de fase. La característica de corriente-tiempo del fusible se debe elegir de acuerdo al límite del SCR para brindar la máxima protección posible. Cada fusible tiene un pequeño switch montado en la parte externa. Cuando el fusible se abre, desde el interior del mismo sale un pasador que activa el switch. Cada switch tiene un juego de contactos (NA) y (NC). Al activarse el mismo el contacto NC se abre. Todos los contactos NC de cada fusible están conectados en serie a los circuitos de control del SCR. Al quemarse un fusible se abre el circuito, se activa una alarma y se interrumpen los pulsos de disparo del puente. El puente no debe operar si hay un fusible quemado. CIRCUITO DE AMORTIGUACION (dV/dt) (Snubber) Los SCRs están conectados al bus de AC (600VAC) y al bus DC (750Vdc). Sería desastroso que se produjera el disparo del mismo en un momento no adecuado. Ese falso disparo podría producir severos daños al equipamiento de generación y la destrucción completa del puente rectificador. La forma de onda de la salida rectificada del puente es una tensión DC que tiene cambios agudos seis veces en cada ciclo de AC.

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CURSO DE SCR IPS Estos cambios en la tensión en el bus DC están actuando sobre los SCR que no están conduciendo. Un cambio muy rápido de tensión entre ánodo y cátodo produce el flujo de una pequeña corriente en la pata de la compuerta (Gate), debido a las capacidades internas entre las capas del SCR. Cuanto más rápida es la variación de la tensión en el tiempo, mayor es esta corriente de compuerta no deseada. A una determinada velocidad de variación de tensión entre ánodo y cátodo, la corriente de gate será suficiente para disparar el SCR, sin que se haya aplicado la señal de disparo apropiada. Una de las especificaciones de los SCRs es la velocidad de cambio de tensión que pueden soportar sin auto dispararse. Esta velocidad de cambio es aproximadamente de unos 200 Volt/microsegundo. Por lo tanto, hay que proteger el SCR limitando la velocidad de cambio de la tensión entre ánodo y cátodo con algún circuito. Esto es realizado con los circuitos de amortiguamiento o Snubbers. Es una red RC serie, en paralelo con cada SCR (ó par). El tiempo que tarda en cargarse el capacitor demora la velocidad de crecimiento de la tensión a través del SCR. La resistencia limita la corriente de descarga del capacitor cuando el SCR entra en conducción y se transforma en un cortocircuito sobre el capacitor. Los capacitores son de 0.5 µF y 3000V y las resistencias de potencia son de 35Ω. Si el circuito de amortiguación se deshabilita por una pata rota ó una resistencia abierta, habrá un problema en ese SCR a corto plazo. Si falla un SCR se debe revisar la red amortiguadora RC como posible causa. REFRIGERACION DEL PUENTE El enemigo de la electrónica incluidos los SCRs, es el calor. Cuando los sistemas de alta potencia operan a máxima capacidad, los SCRs son conmutados en valores de alrededor de 1000 amperes y 750Vdc. La temperatura interna del SCR aumentaría rápidamente y el dispositivo se fundiría si no existiese una forma de extraer el calor. Los disipadores de calor reciben el calor generado en el SCR y lo disipan a través sus aletas. Además de esto, es necesario forzar aire por las aletas para evacuar el calor más rápido. Esto se hace con sopladores de aire (blowers) ubicados dentro del cubículo del SCR. La cantidad de aire forzado se calcula en base a una temperatura ambiente máxima. Si la temperatura ambiente en el cubículo del SCR y en el cuarto de control excede este límite, el puente puede sobrecalentarse. Del mismo modo, cualquier restricción del flujo de aire, como por ejemplo un filtro de aire sucio, puede causar sobrecalentamiento. Aún cuando la temperatura ambiente este por debajo del límite máximo y el flujo de aire sea normal, puede haber un problema debido a suciedad sobre las aletas de los disipadores que bloquea la transferencia de calor normal entre estas y la corriente de aire forzado. Es esencial la limpieza periódica de las aletas de los disipadores.

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CURSO DE SCR IPS SENSADO DE SOBRETEMPERATURA La celda de fase del medio (fase B) es la que más se calienta, así que en la parte superior de su disipador de calor se coloca un interruptor que se activa (se cierra) a una determinada temperatura considerada segura (160ºF = 71ºC). Este switch está conectado al módulo de control del puente rectificador y si se cierra dará condición de alarma “SCR Alarm” indicando una condición de sobrecalentamiento. El puente seguirá funcionando pero el problema debe ser determinado rápidamente antes que siga aumentando la temperatura y se destruya. CIRCUITOS DE DISPARO FUERTE Cada SCR es disparado por una corta ráfaga de pulsos aplicados en su compuerta. Esta señal eléctrica debe ser muy rápida para forzar a que toda el área del SCR entre en conducción en el mismo instante. Si una parte el área total entra en conducción antes que el resto, esta porción de superficie transportará toda la corriente de carga momentáneamente, tendrá pérdidas de calor excesivas durante este intervalo y se destruirá la pastilla por sobrecalentamiento. Es necesario aplicarle a la compuerta una señal muy fuerte, para que la estructura completa entre en conducción. Es la función del Circuito de Disparo Fuerte entregar la ráfaga de energía de disparo en un determinado tiempo. La figura 36 muestra los elementos esénciale de la placa de disparo fuerte.

Figura 36. Placa de Disparo Fuerte. El transformador de entrada brinda aislamiento de voltaje para proteger la electrónica del alto voltaje presente en el SCR.

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CURSO DE SCR IPS Para producir el disparo, el módulo de control DC envía una señal de 24 volt pico y se aplica a la entrada del transformador (bornera TB1). Esto causa que se cargue el capacitor. Cuando el voltaje en el capacitor alcanza aproximadamente 18 Volt, se descarga el mismo por medio de un transistor. El camino de la descarga pasa entre el gate y el cátodo del SCR disparándolo. Hay 2 módulos de disparo fuerte en cada celda de fase, uno para el disparo del SCR (ó el par) conectado al bus DC (+) y otro para el disparo del SCR (ó el par) conectado al bus DC (-). - EL CUBICULO DEL SCR

El cubículo de una unidad SCR está compuesto por: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Un breaker de AC para conectar el puente al bus principal. Un puente rectificador trifásico controlado. Un Módulo de Control y elementos relacionados. Buses de AC y DC. Un panel con un voltímetro y un amperímetro. Un contactor para el arranque del motor del blower que enfría el puente. Contactores de potencia para conectar la salida del puente a las cargas.

- ALIMENTACION DE AC AL PUENTE

El bus principal de AC pasa por atrás del cubículo del SCR en su parte superior. La entrada del breaker se conecta a cada fase y la salida (parte inferior) se conecta a cada una de las tres celdas de fase del puente (A, B y C) y a otros puntos en el cubículo que requieran 600VAC trifásica. Cuando el breaker está abierto se interrumpe en el cubículo toda entrada de 600VAC. La celda de fase de la derecha recibe la fase A, la del medio la fase B y la de la izquierda la fase C. - BARRAS DE SALIDA DE CONTINUA EN EL CUBICULO SCR

Cada celda de fase tiene un bus de salida DC positivo y uno negativo. Con las celdas de fase instaladas, la barra del bus (+) de cada celda sale del costado izquierdo y la barra del bus (-) sale por la derecha y un poco por detrás de la anterior. Ambas barras salen verticalmente de cada celda y se unen con tornillos a los fusibles. Luego las salidas (+) de todas las celdas se unen en un bus DC común y lo mismo las salidas (-) previamente de haber pasado por los fusibles. Luego el bus positivo va hacia la izquierda y el bus positivo hacia la derecha. Después ambos van verticalmente hacia abajo donde está la sección de conmutación (contactores) debajo del puente. Un transductor de corriente (HED) está colocado en el bus positivo para medir la corriente de salida DC del puente.

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CURSO DE SCR IPS El diseño del puente está realizado para que sea fácil sacar una celda de fase. Primero abrir el breaker, luego desconectar los cables de entrada a las placas de disparo fuerte. Quitar los tornillos de los buses de salida de la celda, quitar los tornillos de fijación frontales y deslizar la celda hacia afuera. - CONTROL Y COMPONENTES DE SOPORTE

El Módulo de Control DC controla el puente SCR. Está ubicado arriba del puente a la derecha del breaker del SCR. Otras entradas de control necesarias son provistas por el HED que mide la corriente de salida del puente, la placa de sensado de voltaje (VS) que mide la tensión de salida del puente y 7 transformadores pequeños 3 de ellos se usan para el sensado de fase y los otro 4 para la habilitación del módulo (Enable).

Figura 37. Ubicaciones de componentes y borneras en el cubículo SCR.

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CURSO DE SCR IPS Todos excepto el HED están montados sobre un panel a la derecha del módulo de control. Este mismo panel contiene la bornera de conexionado TB3 que provee al módulo de todas las entradas de control, algunas de las cuales se originan afuera del cubículo (como por ej. la entrada de aceleración). - MODULO DE CONTROL

Hay dos tipos de Módulos de control, el Módulo 1530 y el Módulo Tipo-E. Difieren en la estructura de la lógica y en los circuitos de control. El módulo 1530, el controlador original de IPS, funciona con un sistema lógico de relés, donde todas las decisiones y asignaciones son realizadas con relés. El módulo Tipo-E incorpora un sistema lógico con un PLC, y transfiere mucha de la lógica de control interna al PLC, mientras que las asignaciones las realiza mediante contactos externos. El Módulo 1530 internamente tiene dos plaquetas para realizar las tareas de control mientras que el Tipo-E tiene una sola. MODULO DE CONTROL 1530 GENERACION DE PULSOS DE DISPARO Y CONTROL DE FASE

Se necesitan 6 pulsos de disparo por cada ciclo de la línea de AC para disparar cada uno de los SCRs del puente. Estos pulsos deben estar temporizados correctamente para disparar el SCR respectivo en el momento adecuado con respecto a los voltajes de línea aplicados a ellos. Los 6 pulsos están separados 60 grados entre sí, pero el conjunto entero debe cambiar la posición de fase para cambiar el voltaje promedio DC de salida del puente. Es necesario referir cada pulso de disparo a su correspondiente voltaje de fase y también se necesita desplazar la fase todos los pulsos la misma cantidad de grados de acuerdo al nivel DC de salida que sea necesario. PLACA DEL CIRCUITO DE DISPARO

Una placa de circuito impreso dentro del módulo de control se denomina Circuito de Disparo. Es responsable de la generación y control de fase de los pulsos de disparo. Hay 3 entradas de voltaje de referencia y una sola entrada (FRV= tensión de referencia de disparo) la cual controla el retraso de los pulsos. Hay 6 pulsos de salida (uno por cada SCR del puente), que van hacia los módulos de disparo fuerte, los cuales encienden a cada uno de los respectivos SCRs. SENSADO DE FASE DE AC

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CURSO DE SCR IPS La tensión de 600VAC del bus se reduce a 5VAC mediante 3 transformadores T1, T2 y T3. Los primarios de estos transformadores están conectados en triángulo y los secundarios (conectados en estrella) son independientes y son todas señales monofásicas y referidas a masa de la placa electrónica (común). Estos 3 transformadores son los Transformadores de Sensado de Fase y sus salidas de 5VAC se conectan al módulo de control a su bornera TB1 como se indica en la tabla 7. Tabla 7. Transformadores de Sensado de Fase Transformador Borne de TB1 Fases medidas T1 3 C-A T2 5 A-B T3 7 B-C común 20 La información de fase se usa para generar los disparos en el momento apropiado. GENERACION DE PULSOS Y CONTROL DE FASE

Figura 38. Diagrama en bloques del Módulo de Control 1530.

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CURSO DE SCR IPS El diagrama en boques completo del módulo de control se observa en la figura 38. La parte superior es la plaqueta de disparo y la parte inferior es la paqueta del regulador de voltaje. El circuito de disparo utiliza amplificadores operacionales (AO) configurados como comparadores. Cuando la señal en la pata (+) es mayor que la señal en la pata (-), la salida va un valor positivo aprox. +13Vdc. Cuando la señal de la pata (+) es menor que la señal en la pata (-), la salida va un valor negativo aproximadamente -13Vdc. La salida cambia de estado cuando la diferencia entre las patas (+) y (-) de entrada es aproximadamente 1 milivolt (0.001 V). Los tres voltajes de referencia de fase entran en los terminales TB1-3, TB1-5 y TB1-7 y van a los AO configurados como filtros. Estos filtros quitan el ruido de la señal de AC que podría producir errores en los circuitos de detección de fase pero dejan pasar inalterada la señal de 60 Hz. La salida de cada filtro va a 2 comparadores, el de arriba es para el semiciclo positivo de la señal de AC y el de abajo para el semiciclo negativo. El comparador superior, tendrá +13Vdc en su salida cuando el semiciclo de AC es positivo y el comparador inferior tendrá +13Vdc en su salida cuando el semiciclo de AC es negativo. Las salidas DC de los comparadores (ondas cuadradas) están en sincronía con los semiciclos de cada ciclo de la señal de AC y se usan de referencia de tiempo de fase. Cada vez que la salida del comparador va a positivo, envía corriente a través de un circuito serie RC. El voltaje del capacitor crece hasta que alcanza los 10Vdc en aproximadamente 8.33ms (la duración de un semiciclo de AC). El voltaje del capacitor crece en forma de rampa. Esta “rampa de voltaje” comienza cuando la señal de AC pasa por cero volt y está en fase con cada semiciclo de AC. Cada valor de tensión de la rampa, representa una determinada cantidad de tiempo luego del comienzo del semiciclo. Cada rampa equivale a 180º. Si se compara esta rampa de tensión con una tensión de referencia fija, el tiempo donde ambas tensiones son iguales depende del valor de tensión de la referencia. Tabla 8. Voltaje de rampa comparado con una referencia de voltaje fija. Referencia de Voltaje El voltaje de la rampa es igual al de la referencia en: Volts milisegundos grados 0 0 0 2 1.4 30º 4 2.8 60º 6 4.2 90º Las distintas rampas de voltaje, se comparan con un Voltaje de Referencia de Disparo (FRV) común en comparadores. Las rampas de tensión se aplican a la entrada (+) de los comparadores y la FRV se aplica a todas las entradas (-). Cuando el valor de tensión de la rampa supera al de la referencia, la salida del

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CURSO DE SCR IPS comparador va a +13Vdc y se genera un pulso de voltaje. El retardo de este pulso se obtiene variando la FRV. La fase-A produce 2 rampas que corresponden a los semiciclos positivo y negativo. La fase-B produce 2 rampas 120º después que la fase-A, y la fase-C produce 2 rampas 240º después que la fase-A. Cada rampa comienza en el instante de tiempo para el disparo de un SCR con retardo de cero grados. Un ciclo de AC dura 360º. Cada fase produce 2 rampas, dando un total de 6 pulsos de disparo en 360º ó un pulso cada 60º. La secuencia de disparo es +A, -C, +B, -A, +C, –B. Si el voltaje de referencia es cero volt, los 6 pulsos tendrán retardo cero, y la salida del puente rectificador será máxima. Con la FRV alrededor de 6Vdc, el retardo será de 90º y la salida del puente será 0Vdc. Con la FRV a 7.5Vdc, el retardo será de 120º y toda salida del puente es detenida. La Señal de Referencia de Disparo (FRV) se genera dentro módulo de control en la Placa del Regulador. AMPLIFICACION DE PULSOS Y EL CONTROL DEL PARE (SHUTDOWN)

En el sistema IPS, los pulsos producidos a la salida de los comparadores de referencia de disparo van a unos circuitos multivibradores y estos generan 7 pulsos de corta duración que son los que producirán el disparo del SCR correspondiente. Cada grupo de pulsos se amplifica con un transistor. Luego esos pulsos salen del módulo de control hacia los circuitos de disparo fuerte a través de TB1 terminales 9 al 14. Cada transistor amplificador está alimentado por una fuente separada de 24Vdc. Estos 24Vdc se interrumpen si se quema un fusible de cualquier SCR y por lo tanto, ningún pulso de disparo llega a los SCRs (SHUTDOWN). PLACA DEL REGULADOR

La placa de referencia de disparo solo responde a las señales de fase de línea (AB, B-C y C-A) y al voltaje de referencia de disparo (FRV). La señal de referencia de disparo (FRV) se genera en la Placa del Regulador de acuerdo a la combinación de varios factores. Cada uno de estos factores es representado con una señal de tensión. Es necesario combinar cada una de estas señales para generar una única salida (FRV). Esto se hace a través de un amplificador sumador, que acepta muchas entradas y genera una sola salida. Las entradas son: aceleración, realimentación de tensión de la salida DC del puente, realimentación de la corriente de salida del puente, señal del límite de corriente.

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CURSO DE SCR IPS ALIMENTACIÓN DE LA ELECTRÓNICA

Los AO necesitan +15 y -15Vdc para su funcionamiento y 24Vdc se necesitan para los amplificadores de pulso. Estos voltajes DC se generan en la placa del circuito de disparo. La entrada de AC para esta fuente de alimentación se obtiene de un pequeño transformador montado en la parte de atrás del módulo de control. El primario de este transformador se alimenta con 120Vac y el secundario tiene salidas de 18, 18 y 22Vac. Estos voltajes de salida se conectan directamente a la placa del circuito de disparo. Los +15Vdc están en TB1-19, los -15Vdc están en TB1-18 y TB1-20 es el común. - OPERACION DEL MODULO DE CONTROL ENTRADAS

A. Acelerador: La entrada de control principal a la placa del regulador es la señal de voltaje de aceleración. Esta señal se origina en la consola del maquinista (en un potenciómetro) y es un voltaje entre cero (acelerador apagado) y +10Vdc (acelerador al máximo). El operador ajusta el acelerador en el punto de la velocidad deseada. Esto inicia una salida DC del puente. La señal de aceleración entra en la placa del regulador en TB2-13 y TB2-20 es común. B. Sensado de corriente: La corriente DC de salida del puente debe controlarse automáticamente para evitar daños del equipamiento. Cada puente tiene un Sensor de Efecto Hall (HED), en uno de sus buses de salida para medir la corriente total entregada. Los HEDs responden al campo magnético que rodea un conductor cuando por ellos circula corriente. Estos están aislados y no hacen contacto eléctrico con el bus. El HED debe ir montado sobre el bus tal que, el punto rojo sobre el mismo, apunte hacia el terminal (+) del puente. El HED tiene 4 terminales: 1234-

+5Vdc alimentación 0Vdc alimentación Señal de salida (+) Señal de salida (-)

La salida del sensor es 50mV por 1000 Amper. Las conexiones al módulo de control se realizan a través de TB2 como se indica a continuación:

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CURSO DE SCR IPS Terminal del HED 1 2 3 4

Función +5Vdc Común Señal de salida + Señal de salida -

TB2 14 17 15 16

La alimentación de +5Vdc del HED se genera en la placa del circuito de disparo y salen de TB2-14 y TB2-17. Los milivolt de las señales de sensado entran en TB2-15 y TB2-16 y van a la placa del regulador donde se amplifican para producir una “señal de corriente” de 1Vdc por cada 500 Amper de salida del bus DC. Esta señal se puede medir en TB2-18 donde se usa para manejar el amperímetro del SCR. C. Sensado del Voltaje: El voltaje DC de salida se mide con la Placa de Sensado de Voltaje (VS), la cual usa divisores resistivos para reducir la tensión medida directamente de los buses de continua. La tensión del bus se conecta a la placa VS en sus terminales TB1-1(+) y TB1-5 (-). Cada bus se baja en tensión mediante un divisor resistivo formado resistencia de potencia de alto valor óhmico y una resistencia de bajo valor óhmico conectada a tierra. Cada resistencia de bajo valor óhmico tiene 10Vdc cuando el voltaje del puente es de 800Vdc. Las salidas de estas resistencias de bajo valor se conectan a los terminales TB2-3 para el bus positivo, TB2-4 para el bus negativo y TB2-5 es el común. Luego ingresan al módulo de control en TB2-10 (negativo) y TB2-11 (positivo). Esta entrada al módulo de control está entre 0 y 20Vdc. Luego es procesada por la placa del regulador para producir una “ Señal de Voltaje “ con un rango de 0 a 5Vdc. Esto se llama “Realimentación de Voltaje” y se usa junto a otras señales para generar la FRV. Los 20Vdc producidos en VS se usan para manejar el voltímetro del SCR. Los 20Vdc se reducen mediante 2 resistencias a 5Vdc en TB2-1 y TB2-2. El fondo de escala del voltímetro es 1000Vdc. D. Señales de Enable (habilitación): El módulo de control no opera hasta que es habilitado. Existen 4 entradas de Enable distintas. Cada una sirve para direccional la salida del puente hacia una carga en particular. Solo un Enable es activado a la vez. Para activar un Enable se necesita una señal de 120Vac proveniente de la lógica del sistema (interruptores ubicados al costado de los contactores de potencia) y que alimente el primario de pequeños transformadores de aislación identificados como T4, T5, T6 y T7 ubicados a la

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CURSO DE SCR IPS derecha del módulo de control (junto a los transformadores de sensado de fase). Los voltajes de salida de estos transformadores entran al módulo de control en TB2 terminales 4, 5, 6, 7 y comparten terminal común 8. E. Reparto de carga: En aquellos casos en que una carga necesite más potencia de la que puede entregar un solo puente, hay que usar 2 puentes para impulsar dicha carga. Para esto hay que agregar los medios necesarios para que los 2 puentes repartan la carga. En la figura 38 se muestra el AO Load Sharing (LS). Tiene dos entradas, una las cuales es la señal de realimentación de corriente local que indica la corriente que está entregando el puente. La otra entrada es la de Reparto de Carga (Load Sharing Mate) TB2-12. Este terminal se debe conectar al otro terminal TB2-12 del otro puente. La salida del AO “LS” va hacia el amplificador sumador cuando se cierra el apropiado switch de programación. A través de esta conexión entre los SCR, cada uno sabe la corriente que está entregando cuando lo compara con la señal del terminal TB2-12. Si ambos SCR están entregando la misma cantidad de corriente, no hay salida de ninguno de los amplificadores “LS”. Si la salida de corriente de uno es mayor al del otro, habrá salidas de los amplificadores LS que modificarán las FRVs de ambos SCRs hasta que se logre el balance. F. Limite de corriente: El sistema IPS está diseñado para evitar la sobrecarga de los motores y los generadores. Cuando cualquier motor ó generador alcanza su límite de carga programado, se envía una señal a los cubículos de los rectificadores para limitar la potencia de salida de cada uno. Esta señal entra en el módulo de control en TB1-1 y se llama Referencia de Límite de Corriente. G. Límite de Corriente del SCR: No hay nada en un puente rectificador SCR que provea una limitación de corriente ó rapidez de crecimiento de ésta por si solo. Cuando se disparan los SCRs estos funcionan como un interruptor que conecta directamente el bus de AC a la carga. Un motor que no está girando, presenta muy baja resistencia (solo de armadura) al paso de corriente, por lo tanto la corriente inicial puede crecer muy rápido a valores muy altos. El Control de Límite de Corriente (CL) y el Control de límite de Rapidez de Crecimiento (CRL), se usan para evitar niveles de corriente excesivos. La corriente de salida del puente se mide con el HED y genera la “señal de corriente” que entra a la placa del regulador y se amplifica. Cada volt de esta señal de corriente equivalen a 500 amperes. Si por ejemplo, la corriente máxima tolerable es de 1500 amperes, la señal de corriente correspondería a 3Vdc. Un AO identificado como (CL) “Current Limiting” (Figura

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CURSO DE SCR IPS 38) se usa como comparador, el cual tiene en una de sus entradas la señal de corriente y en la otra una señal DC fija. El nivel DC fijo se llama ajuste de CL (el cual se realiza con los pote de la parte frontal del módulo de control), y en este ejemplo es igual a 3Vdc. Este comparador está diseñado para que la salida sea cero volt si la señal de corriente es menor que el ajuste de corriente. Cuando la señal de corriente es igual al valor del ajuste de CL, hay una salida hacia el amplificador sumador, que causa que aumente la Señal de Referencia de Disparo (FRV), con lo cual se retrasan los pulsos de disparo del puente, se reduce la tensión de salida DC del mismo y la corriente se mantiene en el nivel establecido con el ajuste de CL. La rapidez de crecimiento de la corriente del puente está controlada por el AO denominado RL (Rate Limit) (Figura 38). La entrada a él es la señal de corriente (realimentación de corriente) está acoplada a través de un capacitor. Cuando la señal de corriente crece, el voltaje en el capacitor aumenta y la señal llega al AO. Cuanto más rápido crece la señal de corriente, mayor es la señal que llega al AO. La salida de RL entra al amplificador sumador para aumentar la FRV y atrasar los pulsos de disparo. La salida de RL solo existe cuando la corriente del puente está aumentando. Cuando la corriente del puente es estable ó está disminuyendo, la salida de RL es cero. CONTROL DE LA VELOCIDAD DE LOS MOTORES DC

Los circuitos de la Placa del Regulador están diseñados para brindar un control de la velocidad de rotación de los motores de continua que impulsan las cargas. Cuando el maquinista acelera, cada volt de la señal del acelerador representa el 10% de la velocidad máxima de rotación del motor sin importar la carga que esté moviendo el mismo. La manera en que realiza esto difiere si se trata de motores tipo serie ó shunt, así que el módulo de control debe ser programado de acuerdo al tipo de motor que va a ser utilizado. La velocidad de un motor shunt (excitación independiente), es proporcional al voltaje aplicado. Por eso el voltaje aplicado es un indicador válido de la velocidad del motor y se usa la señal de realimentación de voltaje de la placa VS para indicar la velocidad de los motores shunt. Esta señal de realimentación de voltaje se conecta a una de las entradas de un AO denominado Amplificador de Error, y la entrada de aceleración es la otra entrada. Notar que hay que cerrar un switch lógico (Figura 38), para que el Amplificador de Error sea habilitado (Programación adecuada, enable apropiado). La señal de aceleración va también directamente al amplificador sumador para proveer un ajuste grueso.

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CURSO DE SCR IPS La señal de realimentación de voltaje se compara con la de aceleración. Estas deben ser iguales. La salida del amplificador de error va al amplificador sumador. Si el error es alto, la FRV aumenta, el voltaje de salida del puente disminuye y la velocidad del motor shunt también. Si el error es bajo, la FRV disminuye, el voltaje aumenta y la velocidad del motor también aumenta. Este tipo de control a lazo cerrado permite que la velocidad de rotación del motor se ajuste de de manera precisa al comando del acelerador del maquinista. La velocidad de un motor serie es proporcional al voltaje aplicado pero además es inversamente proporcional a la corriente que consume. Frecuentemente se usan tacómetros para medir la velocidad de los motores serie, pero una indicación razonablemente exacta puede ser obtenida mediante cálculo. IPS utiliza un calculador de velocidad para eliminar la complicación y el costo de un tacómetro electrónico. La velocidad de rotación de un motor serie se puede calcular con la siguiente fórmula: RPM = Constante x

Voltaje aplicado Corriente del motor

Esta ecuación es exacta para bajos niveles de corriente, pero es menos exacta para niveles de corriente elevados. El calculador de IPS aplica una corrección a la corriente mediante un amplificador no-lineal (Figura 38). El calculador (speed calculador) es un chip que tiene 2 entradas y produce una salida igual a la división de las mismas. La entrada superior es la señal del voltaje aplicado (realimentación de voltaje) y la entrada inferior es la señal de corriente corregida. La salida es un voltaje que representa la velocidad del motor; cada volt corresponde a un porcentaje de la velocidad máxima. Cuando se usan motores serie hay que cerrar 2 switches (salida del calculador y entrada al amplificador no-lineal) y hay que abrir el switch de la realimentación de voltaje que va al amplificador de error. En el amplificador de error, se compara la velocidad calculada con la señal de aceleración. Si la velocidad es diferente a la aceleración, la salida del amplificador de error que va al amplificador sumador hace que varíe la FRV y varíe la salida DC del puente hasta que el error sea cero. - CONTROL DEL LÍMITE DE POTENCIA

Un nivel de límite de potencia es ajustado para cada grupo moto-generador en la placa madre de cada uno. Cualquier grupo que alcance su límite ajustado, ya sea KW ó KVA, produce una salida de la placa de Porcentaje de Límite de Potencia (PPL) que va hacia la placa de diodos (en el cubículo de servicio) y de esta última hacia cada Módulo de Control de los SCR en TB3-17. Esta señal se llama Límite de Potencia.

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CURSO DE SCR IPS Esta señal de límite de potencia está en +4Vdc hasta que se alcanza el 100% del nivel de trabajo ajustado para el grupo (límite de potencia seteado). Cuando el nivel llega al 110% del valor seteado, la señal de límite de potencia cae linealmente a 0.5Vdc, el cual corresponde a cero volt DC de salida del puente. Esta señal cuando toma el valor de 0.5Vdc anula los potenciómetros de Límite de Corriente de todos los SCR, hace que la salida DC de todos baje y la carga sobre los grupos moto-generadores se mantenga en límites seguros. PROGRAMACION DEL MODULO DE CONTROL

El módulo de control ha sido diseñado para funcionar en varios modos de operación. Hay 3 bloques de interruptores que sirven para programar cada cubículo SCR a que realice un cierto número de operaciones diferentes. Estos bloques están montados en el panel trasero del módulo de control y cada uno tiene 8 interruptores. Los interruptores están identificados en grupos de a cuatro, correspondiendo a los cuatro Enable disponibles del módulo de control (figura 39). Figura 39. Bloques de Programación.

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CURSO DE SCR IPS Hay 5 grupos de 4 interruptores relacionados a los siguientes tipos de operación: REGENERACION – Un interruptor de este grupo se cierra para cada Enable en el cual el cubículo SCR que va a operar en modo regenerativo. CONTROL DE VELOCIDAD DEL MOTOR SERIE – Un interruptor de este grupo se cierra para cada enable en el cual el cubículo SCR va a suministrar potencia a un motor serie. MOTORES SERIE EN PARALELO – Un interruptor de este grupo se cierra para cada enable en el cual el cubículo SCR va a suministrar potencia a 2 motores serie en paralelo que impulsen a una sola carga. REPARTO DE CARGA DE 2 SCR – Un interruptor de este grupo se cierra para cada enable en el cual el cubículo SCR vaya a estar en una asignación de reparto de carga con otro SCR, y ambos alimenten una misma carga (por ej. un SCR alimenta un motor del cuadro y otro SCR alimenta el otro motor del cuadro). CONTROL DE VOLTAJE – Un interruptor de este grupo se cierra para cada enable en el cual el cubículo SCR que va a suministrar potencia a UNO ó DOS motores Shunt (excitación independiente) que impulsen una misma carga.

- EL CUBICULO DE SERVICIO (SC)

En todos los sistemas hay un cubículo separado del resto de los cubículos de los SCR, el cual tiene elementos que realizan funciones comunes para todos los cubículos SCR. Este se llama Cubículo de Servicio (SC). Todas las conexiones de control entre los SCRs, los elementos de maniobra, la Consola de Control y otros dispositivos remotos son hechas a través de borneras en este cubículo. Las conexiones a estas borneras están en los diagramas de cableado y lógica del sistema. La ubicación de los componentes del Cubículo de servicio se muestra en la figura 40.

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CURSO DE SCR IPS

Figura 40. Cubículo de Servicio. - DESCRIPCIÓN DE COMPONENTES

RED SUPRESORA DE PICOS DE TENSION (Surge Supresor Network). El proceso de conversión de corriente alterna a corriente continua genera picos te voltaje y transitorios sobre el bus principal de alterna. Estas perturbaciones pueden ser grandes, de un nivel de tensión suficiente como para producir la falla del SCR. Hay dispositivos denominados Supresores de Tensión, los cuales limitan la amplitud de los picos de tensión. Y por lo tanto protegen a todos los SCRs y a otros equipos. En IPS los supresores de picos de tensión están conectados de fase a fase en el bus de AC (entre las líneas A-B, B-C y C-A). Puede haber varios conectados en paralelo entre fase y fase para aumentar la capacidad de protección. Una red de supresores está ensamblada sobre una placa aislada del chasis, y está conectada al bus de AC a través de una térmica protegida con fusibles. Estas redes están hechas generalmente de varistores.

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CURSO DE SCR IPS Un varistor (variable resistor) es un componente electrónico cuya resistencia óhmica disminuye cuando el voltaje que se le aplica aumenta; tienen un tiempo de respuesta rápido y son utilizados como limitadores de picos voltaje. Fabricados básicamente con oxido de cinc y dependiendo del fabricante se le añaden otros materiales para agregarle las características no lineales deseables. El material se comprime para formar discos de diferente tamaño y se le agrega un contacto metálico a cada lado para su conexión eléctrica. Se utiliza para proteger los componentes más sensibles de los circuitos contra variaciones bruscas de voltaje o picos de corriente que pueden ser originados, entre otros, por relámpagos, conmutaciones y ruido eléctrico. El tiempo de respuesta está en el orden de los 5 a 25 nanosegundos. 1. 2. 3. 4.

El voltaje de actuación es de 300V a 600V. Tiene buena disipación de energía indeseable. La confiabilidad es limitada ya que se degrada con el uso. El costo del dispositivo es bajo comparado con otros (como los diodos supresores de avalancha de silicio).

Funcionamiento El varistor protege el circuito de variaciones y picos bruscos de tensión. Se coloca en paralelo al circuito a proteger y absorbe todos los picos mayores a su tensión nominal. El varistor sólo suprime picos transitorios; si lo sometemos a una tensión elevada constante, se quema. Esto es lo que pasa, por ejemplo, cuando sometemos un varistor de 110VAC a 220VAC, como por ejemplo al colocar el selector de tensión de una fuente de alimentación de una PC en posición incorrecta. Es aconsejable colocar el varistor después de un fusible.

ARRANCADORES DE MOTORES (Motor Starters) Los contactores para el arranque de los motores de AC menores o iguales a 10 HP por ejemplo los de los blowers de los motores de continua, los de las lubricadoras de vástago de las bombas, etc., están montados en el panel trasero del SC. PANEL DE ESTADO (Status Panel) Un grupo de luces sobre este panel indica cual de los cubículos SCR está habilitado, si existe condición de alarma de algún SCR ó una alarma general. Hay también un pulsador para un pare de emergencia (emergency shut-down) el que deshabilita los 120VAC de la lógica de control y por lo tanto todos los SCRs. Estas luces indicadoras y el pare de emergencia se encuentran duplicados en la consola de control.

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CURSO DE SCR IPS INTERRUPTOR Y TRANSFORMADOR DE ALIMENTACIÓN DE LA LÓGICA DE CONTROL. Toda la lógica de control IPS funciona con 120VAC aislados de tierra. Esta tensión se obtiene de un pequeño transformador usualmente de una potencia de 2 KVA. El transformador se alimenta con 600VAC a través de una llave térmica, la cual se cierra manualmente pero tiene una bobina (de 120VAC) para la apertura remota (pare de emergencia). El cableado hacia y desde el transformador y el circuito para la apertura de la llave térmica del mismo, se muestran en el plano del sistema denominado “Logic System Start and Status”. En el dibujo de este plano se ven los 120VAC de la línea de alimentación de la lógica AC1 a la izquierda y AC2 a la derecha. Todos los planos de IPS siguen este patrón. Cuando se busca una falla en el circuito lógico por una condición de circuito abierto, una de las puntas de prueba del voltímetro debe estar en AC2 permanentemente y con la otra punta ir buscando desde AC1 y hacia AC2 el punto del circuito donde se pierden los 120VAC. Esto es así ya que este sistema es flotante y los 120VAC aparecen entre AC1 y AC2 y no con respecto a tierra. PANEL DE ALARMAS (Alarm Panel) Este panel de alarmas puede manejar hasta 16 entradas de alarmas diferentes. A cada entrada se debe ingresar con AC1 proveniente del cierre de un switch de alguna condición de alarma. El canal de la entrada #1 está en TB1-4 y la entrada #16 está en TB1-19. Las salidas de cada canal de alarma se conectan a TB2, donde la salida del canal #1 está en TB2-3 y la salida del canal #16 está en TB219 (el terminal TB2-5 no se usa). Luces de indicación de 120VAC están conectadas desde TB2 a AC1. Cuando no hay condición de alarma (ausencia de AC1 sobre TB1), todas las luces están iluminadas. Cuando aparece AC1 sobre una de las entradas, dada por una condición de alarma, la luz de la salida del canal correspondiente empieza a destellar y continúa así hasta que la condición de alarma desaparece. El terminal TB2-2 es la Alarma General ó Salida de Alarma del Sistema. Una lámpara conectada desde TB2-2 a AC! Estará apagada hasta que se de una condición de alarma en uno de los canales. Luego empezará a destellar junto con la lámpara del canal en que se dio la alarma hasta que desaparezca esta condición. Este panel necesita para funcionar una tensión de 28VAC con una derivación central ó punto medio. Esto se realiza con un transformador de (120VAC a 28VAC con punto medio) cuyo secundario entra en TB1 en los terminales 1, 2 y 3. TB1-2 es el punto medio, el cual también está conectado a AC2.

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CURSO DE SCR IPS PLACA DE DIODOS Este elemento es una placa que contiene 6 diodos y 2 borneras. Sirve para la conexión entre la salida de la Placa de Porcentaje de Limite de Potencia y la entrada de Referencia de Límite de Corriente de cada cubículo SCR.

Figura 41. Placa de Diodos. Los terminales 1 a 6 de TB1 están conectados juntos y reciben la entrada del terminal de salida 5 de la Placa de Porcentaje de límite de Potencia. El terminal TB2-1 de la placa de diodos se conecta al terminal TB3-17 del cubículo del SCR #1, TB2-2 al TB3-17 del cubículo del SCR #2, etc. Los diodos evitan que las tensiones presentes en TB3-17 de los distintos cubículos interactúen entre sí. La tensión en cada TB3-17 con respecto al común TB3-13 será la tensión del límite de corriente en la asignación que tenga el SCR en ese momento (0 a 4Vdc. 1Vdc = 500Amp). Si no hay sobrecarga del sistema, no actúa la placa de porcentaje de límite de potencia y entre su salida terminal 5 y el común terminal 6 = TB3-13, habrá 4Vdc y los diodos estarán polarizados en inversa. La placa de diodos solo está activa cuando cualquier grupo moto-generador alcanza su límite de potencia programado. Bajo estas condiciones de sobrecarga, la Placa de Porcentaje de Límite de Potencia entre sus terminales de salida 5 y el común 6 pone un valor de 0.5Vdc que entra en TB1 de la placa de diodos. Estos últimos se polarizan en directa y los 0.5Vdc entran en TB3-17 de cada cubículo SCR. Esto hace que el Límite de Corriente (CL) individual de cada SCR ahora sea 0.5Vdc lo que provoca la reducción de la corriente de todos los puentes y se limite la demanda de AC de los grupos moto-generadores.

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CURSO DE SCR IPS AMPLIFICADORES DE CORRIENTE (CA Current Amplifiers) En los sistemas que usan 2 motores para impulsar una carga, es necesario medir la corriente que consume cada motor. Si se trata de motores serie conectados a un SCR, ellos reparten carga porque la corriente de ambos es igual siempre que los motores sean iguales, pero puede ocurrir que uno de ellos pierda su enlace con la carga que está impulsando (rotura de cadena, resbalamiento del acoplamiento, etc.) y que sus RPM aumenten descontroladamente. La comparación de las 2 corrientes de los motores serie provee una indicación de tal falla e inicia un pare de emergencia del SCR impulsor a través de la apertura de unos contactos auxiliares NC de la placa CA en serie con la lógica de control. Dos motores tipo shunt idénticos deben ser forzados a consumir corrientes de armadura iguales al ajustar cada una de sus corrientes de campo. La menor diferencia entre las corrientes de campo puede causar una diferencia grande entre las corrientes de armadura cuando están impulsando una carga a la misma velocidad. La diferencia entre las corrientes medidas de cada motor, se convierte en una señal de control que cambia la corriente de campo de un motor mientras deja fija la corriente del campo del otro. El cambio en el campo se hace de manera tal que se reduzca la diferencia existente entre las corrientes de armadura de cada motor. Esto significa que se le disminuirá la corriente del campo de excitación al motor que tenga su corriente de armadura más baja para que la aumente, o al otro se le aumentará la corriente de su campo de excitación. Las corrientes en los buses de los dos motores se miden con HEDs (Sensores de Efecto Hall). El módulo Amplificador de Corriente (CA) tiene dos amplificadores internos que elevan los 25milivolt de tensión de salida de los HED por cada 500Adc, a 1Vdc.Estos amplificadores y las entradas desde los HEDs se muestran en la figura 42. Figura 42. Amplificador de Corriente.

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CURSO DE SCR IPS Las salidas de los amplificadores terminan en TB2 para manejar un amperímetro individual para cada motor. Ambas salidas de los HEDs también ingresan a un amplificador sumador y a un amplificador restador. La salida del amplificador sumador es –(A+B) y se obtiene en TB2-3. La salida del amplificador restador es (B-A) y se obtiene en TB2-4. Cuando la corriente del motor A es mayor que la del B la señal es negativa. Esta señal se usa para el control de la Fuente de Suministro de Campo de los motores shunt. Va a la entrada de control de la Fuente de Campo Doble y cambia la salida de la corriente de campo en una dirección que reduce la diferencia en las corrientes entre los motores. Dentro del módulo amplificador de corriente, la señal diferencia de corriente (BA) se compara con un voltaje fijo. Cuando las corrientes de armadura difieren en 400 amperes, la salida de un comparador interno cambia y energiza un relé. El relé permanece energizado hasta que se resetea. Tres contactos NC del mismo se abren cuando se energiza. Estos contactos están disponibles en TB2, y se utilizan en la lógica de control para motores tipo serie funcionando en paralelo (impulsando una carga). Una gran corriente de desbalance indica que uno de los motores perdió el enlace con la carga y sus RPM podrían aumentar muy rápido. Los contactos NC del relé provocan una interrupción total de la alimentación de ambos motores. El relé se resetea aplicando 120VAC entre TB3-1 y TB3-2. Esto ocurre cuando el acelerador se pasa de su posición OFF a la posición de activación del mismo. Después que se energizó el relé permanece así hasta que se le interrumpen los 120VAC llevando el acelerador a su posición OFF. - OPERACIÓN DEL MODULO DE CONTROL

El módulo de control realiza sus funciones automáticamente cuando el puente no tiene fusibles quemados y ciertos requisitos han sido logrados. Si no hay buen funcionamiento puede ser también falla del propio módulo. PANEL DE PRUEBA (Test Panel) El módulo de control está compuesto además de un módulo extraíble, de un panel de prueba ubicado a la derecha. Este panel tiene un medidor y una llave selectora para verificar distintas partes de los circuitos electrónicos del módulo. La tabla siguiente muestra las posiciones de la llave selectora y la lectura correspondiente del medidor.

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CURSO DE SCR IPS Posición de la llave selectora Lectura del Medidor 1 Señal de entrada de aceleración, 0 a 10Vdc 2 Señal de realimentación de tensión, 0 a 5Vdc 3 Señal de realimentación de corriente, 0 a -4Vdc (-4Vdc = 2000 Amperes). 4 Ajuste del límite de corriente, 0 a 4Vdc (+4Vdc = 2000 Amperes). 5 Voltaje de referencia de disparo (FRV) 12Vdc, cuando no está habilitado (no asignado). 7.5Vdc, habilitado y aceleración cero. Desde 7.5Vdc hacia 0Vdc cuando se acelera. 6 Señal de error, ± 3.5Vdc. 7 +5Vdc, alimentación del HED. 8 +15Vdc, fuente de alimentación del módulo. 9 -15Vdc, fuente de alimentación del módulo. 10 Pulso de disparo A+ (ver Nota) 11 Pulso de disparo B+ (ver Nota) 12 Pulso de disparo C+ (ver Nota) Nota: Las posiciones 10,11 y 12 no se ven en el medidor. Se debe conectar un osciloscopio al conector para cable coaxial del panel para poder ver los pulsos. Este conector coaxial está en paralelo con el medidor y a el se puede conectar un tester digital para obtener una mayor exactitud en las lecturas. Este panel también tiene 4 potenciómetros de ajuste del límite de corriente y 4 leds para cada enable. La presencia de una entrada de enable enciende el led y activa el pote CL correspondiente. El límite de corriente se ajusta con el medidor en la posición 4. Cada volt corresponde a 500 amperes. Esto se realiza para cada enable. CONDICIONES NECESARIAS PARA EL FUNCIONAMIENTO La operación del módulo de control y de todo el cubículo del SCR está determinado por: 1. Debe haber 120Vac para la lógica de control. 2. El breaker del SCR debe estar cerrado. 3. Deben estar presentes las 3 tensiones de sensado de fase en la placa del circuito de disparo. 4. No debe haber fusibles quemados en el puente y los switch NC de estos deben estar cerrados. 5. La tensión de alimentación de la electrónica debe ser la correcta.

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CURSO DE SCR IPS 6. Luego de hacerse una asignación debe estar presente una tensión de entrada de Enable (120Vac en algunos de los transformadores T4, T5, T6 ó T7). 7. El módulo debe estar programado correctamente. Cuando se dan las 7 condiciones anteriores el módulo de control será operacional. La respuesta del acelerador depende de 3 factores: 1. La señal de aceleración debe llegar al módulo de control. Esto puede comprobarse colocando la llave en la posición 1 y ver que ocurre cuando aumenta la posición del acelerador. 2. La FRV responde a las entradas de Enable y Aceleración. 3. Si la corriente de salida del puente no crece bajo carga, el CL puede estar bajo ó puede haber un problema en la Placa del Regulador en el módulo de control.

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CURSO DE SCR IPS CONSOLAS - CONSOLA DE CONTROL

La Consola de Control del Maquinista es la estación de control del SCR. Le brinda al operador el control de velocidad de las bombas de lodo, el control de la velocidad y dirección de los motores del cuadro y la dirección y control del límite de torque de la mesa Rotary. Las llaves selectoras de asignación permiten elegir cual SCR impulsará determinada carga. Luces indicadoras proveen información del estado del sistema. Los aceleradores de mano se usan para ajustar la velocidad de rotación de los motores de continua. Una vez ajustados en una posición permanecen ahí. En cambio el acelerador de pie también es parte del sistema pero a diferencia del anterior no mantiene la posición de ajuste por si mismo, hay que presionarlo y mantenerlo y retorna al valor de cero aceleración cuando es liberado. Los aceleradores funcionan como divisores de tensión variables, tomando una señal de tensión de entrada fija (10Vdc) proveniente de una fuente de alimentación dentro de la consola y variando la misma. Esta salida de tensión variable (0 – 10Vdc) ingresa al módulo de control del SCR. La aislación con diodos y el filtrado de las señales de aceleración se hace dentro de la consola en una placa denominada Throttle Isolation. Las señales de aceleración manual y de pie del cuadro, están unidas juntas a través de diodos para aislarlas, y al módulo del SCR llegará la mayor de las dos. Cualquier alarma de SCR ó de los motores auxiliares (blowers ó auxiliares de las bombas de lodo) se indica mediante una alarma sonora y una luz roja de alarma que destella junto con la luz amarilla de estado del dispositivo que presenta la falla. Las luces de estado amarillas cuando están iluminadas indican que un generador, un SCR ó un motor auxiliar están en funcionamiento. Una luz amarilla de estado cuando destella indica que un motor auxiliar no arrancó cuando fue comandado. Cuando una luz de algún SCR comienza a destellar indica que se ha quemado un fusible ó el puente tiene alta temperatura. El potenciómetro de control de límite de torque de la mesa rotary brinda el medio para limitar el torque que puede aplicarse a las barras. Esto se hace para evitar daños en las barras por excesivo torque. Este potenciómetro regula el torque de salida del motor al controlar el límite de corriente aplicado al mismo desde 0 – 1000 amperes. El potenciómetro está escalado de 0 – 100% donde el 100% representa 1000 amperes ó el máximo torque disponible del motor. Un medidor de Porcentaje de Potencia Disponible, 0 – 110% muestra la capacidad de generación en línea que está siendo utilizada. Al 100% la luz indicadora “Generador Power Limit” se encenderá, indicando que la salida de los SCR se está reduciendo para evitar que se apaguen los motogeneradores. El pulsador de pare de emergencia, se usa para detener completamente los SCR, mientras que los generadores siguen en línea.

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CURSO DE SCR IPS - CONSOLA DE LAS BOMBAS DE LODO

La función de esta consola es poder controlar las bombas desde un lugar remoto al piso del equipo. Tiene un acelerador de mano para cada bomba. Cuando es habilitada estos aceleradores controlan la velocidad de los motores. Tiene una luz indicadora “power available” por cada bomba, que cuando está iluminada significa que esta consola tiene el control sobre la misma. La asignación de la bomba es realizada desde la consola de control de la misma. Tiene interruptores para interrumpir la potencia a los motores (Lockout).

Figura 43. Consola de Control.

Figura 44. Consola de las Bombas de Lodo.

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CURSO DE SCR IPS CIRCUITOS DE POTENCIA Y ASIGNACIONES

En un sistema SCR típico, cada motor DC puede ser alimentado desde dos ó más cubículos SCR. La conexión de uno u otro se realiza a través de contactores de potencia, que son controlados remotamente por el operador vía la consola de control. Los circuitos para hacer esto de conocen como Lógica de Control. CONTACTORES DE ASIGNACION Un par de contactores se usan para conectar la salida de un puente SCR a un motor DC. Los contactores están numerados con 2 dígitos y un signo; el primer dígito identifica a que SCR pertenece y el segundo dígito para referencia de numeración interna del cubículo y el signo para identificar a que bus DC se conecta el mismo. Los contactores del SCR #1 por ejemplo, están numerados 11+ y 11- ; 12+ y 12- , 13+ y 13- , etc. Los del SCR #2 serán 21+ y 21- ; 22+ y 22- , 23+ y 23-, etc. CONTACTORES INVERSORES Cuando se requiere invertir el sentido de giro de un motor DC se debe invertir la conexión de la armadura ó la conexión del campo. Esto se realiza mediante un Contactor Inversor, que es un interruptor de 2 polos y 2 cuchillas con una conexión cruzada (Figura 45).

Figura 45. Contactor Inversor. Cuando las cuchillas están hacia la derecha la salida tiene el (+) arriba y el (-) abajo (salida en directa). Este contactor es operado con 2 bobinas por separado, donde la polaridad de la salida dependerá de cual bobina se energice. LOGICA O CONTROL La lógica de control funciona con 120VAC aislados de tierra (sistema flotante). Los 120VAC se miden entre las líneas AC1 y AC2. Los diagramas lógicos

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CURSO DE SCR IPS proveen la información detallada completa de todos los circuitos de control y su cableado. Hay un diagrama completo (una ó más hojas) para cada asignación de una carga DC del sistema. La disposición de estos diagramas sigue el estándar de la industria, es decir, con las líneas de alimentación AC1 y AC2 dibujadas verticalmente a cada lado de la hoja y los circuitos lógicos horizontales entre estas líneas. Este patrón se denomina “Ladder” (Escalera). Cada contactor de potencia tiene un número y polaridad que lo identifica por ejemplo 21+. El mismo número es utilizado para los contactos auxiliares del mismo en los diagramas lógicos. Los contactos auxiliares NA están abiertos cuando la bobina del contactor está desenergizada y los contactos NC están cerrados también cuando la bobina está desenergizada. Un contacto auxiliar NC se usa para identificar eléctricamente que el contactor de potencia al cual pertenece está abierto. Un contacto auxiliar NA se usa para identificar eléctricamente que el contactor de potencia al cual pertenece está abierto. Los 120VAC de la lógica de control entran (a través de fusibles) en cada cubículo SCR en TB3, AC1 en los terminales 1 y 2, y AC2 en los terminales 3 y 4. Los 120VAC son aplicados a la bobina de bajo voltaje (UV) del breaker del cubículo para habilitar su cierre. Cuando se cierra el breaker, se cierra un contacto auxiliar NA (interno al breaker) y este contacto lleva AC1 al terminal TB2-1 del módulo de control. El terminal TB2-2 está conectado a AC2 así que los 120VAC están presentes para activar el módulo. El módulo de control se activa cuando se cierra el breaker y se desactiva cuando se abre. CONDICIONES NECESARIAS PARA COMPLETAR UNA ASIGNACION Solamente una carga es impulsada por un cubículo SCR cuando se realiza una asignación. Puede haber 2 ó 3 motores para manejar una carga pero todos deben recibir el mismo voltaje, Si 2 cargas fueran impulsadas desde un mismo cubículo se perdería el control individual. Debido a lo anterior debe haber medios para asegurar que solo una carga a la vez sea conectada a un SCR. EJEMPLO Los motores en este ejemplo pueden ser alimentados desde el SCR #1 al cerrar los contactores 12+ y 12- ó desde el SCR #2 al cerrar los contactores 21+ y 21-. Las bobinas de estos contactores están dibujadas como círculos. Todas las bobinas operan con DC producida a partir de un puente rectificador colocado sobre cada contactor. Los puentes entregan DC cuando de los alimenta con 120VAC. La línea AC2 está a la derecha de los puentes así que la línea AC1 debe ser alimentada desde la izquierda para la alimentación de las bobinas de los contactores. El camino de AC1 desde la fuente hasta los puentes rectificadores

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CURSO DE SCR IPS de las bobinas implica el paso a través de contactos que forman toda la lógica. Esto se discute a continuación: 1. AC1 entra a través de un fusible en el cubículo del SCR. 2. Luego pasa a través de los lock-out (interruptores de seguridad) en los motores de continua. 3. Luego pasa a través de un interruptor de seguridad operado por una leva en el eje del acelerador de mano. Este interruptor se cierra cuando el acelerador está en OFF, asegurando con esto que el puente no tendrá salida de potencia cuando se realice la asignación y se cierren los contactores de potencia. A esto se lo llama Throttle Interlock. 4. Luego que se completa el circuito dado antes, AC1 está presente en SS1 y SS2, selectores de asignación, ubicados en la consola de control SS1 se cierra cuando se desea asignar los motores al SCR #1, y SS2 al SCR #2. En el ejemplo suponemos que se cierra SS1. 5. Después de SS1 sigue un contacto auxiliar 1MCBA. Este contacto NA es interno al breaker del cubículo del SCR #1 y se cierra cuando el breaker se cierra. La asignación no se realiza si SCR no está recibiendo potencia de AC. 6. Luego sigue un contacto NC 21+. Este contacto auxiliar del contactor 21+ está cerrado cuando el contactor está abierto. El cierre de este contacto confirma que el SCR 32 no está conectado a los motores, y así se puede conectar el SCR #1. 7. El último interruptor es NC 11+. Es el contacto auxiliar del contactor 11+, el cual se provee para la conexión del SCR #1 a otras cargas. El cierre de este contacto significa que el camino de potencia a otra carga está abierto y que el SCR #1 solo alimentará la carga deseada. 8. El cierre de todos los contactos listados anteriormente, produce que AC1 llegue al puente rectificador y se alimente con DC las bobinas 12+ y 12-. Estos contactores se cierran y se completa el camino de potencia de continua seleccionado. 9. El cierre del contactor 12- produce el cierre de su contacto auxiliar 12-, el cual es NA. Este contacto aplica AC1 a TB3-9 del cubículo del SCR #1 habilitándolo en su Enable #2. El SCR 31 ahora responderá al acelerador e impulsará a los motores. Como se ve el SCR no es habilitado hasta que no se completa hasta que no se completa el camino de potencia. 10. Cuando se quiere acelerar, el acelerador se mueve de su posición OFF, y el interruptor a leva acoplado a su eje se abre. Esto interrumpiría la lógica de asignación de los contactores si no hubiese un camino alternativo en paralelo. Tal camino está formado por el contacto auxiliar NA de los contactores 12+ y por un contacto NC del amplificador de corriente. Con el contactor 12+ cerrado, el contacto auxiliar 12+ también lo estará y le hará puente al interruptor del acelerador junto con el contacto del

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CURSO DE SCR IPS amplificador de corriente. Este interruptor permanece cerrado a no ser que exista un severo desbalance de corrientes entre los 2 motores que impulsan la carga. Si se abre el contacto CA debido a un imbalance el circuito de asignación se interrumpe, los contactores de potencia se abren y se interrumpe la señal de Enable del SCR. Sin señal de Enable no hay disparo del SCR y no hay salida DC del puente.

Figura 46. Diagrama simplificado de un circuito de asignación para una carga con 2 motores que pueda ser alimentada por 2 SCRs cualquiera.

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CURSO DE SCR IPS PLACA DE PORCENTAJE DE LÍMITE DE POTENCIA

Esta placa está ubicada dentro del cubículo de sincronismo y funciona junto con la placa madre de cada uno de los generadores en línea. Ambas monitorean e indican la potencia que está siendo entregada por el sistema de generación. -ENTRADAS TB1-1, TB1-2 y TB1-3 Esta es la entrada de tensión para la alimentación de la placa. La tensión proviene del secundario de BPT1 (120VAC) el cual alimenta un transformador reductor con punto medio BP612 donde la salida de tensión del secundario es 36VAC. TB1-1 y TB1-3 son la entrada a los 36VAC y TB1-2 es el punto medio (común de la electrónica). TB1-15 y TB1-16 Esta es la señal de Porcentaje de Límite de Potencia proveniente de la Placa Madre (terminales TB1-12 = (+) % PWR y TB1-13 = (-) % PWR). Indica la potencia que está siendo utilizada con respecto al límite programado en la placa madre. TB1-13 y TB1-14 Esta es la señal de Reducción de Potencia de la Placa Madre (terminales TB1-10 = (+) PWR RED y TB1-11 = (-) PWR RED). La utiliza la placa de Porcentaje de Límite de Potencia para indicar si el generador está alcanzando o no su límite programado. - SALIDAS TB1-5 Y TB1-6 Esta salida va hacia la entrada de la Placa de Diodos (Ubicada en el cubículo de Servicio). Si no hay sobrecarga del sistema, no actúa la placa de porcentaje de límite de potencia y entre su salida terminal 5 y el común terminal 6 = TB3-13, habrá 4Vdc y los diodos estarán polarizados en inversa. La placa de diodos solo está activa cuando cualquier grupo moto-generador alcanza su límite de potencia programado. Bajo estas condiciones de sobrecarga, la Placa de Porcentaje de Límite de Potencia entre sus terminales de salida 5 y el común 6 pone un valor de 0.5Vdc

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CURSO DE SCR IPS que entra en TB1 de la placa de diodos. Estos últimos se polarizan en directa y los 0.5Vdc entran en TB3-17 de cada cubículo SCR. Esto hace que el Límite de Corriente (CL) individual de cada SCR ahora sea 0.5Vdc lo que provoca la reducción de la corriente de todos los puentes y se limite la demanda de AC de los grupos moto-generadores. TB1-8 Y TB1-9 Esta salida va al medidor de % de Potencia ubicado en la consola. La salida es de 0 – 5Vdc e indica el porcentaje de potencia (con respecto al límite de potencia KW/KVA programado en la placa madre) que está siendo utilizado de los grupos moto-generadores en línea. TB1-11 Y TB1-12 Con esta salida se energiza el Relé de Sobrecarga (Over Load Relay) este cierra un contacto NA y se enciende la luz “Generador Power Límit) en la consola de control.

Figura 47. Placa de porcentaje de Límite de Potencia (PPL).

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CURSO DE SCR IPS PLACA DE LIMITE DE POTENCIA POR REALIMENTACION DE FRECUENCIA (FPL)

La placa de límite de potencia por realimentación de frecuencia es una placa de respaldo para la placa de % de límite de potencia KW/KVA. La salida (TB1-1 y TB1-2) está conectada en paralelo con la salida de los KW/KVA de la placa de % de límite de potencia (TB1-5 y TB1-6). Una señal de 120VAC entra a la placa en TB1-7 y TB1-8. La señal entra al transformador T1 donde el voltaje se reduce a 36VAC. La señal de 36VAC luego se envía a un puente rectificador de onda completa donde se generan diferentes voltajes de CC para el uso de la electrónica de la placa. La señal que sale del transformador también se utiliza para calcular la frecuencia del generador ó los generadores en línea. Hay 2 potenciómetros en la placa para ajustar el offset (R10) y la ganancia (R18). El offset es ajustado en la frecuencia donde la limitación de potencia necesita comenzar. Para ajustar el offset, gire el potenciómetro de ganancia (R18) hasta el máximo y lleve la frecuencia del generador debajo del punto en el cual necesita comenzar la limitación de potencia (usualmente 59.4Hz). Una vez realizado esto, gire el potenciómetro R10 hasta que la señal de retraso de fase del SCR sobre la placa de % de límite de potencia (TB1-5 y TB1-6) empieza a reducirse. Con el offset calibrado, la ganancia necesita ser ajustada. Para ajustar la ganancia, lleve la frecuencia del generador debajo del punto donde la limitación fuerte debe ocurrir (usualmente 58Hz). Con el generador en la frecuencia correcta, ajuste R18 hasta que la señal de retraso de fase del SCR esté en -0.6Vdc. La placa de límite de potencia por realimentación de frecuencia también trabajará con sistemas que funcionan en 50Hz con solo una pequeña modificación. El jumper J1 debe ser removido para que esta placa funcione con sistemas de 50Hz. Figura 48. Placa de Límite de Potencia por Realimentación de Frecuencia (FPL).

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CURSO DE SCR IPS SUMINISTRO DE CAMPO TIPO “E” DESCRIPCION, FUNCIONAMIENTO Y CARACTERISTICAS

La fuente de suministro de campo tipo “E” es una parte componente preensamblada del sistema SCR y esta lista para usar. Este capítulo describe como la fuente de suministro de campo tipo “E” interacciona con otros componentes del sistema como se opera la unidad en el sistema del SCR. PROPOSITO Y FUNCION La fuente de campo tipo “E” se utiliza para suministrar corriente continua a los bobinados de campo del motor shunt. La fuente de suministro de campo simple utiliza un puente rectificador de onda completa construido con SCR, que tiene 2 dispositivos SCR los cuales proveen la corriente de campo directa (dirección en directa del motor para operación normal) y 2 dispositivos SCR los cuales proveen la corriente de campo inversa cuando es comandada para invertir el sentido de giro de los motores. La fuente de suministro de campo doble tiene 4 SCRs, 2 SCRs para el motor “A” y 2 SCRs para el motor “B” para cargas que son impulsadas con 2 motores shunt. La alimentación de tensión de la fuente de suministro de campo se realiza a través de un transformador monofásico reductor con un secundario que tiene una derivación central. El voltaje de alimentación del primario es de 600VAC y la salida del secundario es de 360 VAC entre patas, y entre una pata y la derivación central es de 180VAC. Uno de estos voltajes del secundario de 180VAC alimenta 2 SCRs de manejo directa y los otros 180VAC del secundario alimentan 2 SCRs de manejo en inversa para la inversión de la fuente de suministro de campo simple. La fuente de suministro de campo doble también utiliza el mismo tipo de transformador con derivación central del secundario, unos de esos 180VAC alimentan los 2 SCRs que entregan la corriente de campo del motor “A” y los otros 180VAC del secundario alimentan los 2 SCRs que entregan corriente de campo al motor “B” pero sin posibilidad en este caso de inversión de corriente para ningún motor. La fuente de suministro de campo está diseñada para proveer una regulación de corriente constante la cual se requiere para un funcionamiento apropiado del motor shunt, ya que la fuerza del campo de excitación realiza la relación entre las RPM y el voltaje de armadura (back EMF / RPM) y además la resistencia del bobinado del campo cambia (aumenta) cuando está caliente que cuando está frío (Resistencia dependiente de la temperatura).

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CURSO DE SCR IPS En la fuente de suministro de campo simple, la corriente del campo del motor es seteada por el ajuste de 2 potenciómetros Ia (directa) e Ib (inversa) para la inversión de la fuente, los cuales están ubicados sobre la placa de circuito impreso. Ambas corrientes, directa e inversa, pueden ser ajustadas en niveles iguales o diferentes. En la fuente de suministro de campo doble el ajuste es realizado por los mismos potenciómetros, Ia para el campo del motor “A” e Ib para el campo del motor “B” con ambos motores girando en directa solamente. Para fuentes de suministro de campo dobles, los ajustes de las corrientes de campo Ia e Ib deben ser ajustadas iguales. Para la fuente de suministro de campo simple, la indicación de la corriente de campo se obtiene a través de un amperímetro con centro en cero, el cual indica la corriente en directa en el sentido de las agujas del reloj y la corriente de campo inversa en el sentido contrario a las agujas del reloj. Para fuentes de suministro de campo doble, la indicación se realiza con un amperímetro con “L-H zero” con una llave selectora para visualizar la corriente de campo del motor “A” ó del motor “B”. La alarma de pérdida de campo se realiza por la pérdida de la señal de 12VDC que alimenta un relé el cual a través de sus contactos detendrá el disparo del SCR que proporciona la corriente de armadura del motor. Las fuentes de suministro de campo simples (inversoras) utilizan 1 relé de pérdida de campo mientras que las fuentes de suministro de campo dobles utilizan 2 relés de pérdida de campo. CAPACIDADES La entrada está calculada para un máximo de 25KVA. La salida 180/360VAC con derivación central está calculada para un máximo de 100ADC a 160VDC para ambas fuentes de suministro de campo “simple inversora” ó “doble”. CARACTERISTICAS DE DESEMPEÑO Las fuentes de campo tipo”E” están diseñadas con las siguientes características: 1. El disipador de calor está aislado de la superficie de montaje, de la placa madre y de la placa de disparo. 2. Diseño compacto y modular para facilidad de montaje, programable para diferentes aplicaciones y todos los componentes son fácilmente removibles para su reemplazo. 3. Placa madre separada de la placa de disparo para aislación de las señales de control de entrada y salida. 4. Programable para funcionamiento simple, doble, inversora o alto voltaje.

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CURSO DE SCR IPS 5. El sensor de efecto Hall (HED) está aislado del voltaje de salida de la fuente de suministro de campo ya que la barra de la salida de corriente pasa a través de la ventana del sensor aislado. 6. La señal de comando de entrada para inversión (120VAC) se conecta a la bornera TB2-12 de la fuente de campo. Esta característica proporciona la inversión del sentido de giro del motor shunt al invertir la corriente del campo. El esquema de inversión de corriente de campo es estático y no tiene partes móviles. (La inversión de corriente de campo es para fuentes de suministro de campo simples únicamente). 7. Regulación de corriente de salida constante. CARACTERISTICAS DE CONTROL DE RUIDO La entrada de potencia de AC a la fuente de campo está protegida de las sobre tensiones de la línea por una red R-C y la salida de tensión DC está protegida de tensiones inductivas por un supresor de picos de tensión. DATOS DE ALMACENAMIENTO Si el ensamble de la fuente de suministro de campo no se coloca inmediatamente en servicio debe ser protegida de la humedad por algún método de calentamiento confiable y seguro. La temperatura dentro del cubículo que aloja el ensamble de la fuente de suministro de campo debe mantenerse a unos pocos grados por encima de la temperatura del punto de rocío para evitar condensación sobre las partes aislantes y el metal. PRECAUCIONES DE ADVERTENCIA Y SEGURIDAD 1. Las personas que instalan, operan ó mantienen este equipamiento, deben estar entrenadas y autorizadas. La persona debe estar entrenada en los procedimientos adecuados con respecto a quitar la potencia de la fuente, utilizar vestimenta y equipamiento de protección adecuados, y seguir los procedimientos de seguridad establecidos. 2. Bajo ninguna circunstancia debe reparar o ajustar el equipamiento energizado estando solo. Se debe estar acompañado de alguien que pueda brindar asistencia en caso de ser requerida. Antes de de realizar ajustes, asegurarse de estar protegido de tierra. Si es posible el ajuste debe ser hecho con una sola mano, y con la otra mano fuera del equipamiento. Aún cuando se haya quitado la alimentación del equipamiento, potenciales peligrosos pueden aún existir debido a la retención de cargas en capacitores. Los circuitos deben estar puestos a tierra y los capacitares deben ser descargados antes de intentar reparar.

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CURSO DE SCR IPS 3. Haga ciertas pruebas al equipamiento. Si un medidor de prueba debe ser sostenido, ponga a tierra la carcaza del medidor antes de comenzar la medición, no toque equipamiento con tensión o personal que está trabajando con tensión mientras sostiene un medidor de prueba. Algunos equipos de medición no deberían estar puestos a tierra, estos equipos no deben sostenerse con la mano cuando se realizan mediciones. 4. Trabas de seguridad son provistas para seguridad del personal y equipamiento y deben ser usadas para el propósito deseado. No deben ser cortocircuitadas o modificadas de algún otro modo excepto por personal autorizado. No dependa solo de las trabas de seguridad para su protección. Siempre y cuando sea posible, desconecte la alimentación de la fuente de distribución de potencia. INSTRUCCIONES DE OPERACIÓN La fuente de suministro de campo tipo “E” requiere de una programación por medio de un dipswitch de 8 posiciones (PS-1), las cuales se programan así: Switch 1. ABIERTO para alto voltaje (uso del campo del generador) CERRADO para campo doble, campo simple o único o cuando se requiere una inversión del campo. Switch 2. CERRADO solo cuando use la fuente de campo para manejar 2 campos por separado. El campo del motor “A” actúa como maestro y el campo del motor “B” como esclavo. Switch 3. ABIERTO excepto cuando utilice una señal externa para reparto de carga. Switch 4. CERRADO para campos dobles, simples o de alto voltaje. ABIERTO para campo con inversión. Switch 5. Lo mismo que el #4. Switch 6. Lo mismo que el #4. Switch 7. ABIERTO para campos dobles, simples o inversores. CERRADO para campos de alto voltaje. Switch 8. No usado. El control de suministro de campo tipo “E” está diseñado para manejar la mayoría de las aplicaciones de suministro de campo. La fuente está diseñada

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CURSO DE SCR IPS para proveer una regulación de salida de corriente constante. Tres potenciómetros ubicados en la placa madre son provistos para ajustar los puntos límite; el potenciómetro IA (R14) ajustará la corriente máxima del campo del motor “A”, el potenciómetro IB (R16) ajustará la corriente máxima del campo del motor “B”. El potenciómetro ILS (R11) ajustará la señal de reparto de carga entre los motores “A” y “B”. Están provistas dos entradas de debilitamiento de campo para habilitar una señal externa para el campo del motor “B”. También se proveen dos entradas de debilitamiento de campo para habilitar una señal externa que reduzca separadamente las corrientes de los campos (la señal es 1Volt = 10 Amper de reducción de corriente de campo). Se proveen dos salidas para amperímetros para indicar las corrientes de los campos de los motores “A” y “B”. También se proveen dos salidas para indicaciones de pérdida de campo. Estas salidas están activas cuando la corriente de campo supera alrededor de los 9 amperes. CONFIGURACIONES DE LA FUENTE DE SUMINISTRO DE CAMPO 1. Fuente de Campo Doble (ambos campos activos – pueden ajustarse separadamente). Requiere de 2 sensores de corriente HED y un transformador de alimentación con el secundario con derivación central ó punto medio. 2. Suministro de Campo Simple Requiere un transformador de alimentación con el secundario con derivación central ó punto medio. 3. Fuente de Inversión de Campo Simple - Requiere de 1 sensor de corriente HED y un transformador de alimentación con el secundario con derivación central ó punto medio. Dos entradas para el comando de inversión de campo las cuales aceptarán 15VDC ó 120VAC. Las corrientes en directa e inversa pueden ajustarse separadamente. 4. Fuente Simple de Alto Voltaje – No requiere transformador con punto medio. Úsela cuando se requiere una salida de tensión DC alta. REQUISITOS DE LA FUENTE Las funciones requeridas son: alimentación de entrada AC, voltaje de control de 120VAC, señal de referencia de disparo (el ajuste de la salida de corriente) y la realimentación de la salida de corriente. La alimentación de entrada de AC es provista por un transformador reductor monofásico de 25KVA con el primario conectado a la barra de distribución principal y el secundario tiene un bobinado doble con punto medio 180/360VAC conectado a los terminales de potencia de entrada de la fuente de suministro de campo. El voltaje de control de 120VAC se utiliza para energizar los circuitos de control y para invertir la corriente de campo de salida del motor shunt.

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CURSO DE SCR IPS La señal de referencia de disparo se obtiene con el ajuste de los potenciómetros IA para la dirección de la corriente de campo en dirección directa e IB para la dirección de la corriente de campo en dirección inversa. Estos potenciómetros ajustan el ángulo de disparo requerido para suministrar la corriente necesaria al campo del motor shunt. La señal de realimentación de salida de corriente se genera por un HED y esta señal se envía a la placa de control de disparo y al amperímetro de salida de la fuente. El procedimiento para ajustar las corrientes de campo es primero girar ambos potenciómetros IA e IB completamente en contra de las agujas del reloj (CCW) para obtener una corriente de salida mínima. Energice la fuente de suministro de campo para salida de corriente de campo en sentido directo y ajuste el potenciómetro IA en el sentido de las agujas del reloj (CW) hasta observar en el amperímetro de la corriente de campo el valor deseado de acuerdo a la corriente de campo tolerable por el bobinado de campo del motor shunt colocado sobre la placa de datos del mismo. Después que la corriente de campo en sentido directo se ajustó, la corriente de campo en sentido inverso se ajusta al energizar primero los controles que invierten la salida de la fuente de suministro de campo y luego ajuste el potenciómetro IB en el sentido de las agujas del reloj (CW) hasta observar en el amperímetro de la corriente de campo el valor deseado de acuerdo a la corriente de campo tolerable del motor. Luego de los ajustes anteriores la fuente de suministro de campo está lista para utilizar.

TABLA DE RESOLUCION DE PROBLEMAS SINTOMA No hay salida de la fuente de suministro de campo en el modo de comando de corriente directa. (Para fuentes de suministro de campo inversoras ó duales).

CAUSA PROBABLE

SOLUCION POSIBLE

La señal de control de Pérdida de conexión en la 120VAC no llega a la fuente de campo en TB2fuente de suministro de 13 ó cero volt en TB2-13, revise el circuito de lógica. campo. Revise el cierre del contacto remoto auxiliar (si posee). Revise el cierre del contacto de control. Revise que el relé de control de asignación esté energizado. El interruptor Local / Remoto está en la posición equivocada, cambie a otra

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CURSO DE SCR IPS posición (si está posee). El interruptor Normal / Standby está en la posición equivocada, cambie a otra posición (si posee). Circuito de potencia de Revise la alimentación del entrada defectuoso. trafo (360Vac ó 180 Vac al punto medio). Breaker de alimentación abierto, cierre el breaker. Breaker de alimentación del trafo de 25KVA abierto, cierre el breaker. Fusibles de entrada de la fuente de campo quemados, revise ó reemplace. Contactor de entrada a la fuente de campo desenergizado, revise la lógica del contactor. Circuito de salida de Contactor de salida potencia defectuoso. desenergizado, revise la lógica del contactor (si posee). El circuito de campo del motor está abierto, revise con un óhmetro.

SINTOMA

CAUSA PROBABLE

SOLUCION POSIBLE

No hay salida de la fuente de suministro de campo en el modo de comando de corriente directa. (Para fuentes de suministro de campo inversoras ó duales).

Circuito de salida de Salida del amperímetro potencia defectuoso defectuosa, revise el (continuación). movimiento del medidor con una fuente de +/- 5Vdc Ajuste del pote de salida de Aumente el potenciómetro corriente al mínimo. IA ubicado en la placa madre. Placa defectuosa. Reemplace. No hay salida de la fuente La señal de control de Pérdida de conexión en la de suministro de campo en 120VAC no llega a la fuente de campo en TB2el modo de comando de fuente de suministro de 13 ó cero volt en TB2-13, corriente inversa. campo. revise el circuito de lógica. Revise el cierre del contacto remoto auxiliar (si posee). Revise el cierre del contacto de control.

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CURSO DE SCR IPS Revise que el relé de control de asignación normal ó standby esté energizado (si posee). El interruptor Local / Remoto está en la posición equivocada, cambie a otra posición (si está posee). El interruptor Normal / Standby está en la posición equivocada, cambie a otra posición (si posee). La señal de comando de Pérdida de conexión en la inversa de 120VAC no fuente de campo en TB2llega a la fuente de 13 ó cero volt en TB2-13, suministro de campo. revise el circuito de lógica. Revise el cierre del contacto de comando de inversa. El interruptor Local / Remoto está en la posición equivocada, cambie a otra posición (si está posee). Breaker de alimentación abierto, cierre el breaker.

SINTOMA

CAUSA PROBABLE

SOLUCION POSIBLE

No hay salida de la fuente Circuito de potencia de Revise la alimentación del de suministro de campo en entrada defectuoso. trafo (360Vac ó 180Vac al el modo de comando de punto medio). corriente inversa Breaker de alimentación (continuación). del trafo de 25KVA abierto, cierre el breaker. Fusibles de entrada de la fuente de campo quemados, revise ó reemplace. Contactor de entrada a la fuente de campo desenergizado, revise la lógica del contactor. Circuito de salida de Contactor de salida potencia defectuoso. desenergizado, revise la lógica del contactor (si

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CURSO DE SCR IPS

Ajuste del pote de salida de corriente al mínimo. Placa defectuosa. Salida de corriente Ajuste erróneo de los demasiado baja en directa potenciómetros de salida ó inversa ó en directa para de corriente. fuente de suministro doble. Amperímetro defectuoso. Placa defectuosa. Salida de corriente Ajuste erróneo de los demasiado alta en directa ó potenciómetros de salida inversa ó en directa para de corriente. fuente de suministro doble. Amperímetro defectuoso. Placa defectuosa.

posee). El circuito de campo del motor está abierto, revise con un óhmetro. Salida del amperímetro defectuosa, revise el movimiento del medidor con una fuente de +/- 5Vdc Aumente el potenciómetro IA ubicado en la placa madre. Reemplace. Aumente el ajuste del pote IA para directa y del pote IB para inversa al nivel de corriente deseado. Revise el amperímetro con una fuente de +/- 5VDC. Reemplace. Disminuya el ajuste del pote IA para directa y del pote IB para inversa al nivel de corriente deseado. Revise el amperímetro con una fuente de +/- 5VDC. Reemplace.

CONTROL DE CAMPO DINAMICO (REPARTO DE CARGA) - DISPOSITIVO PARA DOS MOTORES SHUNT (FUENTE DOBLE)

Ser capaz de obtener un buen reparto de carga entre dos o más motores shunt compartiendo un eje de carga en común, ha sido siempre un problema. Ha habido muchas soluciones “cercanas” a este problema pero hasta que se desarrolló el Sistema de Reparto de Carga de Control de Campo Dinámico esto siempre fue un problema para el operador debido a que la última cosa que desean hacer los motores shunt es compartir carga. El sistema de reparto de carga dinámico de IPS opera los campos del motor shunt en un nivel de corriente de reposo (idle) y aumenta la corriente del campo cuando aumenta la corriente de armadura. Este sistema combina las ventajas de los motores serie y shunt brindando un amplio rango de velocidad

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CURSO DE SCR IPS (debilitamiento de campo automático) y un inherente reparto de carga en paralelo (caída automática). El sistema opera al medir la corriente de armadura de cada motor con un HED y luego aplica una señal de campo a las fuentes del campo. Las fuentes del campo son preajustadas a un nivel de corriente de reposo (idle) y su corriente de salida es incrementada por encima del nivel de reposo (idle) en un valor proporcional a la corriente de armadura. AJUSTES DEL SISTEMA AJUSTE DEL CERO DEL HED DE ARMADURA (Armature HED zero set) (Placa de control de campo dinámico Dynamic Field Control) Sobre la placa de control de campo dinámico se encuentran los dipswitches SW1, SW2 y SW3. Programe la placa para el funcionamiento de 2 motores con sensado de corriente de armadura por HED, colocando las posiciones 1 y 2 CERRADAS de los dipswitches SW1 y SW2. El cero del HED de armadura se ajusta para cada motor sin que giren y con los contactores principales abiertos. Verifique que el voltaje desde el común (TB5-4) al pin 1 de salida de cada amplificador operacional (TL084) sea cero (+/- 20mV). Si es necesario ajuste esto con los potenciómetros etiquetados con el nombre ZERO. Los ajustes de corrimiento (OFFSET) del módulo de campo dinámico deben ser ajustados a cero girando cada uno de los potenciómetros etiquetados con el nombre OFFSET completamente en contra de las agujas del reloj (CCW). AJUSTE DEL CERO DEL HED DE CAMPO (Placa madre de suministro de campo – Field Supply Mother Board). Abra el circuito de carga de la fuente de campo. Esto garantiza corriente de salida cero. Use un jumper o cortocircuite las entradas del HED; el HED A en TB1 pines 3 y 4, y el HED B está en TB1 pines 1 y 2 de la placa madre. Ajuste las señales de los HED a cero: Para el HED A mida en TB2 entre los pines 6 y 7(común) y ajuste R53 para obtener cero VDC (+/- 0.075 VDC). Para el HED B mida en TB2 entre los pines 5 y 7(común) y ajuste R77 para obtener cero VDC (+/- 0.075 VDC). Por último saque los jumpers o cortocircuitos de TB1 pines 3 y 4, y TB1 pines 1 y 2.

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CURSO DE SCR IPS CORRIENTES DE DEBILITAMIENTO (WEAKENED) Y DE REPOSO (IDLE) DEL SUMINISTRO DE CAMPO Las corrientes de reposo (idle) deben ajustarse de acuerdo a las tablas de abajo. Este es el ajuste de corriente para la salida en directa cuando los contactores principales de asignación están abiertos, es decir, los motores no giran. Fuente de campo doble (motores DWA y DWB)

Nivel de corriente de reposo (IDLE)

Corriente del Motor “A” (IA)

30 Amps.

Corriente del Motor “B” (IB)

30 Amps.

AJUSTE DE LOS MODOS DE OPERACIÓN (Con PS-1 ubicado en la Placa Madre) La fuente de suministro de campo tipo “E” puede configurarse para operar de 4 modos distintos. Estos modos de operación se seleccionan con el interruptor de programación (dipswitch de 8 contactos) “PS-1”. El modo específico y que opciones son seleccionadas se establecen cuando se encarga la fuente al fabricante y no debería precisar cambios después de que fuese puesta en servicio. Las opciones seleccionadas por PS-1 están ya para usar reparto de carga de los motores A/B (A/B motor loadsharing). Obviamente el reparto de una carga entre 2 motores requiere una fuente doble (DUAL SUPPLY). En el ejemplo para fuente doble listado debajo, NO está activa la función de reparto de carga para 2 motores (A/B motor loadsharing), la cual es activada con el switch #2. (Con el switch 2 cerrado un campo queda Fijo (Maestro) y el otro lo es variable (Esclavo). Si el switch #2 esta abierto los 2 campos varían para igualar las corrientes de armadura medidas a través de los HEDs. La otra opción seleccionada al programar PS-1 es la activación de reparto de carga REMOTO, donde la señal de reparto de carga es provista a la fuente de suministro de campo desde una fuente remota, como por ejemplo una placa amplificadora de corriente. Esta opción está disponible para los 4 modos de operación. En el ejemplo de abajo, la opción de reparto de carga remoto, NO está activada. (Switch #3). Si está cerrado en vez de fijarse en los HEDs para ver la diferencia de corrientes de armadura usa una señal externa como por ejemplo la salida (B-A) de la Placa Amplificadora de Corriente.

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CURSO DE SCR IPS NOTA: Antes de hacer cualquier ajuste eléctrico, verifique que el switch de programación PS-1 esté correctamente configurado. PS-1 SWITCH SW-1 SW-2 SW-3 SW-4 SW-5 SW-6 SW-7 SW-8

Fuente Simple Fuente Simple Fuente Doble Fuente de alto inversora no inversora no inversora voltaje no inv.

CERRADO CERRADO CERRADO ABIERTO ABIERTO ABIERTO CERRADO ABIERTO ABIERTO ABIERTO ABIERTO ABIERTO ABIERTO CERRADO CERRADO CERRADO ABIERTO CERRADO CERRADO CERRADO CERRADO ABIERTO CERRADO ABIERTO ABIERTO ABIERTO ABIERTO CERRADO El switch 8 no se usa en ninguna posición

Una vez que se programa PS-1, proceda a realizar los ajustes de voltaje. ADVERTENCIA La fuente de campo tipo “E” es capaz de producir niveles de energía de salida muy altos. Lea y siga los procedimientos de ajuste cuidadosamente. Si usted no sabe lo que hace un potenciómetro en particular, o si ese potenciómetro no se nombró en estos procedimientos de ajuste no lo toque. CAMINO DE LA SEÑAL El camino de la señal comienza con los HED de armadura de los motores shunt, brindando información de corriente a la placa de suministro de campo dinámico (Dynamic Field Supply Board), donde serán ajustados los potenciómetros de ZERO y OFFSET y los SWITCHES seteados. La secuencia de ajustes continúa en la placa de control de suministro de campo (Field Supply Control Board) donde las señales de entrada de los HED de las corrientes de campo serán corregidas en su OFFSET con los potenciómetros R53 y R77. El camino de la señal continúa desde la placa de control de suministro de campo, a la placa madre de suministro de campo (Field Supply Mother Board), donde se realizan los ajustes de los potenciómetros IA, IB y LS. El interruptor de programación PS1 también está sobre la placa madre. Finalmente, la señal se dirige hacia el ensamble de disparo de los SCR de la placa, en la cual no hay ajustes. Todos los dispositivos de efecto Hall (HEDs) se usan como transductores de entrada y salida para la fuente de campo tipo “E”. Estos HEDs están calibrados en la fábrica donde utilizan equipos de prueba especiales. NO intente ajustar los HEDs en el campo.

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CURSO DE SCR IPS PRECAUCION En los dipswitches SW1, SW2 y SW3 (de 4 interruptores cada uno), localizados sobre la placa de suministro de campo dinámico, NUNCA deben estar las posiciones 1 y 2 ON (ó puenteadas) al mismo tiempo que las posiciones 3 y 4 están también en ON (ó puenteadas). Siempre asegúrese de abrir (o poner en OFF) los 4 interruptores de cualquier SW de los anteriores antes de colocar cualquiera de los 4 interruptores ON (ó puenteado). RELE DE PERDIDA DE CAMPO PARA MOTORES SHUNT La fuente de campo doble incluye dos Relés de Pérdida de Campo (FLR). Deben estar energizados para mantener cerrado su contacto Normal Abierto. Estos contactos se usan en serie con la lógica de control; cuando se abren se interrumpe la lógica de asignación, se abren los contactores de potencia y se pierde la alimentación de los motores (Un relé para el campo A y otro para el B) El relé se desenergiza (el contacto se abre) si cualquier corriente de campo de los 2 motores cae por debajo de un valor seguro para protegerlos de un aumento descontrolado de las RPM.

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CURSO DE SCR IPS

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CURSO DE SCR IPS FRENADO DINAMICO - FUNCION

El frenado dinámico se usa para reducir la velocidad de rotación de un motor en un intervalo de tiempo de unos cuantos segundos. Hace que el motor funcione como generador y luego le conecta entre sus terminales una resistencia de potencia para disipar la energía que produce. La energía mecánica de rotación (que se transforma en energía eléctrica y se disipa en el resistor de potencia) disminuye. Cuando se levanta el aparejo para agregar otra barra de sondeo, los motores del cuadro son operados a alta velocidad. Una considerable energía mecánica de rotación se almacena en el tambor del cuadro y en los motores. Antes de llegar a arriba, se quita la energía de los motores, se desacopla el embrague del cuadro y la energía de rotación de éste se usa para seguir elevando la barra, mientras que los motores siguen girando a altas RPM sin estar acoplados al tambor. Al estar girando sin alimentación y con el campo de excitación aplicado, los motores pasan a funcionar como generadores. Estos a su vez se conectan a un resistor de potencia (Resistor de Frenado Dinámico). La energía eléctrica producida se va disipando en dicho resistor y representa la pérdida de energía de rotación mecánica de los motores. En un período de 6 a 8 segundos las RPM de los motores (funcionando como generadores) bajan a los niveles deseados (no se detienen por completo), cosa que podría demorar varios minutos sin la acción del frenado dinámico. NOTA: El frenado dinámico se utiliza para detener el giro de los motores solamente y no para frenar el tambor del cuadro que para este último se utiliza el freno del tambor y el electrofreno. FRENADO DINAMICO DE MOTORES SHUNT

Un motor tipo shunt opera con un campo de excitación fijo, así que funcionará como generador si está girando con el campo de excitación aplicado y se desconecta la alimentación en sus terminales de potencia, por lo tanto el voltaje generado es directamente proporcional a las RPM. Si a los terminales de armadura se les conecta un resistor de carga circulará una corriente eléctrica. En general el motor es desacoplado de la carga que está impulsando (tambor del cuadro por ej.) así que solo el motor está sujeto a la acción de frenado. Las acciones para que comience un ciclo de frenado son (en forward únicamente):

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CURSO DE SCR IPS 1. Quitar la entrada de potencia. Esto se hace colocando el acelerador de pie en cero y abriendo los contactores de asignación. Con el acelerador de pie en cero, se cierra el interruptor que coloca la línea AC1 en la entrada de TD1. 2. El motor se debe desacoplar del tambor liberando el embrague, esto cierra un contacto NA de un interruptor de presión del circuito embrague. 3. Luego de esto le llega AC2 a TD1 y se energiza el relé DBR (Relé de Frenado Dinámico). 4. Se cierra un contacto NA de DBR que energiza la bobina de BK1 y este se cierra, conectando el resistor de potencia a los terminales de armadura del motor comenzando un ciclo de frenado. 5. Cuando se cumple el tiempo programado de TD1, su contacto interno NC se abre y desenergiza a DBR, los contactores de potencia vuelven a cerrarse, abre BK1 y finaliza el ciclo de frenado. Se usa un Relé de Frenado Dinámico (DBR) para conmutar los contactores como se indicó anteriormente. Este relé es activado a través de TD1 (Relé de Retardo Temporizado) el cual es normal cerrado y se abre un tiempo después a partir de que fue energizado (tiempo programable). TD1 recibe la entrada de habilitación a través de un interruptor ubicado en el acelerador, el cual se cierra cuando el acelerador está en la posición cero. El motor generalmente es desacoplado del tambor y entonces habrá un interruptor que indique cuando ocurrió esto. Si se usa un embrague neumático, se cerrará un contacto cuando la presión del embrague se quite. Este interruptor está en serie con el circuito del acelerador. Por lo tanto TD1 se activará solo cuando el acelerador esté en cero y el embrague sea liberado. El tiempo de TD1 generalmente se ajusta en 7 segundos, el cual es el tiempo necesario para bajar lo suficiente las RPM del motor sin llegar a detenerlo.

- FRENADO DINAMICO DE UN MOTOR SERIE

Cuando se quita la potencia de un motor serie, la corriente de campo también es removida y el magnetismo en los polos del campo cae a un valor residual. Si esta máquina ahora va a funcionar como generador, debe enviarse corriente a través de las bobinas de campo en la misma dirección que fluía cuando funcionaba como motor, ya que en esta dirección aumentará el magnetismo residual, en cambio una inversión de la corriente del campo anularía el mismo y la tensión no aumentaría cuando la máquina DC funcionase como generador. Esto significa que para que el motor DC serie funcione como generador (además de que esté girando) hay que invertir solamente los terminales del campo ó de la

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CURSO DE SCR IPS armadura (solo uno de los dos) para luego poder comenzar la acción de frenado dinámico. El principio anterior se lleva a cabo con circuitos similares a los mostrados en la figura 49, donde se invierten las conexiones del campo solamente. Con el campo invertido, la corriente de salida de la armadura fluye a través del campo en la misma dirección que cuando funcionaba como motor. Invirtiendo les conexiones de la armadura en vez de las del campo se obtiene el mismo resultado.

Figura 49. Frenado Dinámico del Motor Serie con inversión del campo. A continuación se dan los pasos para efectuar el frenado dinámico pero invirtiendo los terminales de la armadura en vez de los del campo. Los pasos son los siguientes: 1. El acelerador es llevado a cero y esto cierra un interruptor que da comienzo al frenado dinámico. 2. El embrague del motor es desacoplado y está acción cierra otro interruptor. 3. 120VAC son aplicados a TD1 y al contacto NC del mismo. De esta manera los 120VAC energizan el DBR (Relé de Frenado Dinámico).

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CURSO DE SCR IPS 4. Los contactos auxiliares NC de DBR abren los contactores de asignación de potencia. 5. Un contacto auxiliar NA de DBR energiza la bobina de Reversa del contactor Inversor. Otro contacto auxiliar NC abre la bobina de Directa (FWD). 6. Un contacto auxiliar NA del contactor Inversor, se cierra y completa un camino de controla través de un contacto de DBR para energizar la bobina de BK1 (Contactor de Frenado Dinámico). 7. Cuando se cumple el tiempo programado de TD1, su contacto interno NC se abre y desenergiza a DBR. Este relé abre BK1 y quita la alimentación de la bobina de reversa y el contactor de Inversor puede retornar a la posición forward. En el cuadro, la función de Frenado Dinámico solo es operacional en FWD.

- FRENADO DINAMICO CON 2 MOTORES SERIE

Cuando 2 motores serie se usan para impulsar el cuadro, los motores se pueden conectar como en la figura 50 para simplificar el sistema de frenado dinámico. Cada motor se conecta para que gire en directa, correspondiente al movimiento ascendente del aparejo. Cuando las maquinas DC serie funcionan como motor, las corrientes fluyen en el sentido indicado Ia e Ib (figura 50). En el frenado, la armadura del motor A envía corriente a través del campo del motor B y la armadura del motor B envía corriente a través del campo del motor A (figura 51). Con el diseño del circuito de la figura 50, se requieren los siguientes pasos para realizar el Frenado Dinámico: 1. Quitar la alimentación de ambos motores (abrir los contactores de potencia). 2. Cerrar el contactor de frenado dinámico (BK1) para conectar la resistencia de potencia (Aquí empieza la acción de frenado). 3. Para finalizar el frenado, abrir BK1 para desconectar la resistencia de potencia.

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CURSO DE SCR IPS

Figura 50. Circuito Eléctrico para el Frenado Dinámico de 2 Motores Serie.

Figura 51. Sentido de las Corrientes para el Frenado Dinámico de 2 Motores Serie.

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CURSO DE SCR IPS FRENADO REGENERATIVO - MODOS DE FUNCIONAMIENTO DEL PUENTE SCR

La figura 52-a muestra el diagrama simplificado de un rectificador SCR trifásico, donde se quitaron los circuitos RC amortiguadores. Para simplificar el análisis, se supone que en el lado de continua la carga es muy inductiva tal que la corriente Id no tenga ripple. Por lo tanto, para el análisis, podemos reemplazar la carga por una fuente de corriente continua constante (Figura52-b).

Figura 52-a

Figura 52-b.

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CURSO DE SCR IPS La figura 53 muestra las formas de onda típicas del puente rectificador con un ángulo de disparo α = 30º.

Figura 53. Formas de onda del rectificador SCR operando con α = 30º.

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CURSO DE SCR IPS En la figura anterior, va, vb, y vc son los voltajes de fase (entre fase y centro estrella), ig1 a ig6 son las señales de disparo de gate para los SCR S1 a S6, y α es el ángulo de disparo de los SCRs. Durante el intervalo I (π/6+ α ≤ ωt < π/2+ α), va es mayor que los otros dos voltajes de fase (vb y vc), haciendo que S1 esté polarizado en directa. Cuando S1 es disparado en ωt = π/6+ α por su señal de gate ig1, se enciende. El voltaje del bus de salida positivo vP con respecto a tierra G, es igual a va. Suponiendo que S6 estaba conduciendo antes que se encendiera S1, continúa conduciendo hasta el final del intervalo I, durante el cual la salida del bus negativo vN con respecto a tierra G, es igual a vb. El voltaje de salida DC se calcula como vd = vP – vN y en este intervalo I es vd = vP – vN =vab. La corriente Id fluye desde va hacia vb, a través de S1, la carga y S6. Las corrientes de línea son ia =Id, ib = -Id, e ic = 0. Durante el intervalo II (π/2+ α ≤ ωt < 5π/6+ α), vc es menor que los otros dos voltajes de fase (va y vb), haciendo que S2 esté polarizado en directa. Cuando le llega la señal ig2, se enciende. Al conducir S2 y teniendo el cátodo más negativo que el cátodo de S6, hace que la corriente Id pase por él bajando el nivel de corriente de S6 a menos del nivel de corriente mínima para mantenerlo encendido y por ello S6 se apaga. Luego toda la corriente Id pasa por S2 lo cual implica que ib = 0, e ic = -Id. El voltaje de salida DC se calcula como vd = vP – vN y en este intervalo II es vd = vP – vN =vac. Siguiendo el mismo procedimiento, se pueden obtener todas las formas de onda de corriente y voltajes en los demás intervalos. El voltaje de salida promedio DC puede determinarse con la siguiente ecuación:

Donde vab = 2 ⋅ VLL. sin(ωt + π / 6) . La ecuación anterior muestra que la salida de voltaje de continua del rectificador vd es positiva cuando el ángulo de disparo α es menor a 90º (π/2) y se vuelve negativa para valores de α mayores a 90º. Sin embargo, la corriente continua Id es siempre positiva (va siempre en el mismo sentido) independientemente de la polaridad del voltaje DC de salida del puente.

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CURSO DE SCR IPS Cuando el rectificador produce un voltaje DC positivo, la potencia es entregada desde la fuente hacia la carga. Cuando el rectificador produce un voltaje DC negativo, el rectificador funciona en el llamado Modo Inversor, y la potencia es entregada desde la carga hacia la fuente. Esto último ocurre cuando se utilizan motores DC como generadores para frenar rápidamente su velocidad de giro. La energía cinética de rotación del motor se transforma en energía eléctrica DC que a través del inversor se transforma en AC y se envía a las barras de distribución general. El valor eficaz ó RMS de cualquiera de las tres corrientes de línea, por ejemplo ia, puede ser calculada como:

Como se ve ia (rms) = Ia = 0.816 Id. O también Id = 1.225 Ia. Ia representa la corriente RMS del lado de alterna e Id es el valor DC promedio del lado de continua. La figura 54 muestra las formas de onda de voltaje del rectificador para varios ángulos de disparo. El voltaje promedio de salida vd es positivo con α = 45º, es cero para α = 90º y es negativo cuando α = 135º. Alcanza su máximo negativo cuando α = 180º.

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CURSO DE SCR IPS

Figura 54. Formas de onda de voltaje del rectificador para diferentes ángulos de disparo.

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CURSO DE SCR IPS -REGENERACION

Un puente trifásico SCR funciona como Rectificador cuando suministra tensión DC para impulsar un motor. El mismo puente puede funcionar como Inversor y absorber corriente del motor (funcionando como generador) entregándola de vuelta al bus de AC. Este proceso es útil cuando se requiere una acción de frenado prolongada de un motor DC y es denominado Regeneración. Cuando un puente SCR está suministrando DC a la carga (Rectificador) el ángulo de disparo está entre 0 y 90 grados. Cuando el puente SCR está absorbiendo corriente DC (Inversor) el ángulo de disparo está entre 90 y 180 grados. PRINCIPIOS DE OPERACIÓN En la figura 55 se muestran los fundamentos de los circuitos DC para Rotación en Directa (Motor), Rotación en Reversa (Motor) y Regeneración (motor funcionando como generador y girando en directa).

Figura 55. Circuitos DC fundamentales.

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CURSO DE SCR IPS

En (A) la corriente del motor DC fluye desde el (+) del SCR a través de la armadura en contra del tensión contraelectromotriz Eb. Cuando se quiere frenar el motor, se pasa al modo Regeneración y las conexiones de la armadura se invierten (a través de contactores) como se ve en (B). Ahora que el motor está girando en directa y con el campo aplicado Eb es la fem (fuerza electromotriz) que envía corriente de vuelta hacia el SCR. La Eb tiene la misma dirección que cuando la máquina DC funcionaba como motor (A). Esto es debido a que la polaridad de Eb solo depende de la dirección de rotación. En (C) las conexiones son iguales a (B) pero la rotación y Eb están invertidas y el SCR debe enviar corriente a la armadura del motor nuevamente en contra de la tensión contraelectromotriz Eb. El SCR es nuevamente una fuente de energía y el motor es la carga.

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CURSO DE SCR IPS En las figuras (A) y (C) donde el SCR está suministrando DC a la carga el ángulo de disparo está entre 0 y 90 grados. En (B), para obtener la acción regenerativa, el ángulo de disparo está entre 90 y 180 grados. En los tres casos, la corriente del puente NO cambia de dirección, Sale del bus positivo y retorna por el bus negativo. Cuando el puente SCR está actuando en modo regenerativo, el retardo de disparo está entre 90 y 180 grados. En este intervalo de retardo, las polaridades de las fases de alterna no son las correctas para que el puente conduzca. Sin embargo, cuando del lado de continua está presente una tensión DC, como en la figura 56, la diferencia de los valores instantáneos entre los niveles DC y AC en determinados intervalos, permite la conducción cuando el SCR es disparado. La tensión DC es mayor que la tensión de AC en estos intervalos y envía corriente de vuelta a la línea de AC conectada al SCR. Cuando la secuencia trifásica de AC sigue, junto a los disparos sincronizados, la tensión DC entrega pulsos de energía hacia las fases de AC en un patrón simétrico. Este es el verdadero funcionamiento del inversor. El flujo de corriente continua promedio desde el motor, funcionando como generador, provoca una disminución de las RPM del mismo, realizándose la acción de frenado.

Figura 56. Medio ciclo de disparo SCR en una fase. En la figura 56, es una configuración para frenado regenerativo pero se incluye el bobinado de un transformador (representando dos fases de AC) y 2 SCRs que funcionan juntos durante 60º en cada ciclo de AC. Otros bobinados y pares de SCRs están funcionando durante los 5 intervalos restantes de 60º cada uno pero no necesitan considerarse en este ejemplo. Considerando el caso en que los SCRs son disparados con un ángulo de retardo de 120º (ωt =150º). El voltaje de A a B es cero en este ángulo de retardo (ver

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CURSO DE SCR IPS figura 54 (c)), así que la AC no puede por si misma, hacer conducir los SCRs. Sin embargo, el voltaje del motor, Eb, está actuando con la polaridad apropiada para la conducción y enviará corriente de vuelta a través del puente (si se lo dispara) y a través del transformador desde B a A. Si Eb es 375Vdc, correspondiente a la mitad de las RPM máximas del motor, considerando un motor de tensión máxima 750Vdc, fluirá una gran corriente. No crecerá rápidamente debido a la inductancia del motor y del transformador. 30 grados después (ωt =180º), el voltaje en el transformador, VAB, tendrá un valor de -375V lo cual significa que B es positivo con respecto a A. Este voltaje es igual y opuesto al de Eb, por lo tanto el voltaje neto entre la parte DC y AC es cero y los SCRs se apagarán durante los siguientes 30º (desde ωt =180º hasta ωt =210º). En el intervalo de 60º analizado anteriormente (150º ≤ ωt ≤ 210º) el motor entrega corriente de vuelta a la fase AB solo durante 30º (150º ≤ ωt ≤ 180º). Si el disparo se retarda más de 120º la corriente entregada de vuelta a la fase AB se reduce. Disparando con un retardo menor de 120º aumenta el tiempo de encendido de los SCR y aumenta la corriente absorbida por el puente. Este ciclo se repite 6 veces por cada ciclo de AC con diferentes pares de SCRs y su bobinado del transformador asociado. Con un retardo de disparo de 90º la acción de frenado regenerativo es máxima. Cuando el retardo aumenta la acción de frenado disminuye (circula menos corriente). El voltaje DC desde el motor determina el retardo de disparo para el cual termina la acción regenerativa. A mayor voltaje DC mayor es el retardo de disparo requerido para que circule poca corriente y poder controlarla. Para tener un control completo del proceso de regeneración, se requiere tener un retardo de disparo inicial máximo ó cercano a 180º, para luego ir disminuyendo el disparo y la corriente crezca al nivel deseado para obtener la acción de frenado máxima posible. Como se dijo, el objetivo del frenado regenerativo es lograr bajar las RPM del motor tan rápido como sea posible. El máximo de regeneración se aplica primero y la corriente entregada por el motor (funcionando como generador) se compara con el máximo nivel tolerable. Una corriente elevada produce una señal de control que actúa sobre el límite de corriente del puente aumentando el retardo de disparo, de igual manera que ocurría en el modo rectificador cuando aumentando el disparo se reducía la salida promedio DC. Cuando bajan las RPM del motor, el retardo de disparo se reduce a 90º cuando el motor está cerca de su detención por completo.

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CURSO DE SCR IPS Resumen: Si el retardo es 90º la tensión en B es menor que en A, la tensión VAB es mayor ó igual y de la misma polaridad que Eb, por lo tanto la corriente que entrega el motor al SCR es máxima y el frenado también lo es. Si el retardo es 180º la tensión en B es mayor que en A, la tensión VAB es mayor ó igual y de polaridad opuesta que Eb, por lo tanto la corriente que entrega el motor al SCR será mínima ó nula y el frenado también lo será.

El frenado regenerativo del cuadro variará dependiendo del tipo de motor DC (shunt ó serie) y del módulo de control DC. En un motor serie hay que invertir los cables de la armadura pero no el campo (con el motor girando en directa) para que cuando funcione como generador el flujo de corriente de armadura de vuelta al SCR tenga la dirección adecuada para que se pueda llevar a cabo la regeneración. Los requisitos para el frenado regenerativo con un motor shunt (con el módulo tipo-E) son los mismos que para el motor DC serie, excepto que en vez de invertir el flujo de corriente al invertir la armadura, el flujo de corriente de armadura se cambia al invertir el flujo de la corriente en los bobinados de campo. También en un motor shunt, si está girando en directa y no se invierte el campo, habrá que invertir la armadura para que cuando funcione como generador se obtenga la corriente de armadura de vuelta al SCR en la dirección adecuada para llevar a cabo la regeneración.

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