Tema 67

Elementos comparadores en los circuitos de control

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José Sabio García Trabajo conjunto para las oposiciones de TECNOLOGÍA 1


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ÍNDICE

0. Idea Idea gene genera rall 1. Conc Concep epto toss prev previo ioss 2. Las Sincro Sincromáq máquin uinas as 3. Tipos Tipos de comp comparad aradore oress 4. Genera Generador dores es tacomét tacométric ricos os 5. El pontenció pontenciómetro metro como como elemento elemento de control control.. Tipos 6. Resume Resumenn de de conce concepto ptoss

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0.Introducción Los proc oces esos os indu indust stri rial ales es exige xigen n el co cont ntrrol de la fab fabrica ricaci ción ón de lo loss divers versos os produc oducto toss obteni tenid dos. os. Los proc proces esos os son son muy muy vari variad ados os y abar abarca can n much muchos os tipo tiposs de produ producto ctos: s: la fabric fabricaci ación ón de los produ producto ctoss deriva derivados dos del petróleo, de los productos derivados del petróleo, de los productos alimenticios, la industria cerámica, las centrales gene genera rado dora rass de ener energí gía, a, la side sideru rurg rgia ia,, los los trat tratam amie ient ntos os térmicos, la industria papelera, la industria textil, etc. En todos estos procesos es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como co mo la pres presió ión, n, el ca caud udal al,, el nive nivel, l, la temp temper erat atur ura, a, la velocidad, etc. En definitiva, el objetivo de este capítulo es estudiar con profundidad los diferentes y más comunes elementos de comparación como son los potenciómetros (resistencias variables) sabiendo la diferencia de potencial en sus bornes podr odrem emos os saber aber lo que que ha var ariiado ado la resi esistenc tenciia y en consecuencia si es angular o multivuelta podremos saber la var ariiac ació ión n de la magni agnitu tud d co com mpara parad da co con n el val alor or de referencia. Las

sincromáquinas

,

el

elemento

comparador

dest destin inad ado o a gobe goberrnar nar la posi posici ción ón angu angula larr de un ej eje e en func funció ión n de la posi posici ción ón angu angula larr de otr otro ej eje, e, llam llamad ado o de mando o referencia. 3


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Mediante las de dinamos tacométricas podremos saber la velocidad de giro de un eje sabiendo el valor de la diferencia de potencial en sus bornes; estamos hablando. SE estu estud dia iarrán los difer ferente entess co com mpar parador adores es par ara a pequeños desplazamientos como son silverstad (puente de wheatstone), los capacitivos , los electromagnéticos, y los fotoeléctricos.

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1.Conceptos previos - Concepto de ELEMENTO

Un término general que se usa para refererirse a uno de entre cierto número de unidades, grupos, objetos, etc. Cualqu Cualquier ier dispos dispositi itivo vo elé eléctr ctrico ico (como (como bobina bobina,, re resi siste stenci ncia, a, generador, condensador, línea o tubo de electrones) con terminales con los cuales pueden conectarse directamente a otros otros dispos dispositi itivos vos elé eléctr ctrico icos; s; por por eje ejempl mplo o un ele elemen mento to activo pres present enta a gana gananc ncia ia (ej: (ej: tran transi sist stor or)) y un elem element ento o pasivo

no tiene ganancia ( ej: resistenc encia, bobina,

condensador). - Concepto de COMPARADOR

1. Circui Circuito to que compar compara a dos dos señal señales es y sumini suministr stra a una indicación de su concordancia o desacuerdo 2. Dispositivo que compara la igualdad de dos entradas. Un tipo de ellos compara tensiones y da una de estas salida ( <, = y <). Un tercer tipo compara fase y frecuencia y da una tensión variable dependiente de la relación de las entradas 3. Ci Cirrcuit cuito o que co comp mpar ara a dos señal eñales es difer iferen ente tess y proporciona proporciona una señal <>. 4. Ci Circ rcui uito to que que eval evalúa úa un pará paráme metr tro o de sali salida da para para determinar si está por debajo de algunos límites predeterminados

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circuitos os de elementos comparador comparadores es en los circuit Los elementos control son son los los disp dispos osit itiv ivos os encar encarga gado doss de co comp mpar arar ar el

valor de referencia con el valor medio de la variable de sal alid ida a a tra ravé véss del tran transd sduc ucto torr de rea eallime ment ntac aciión. ón. El resultado

de

esta

comparación

será

el

error

de

funcionamiento o la desviación del valor de la salida del circuito respecto al valor que estaba previsto. previsto. Para compr comprend ender er mejor mejor lo anteri anteriorm orment ente e expli explicad cado, o, hemos de empezar por conocer las partes básicas de las que consta un circuito de control y para ello no hay nada mejor que ilustrarlo con un esquema:

VALOR DE REFERENCIA(Deseado)

CONTROLADOR

ERROR

CORRECTOR DE ERROR

TRANSDUCTOR DE

ELEMENTO ACTUADOR

PROCESO VALOR DE SALIDA

VALOR DE ENTRADA Figura 1

Donde Donde llamado

será el elemento comparador también

corrector

de

error,

pudiéndose

ser

una

potenciómetro, una dinamo tacométrica, etc.

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Los elementos comparadores toman sentido cuando se incluyen en los sistemas de control de lazo cerrado. ce rrado. En la Figura 2 se pued puede e obse observ rvar ar el diag diagra rama ma de bloques de un sistema de control de lazo cerrado. Observando el diagrama se puede comprobar que la acción de control depende tanto de la entrada de referencia(valor de la entrada) como del valor instantáneo de la variable de salida (valor de salida). Es decir, un sistema de control en lazo

cerrado

implica

el

hacer

uso

del

efecto

de

realimentación de la variable de salida a la entrada del sistema, con la finalidad de reducir el error que pudiera aparece cerr en la variable de salida por efec fecto de las perturbaciones de salida. En la Figura 1 el CONTROLADOR, está compuesto por dos bloques un es el comparador o detector de error y

corrector tor de error error del correc

y se encarga de comparar la

variable controlada (presión, nivel, temperatura, velocidad, etc) con un valor deseado o previsto y ejerce una acción correctiva de acuerdo con la desviación. El primero es el elemento o dispositivo encargado de comparar el valor de referencia con el valor medido de la variable

de

realimentación.

salida El

a

través

resultado

de

del

transductor

dicha

de

comparació ción

constituye el error de funcionamiento o desviación de la salida con respecto al valor previsto o deseado.

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El segundo es el dispositivo encargado de amplificar y modi mo difi fica carr adec ecua uad dam amen ente te la seña eñal de error que que est está proporcionando el detector de error, con la finalidad de que el sistem sistema a prese presente nte mejor mejores es caract caracterí erísti sticas cas en cuanto cuanto a precisión, estabilidad, tiempo de respuesta y oscilaciones, en definitiva, que se convierta en un sistema solvente y eficaz. De todo el bloque o diagrama de un sistema de control, y concretamente del bloque controlador en este capí ca pítu tulo lo nos nos centr centrar arem emos os en el elem elemen ento to co comp mpar arad ador or o detector de error. Par ara a rea eali liza zarr la co comp mpar arac ació ión n se util utiliz izan an dive divers rsos os procedimientos tecnológicos según sea el tipo de señales a comparar.

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2.Las sincromáquinas - Concepto de Sincronizador

En

términos

eléctricos

un

sincronizador

es

un

transformador con coeficiente de acoplamiento que varía cuando un eje mecánico hace girar el devanado de un transformador. El devanado (armadura) rotatorio suele ser una una bobina bina dist istribu ribuid ida a monof onofás ásiica ca,, y los devan evanad ados os exte exteri rior ores es que que rodean odean al esta estato torr suel suelen en ser ser del del tipo tipo de construcción de bobina de tres fases espaciales, con ángulo físico de 120º entre el centro eléctrico de cada bobina. Sin embargo, los tres devanados están en fase eléctricamente. Lass bobi La bobina nass de tres tres fase fase espa espaci cial ales es del del esta estato torr está están n conectadas en Y internamente y sólo las tres puntas de cada uno de los extremos de una rama de la Y apuntan haci hacia a fuer fuera. a. La Lass dos dos punt puntas as del del rotor otor mo mono nofá fási sico co son llevadas hacia fuera por medio de anillos colectores. La excepción al rotor monofásico ocurre en el caso del sincr sincro o dife difere renci ncial al de co cont ntro rol. l. Este Este sincr sincro o tien tiene e un rotor otor trif trifás ásic ico o y un esta estato torr tamb tambié ién n trif trifás ásic ico. o. Se util utiliz iza a para para compensar, ajustar a cero, sumar o restar eléctricamente un ángulo de la representación en forma de sincro sincro trifásico del ángulo de un eje mecánico. Los devanados de tres fases espaciales tienen señales eléctricas que están en fase en el tiempo. En un sincronizador no se utiliza CA trifásica. 9


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Los sincronizadores suelen ser excitados por CA de 60 o 400 Hz. Además el sincronizador contiene bobinas que giran en un campo magnético, se pueden sumar voltajes considerables a los voltajes normales de transformador del sincro, debido al efecto generador de una armadura sincro que gira con rapidez. Sin embargo, se supone que el sincro actúa como un transformador variable, no como generador. Hemos de limitar la velocidad opera que no existan problemas de estabilidad. La exac exacti titu tud d de un sist sistema ema co comp mpar arad ador or de co cont ntro roll que que utiliza

sensores de sincronizador se puede ede mej ejo orar

empleándose un sistema de control de sincronizador de dos velocidades. - Función comparadora de las sincromáquinas

Son el tipo de comparador más util utiliizad zado en los circ circui uito toss de co cont ntro roll cuya cuya final finalid idad ad es la de gobe gobern rnar ar la posición angular de un eje en función de la posición angular de otro eje , llamado de mando a referencia. Son muy parec eciidos a los gener enerad ado ores o moto otores eléctricos, ya que de hecho se componen de un estator y rotor .

Exis Existe ten n much muchos os tipo tiposs de sinc sincro roni niza zado dore ress (tam (tambi bién én llamados sincr ncros), y todos se usan en sistemas que controlan el ángulo de un eje. Un sincronizador es un dispositivo electrómecanico electrómecanico que en general proporciona una

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salida eléctrica en respuesta a una entrada mecánica del ángu ángulo lo del del eje. eje. Lo Loss sinc sincro ross de fuer fuerza za son son la excep excepci ción ón,, dónde entradas eléctricas hacen que el eje de salida asuma un ángulo del eje comandado. - Tipos de Sincromáquinas

Exis Existe ten n dive divers rsos os tipo tipos, s, que que pued pueden en co comb mbin inar arse se de varias maneras según el cometido específico que se desee. SINCROTRANSMISOR Transmite Transmite eléctricamente la posición angular del eje de mand ma ndo o a un seg segundo undo el elem emen ento to:: el Sincroreceptor o el Sincrotransformador .

El Sincroreceptor transforma las señales eléctricas en una una

sali salida da me mecá cáni nica ca,, mo movi vien endo do el ej eje e co cont ntrrol olad ado o de

forma que adopte una posición angular idéntica a la del eje de ma mand ndo o y despl esplaz azan ando do al propi opio tie iem mpo una una aguj guja indicadora sobre su esfera. Cuando la potencia del sincrotransmisor sincrotransmisor es insuficiente para

desplazar

el

eje

controlado,

se

sustituye

el

sincroreceptor por un sincrotransformador. Observe el esquema eléctrico de un sincrotransmisor: sincrotransmisor:

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Figura 3

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El Sincrotransformador  transforma las señales eléctricas de mando en una tensión alterna o señal de error, variable en magnitud y signo. SINCRODIFERENCIAL Se pued puede e de em empl plea earr co como mo elem elemen ento to tran transm smis isor or o como elemento receptor. •

Como transmisor : da una salida eléctrica que repr epresen esentta la suma uma o la dife diferrenci encia a de dos señales de entrada

•

Como receptor sucede lo mismo, exceptuando que la señal de salida es mecánica.

El rotor constituido por chapas magnéticas, lleva un arrrol ar olla lam miento ento

únic único o

(prim rimar ariio

del

trans ansmisor isor))

cuyo cuyoss

extremos están conectados a un par de anillos rozantes. El estator va provisto de tres arrollamientos arrollamientos secundarios S 1, S2, S3 uniformemente distribuidos alrededor de la periferia de forma que sus ejes geométricos forman ángulos de 120º entre sí. Estos tres arrolladores están cortocircuitados por uno de sus extremos. extremos. Al aplicar un CA en los bornes del primario, circulará por éste éste una corriente, corriente, que generará un campo magnético magnético el cual inducirá tensiones en los secundarios S1, S2, S3. Cómo los flujos concatenados por los secundarios no son iguales, y además dependen de la posición angular del rotor  las tensiones inducidas tampoco serán iguales.

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En la figura anterior la posición del rotor la tensión inducida en el secundario S2 es máxima ya que por este secu secund ndar ario io circ circul ula a la tota totali lida dad d del del fluj flujo o ma magn gnét étic ico. o. La Lass tensiones en el primer y tercer secundario son iguales y es igual VS1=VS3= VS2 / 2 donde VSi= tensión inducida en el secundario i. SINCRORRECEPTOR Es idén idénti tico co a una una sincrotransmisor excep excepto to que que va provisto de un volante destinado a amortiguar las vari variaci acion ones es brus brusca cass o las las osci oscila laci cion ones es en la ma marc rcha ha del del rotor. A continuación se ha tabulado los distintos tipos de sincroniza sincronizadores dores,, respecto respecto del uso ( ac acci ción ón que que rea eali liza za)) teniendo en cuenta su entrada y valor que se obtiene a la salida.

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Tipos de sincronizadores comunes Nombre

Uso

Sincrotransmisor Transforma el ángulo de control del eje físico en tres (abreviado CX) voltajes de Al rotor se aplica una sincroestator sincroestator cuya excitación de 60 a magnitud varía con el 400 Hz de CA, E R, V. V. ángulo del eje. Se usa Relación de la como dispositivo de transformación mando de entrada, n=máximo voltaje de para aplicar la señal de salida rms del estator entrada de referencia dividido entre ER Sincroreceptor de Se utiliza para indicar fuerza.(abreviado la posición del eje TX y TR). Es básicamente para accionar idéntico a un CT. Los apuntadores o TR y TX podrían ser carátulas. Cuando se dispositivos hace girar el eje del TX, físicamente idénticos, el eje del TR acoplado ya que un TX puede gira de la misma accionar varios TR. medida. Los devanados Los sincros de fuerza de los motores del TX y suelen ser mucho TR son excitados, en menos exactos que paralelo, por la misma los de control fuente de referencia comúnmente de 60 o 400 Hz, a 26 o 115 V de CA Suma o resta el ángulo del eje o compensa respecto a la TDX). Es básicamente básicamente representación idéntico a CDX. El TDX sincrotrifásica sincrotrifásica en tiene una entrada del voltaje del ángulo del estator trifásico y una eje salida del rotor trifásico Transmisor de Se usa para mejorar la control de exactitud del CX o CT velocidades en un factor de N, múltiples Estos donde N es “velocidad” dispositivos tienen N o bien “orden” del pares de polos por sincronizador de fase, en vez de lo velocidades múltiples común de un par de polos por fase. Una rotación del eje mecánico produce N ciclos de salida eléctricos en vez de un ciclo producido por el sincronizador sincronizador estándar Sincrotransmisor diferencial de fuerza (abreviado

Entrada

Salida

Ángulo del eje del Tres voltajes del estator en fase en el tiempo que se rotor φ (el rotor miden entre las terminales monofásico es del estator S1 S2 y S3. Estos excitado por Eg, pero voltajes no se miden ni Eg es constante, no amplifican, sino que se variable) aplican directamente al estator del sincroreceptor de fuerza Tres voltajes del estator del TX. El estator del TX se conecta directamente al estator del TR, S1, a S1, S2 a S2 y S3 a S3. El rotor del TR es excitado por el voltaje de referencia ER, pero éste es constante y no una variable de entrada

Ángulo del eje mecánico del TDX; tres voltajes del sincroestator sincroestator del TX, aplicados al estator trifásico del TDX

Idéntica a la del CT o CX

Ángulo del eje del rotor φ del sincrorreceptor de fuerza TR. Idealmente, φ del TR = θ del TX. En realidad, φ = θ - f(t) donde f(t) es función del momento de torsión generado por el TR. Si el momento de torsión generado es pequeño como en el caso del accionamiento accionamiento de apuntadores donde sólo ocurren momentos de torsión de marcación, entonces φ = θ Tres voltajes del rotor del CDX procedentes del rotor trifásico del CDX. Tres voltajes de salida del rotor del CDX. Se aplican como entradas al estator de tres fases espaciales del TR Idéntica a la del CT o CX equipada con relación de engranes elevadora de N a1

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En las siguientes cinco figuras a) b) c) d) y e) se reflej eflejan an diag diagra rama mass esqu esquem emát átic icos os de tipo tiposs co comu mune ness de sincronizadores: En la figura a)

Sinc Sincro rotr tran ansm smis isor or de contr control ol CX. CX. N = relación de transformación, máximo voltaje de salida del estator E R que oscila de 0.2 a 2.0; E R = valor rms(eficaz) del voltaje de referencia del rotor. √2 R R . sen(2∏ sen(2∏ft), comúnmente 26 V; f = frecuencia d excitación, por lo general de 60 o 400 Hz; θ = ángulo del eje eléctrico, ángulo del eje del rotor para un disp dispos osit itiv ivo o de un solo solo par de polo polos; s; E S13 = ascenso de voltaje de la terminal 1 a la terminal 3 del estator. Entrada = θ = ángulo del eje físico. Salida = E S13 ES32 ES21.

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En la figura b)

Sincrotransformador de control (CT). Entradas = tres voltajes del estator procedentes de un transmisor CX (de control) con ángulo del eje de entrada θ. Salida = voltaje de error monofásico ER

sal

proporcional al seno de la diferencia

entre los ángulos de eje de los dos sincronizadores CX y CT. En el equilibrio, el error E R

sal

pasa a ser cero y θ = φ, o el

ángulo del eje de salida φ es accionado para coincidir con el ángulo del eje de entrada, θ.

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En la figura c)

Sinc Sincro rotr tran ansm smis isor or difer diferen enci cial al de co cont ntro roll (CDX (CDX), ), Do= ángulo diferencial, ángulo del eje CDX. En la figura d) Par de detectores de CX-CT

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Ampliando el gráfico en tres partes para ver detalles

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En la figura e) Par

de

sincrotransmisor

de

fuerza

(TX)

y

sincrorreceptor sincrorreceptor de fuerza (TR). ER = excitación de referencia que se aplica a ambos rotores en paralelo Entrada = ángulo del eje θ. Salida = ángulo del eje φ, y φ = θ + términos en error es casi igual a θ. El sincrotransmisor diferencial de fuerza (TDX)(no se presenta) tiene el mismo esquema que el sinc sincro rotr tran ansm smis isor or difer diferen enci cial al de co cont ntrrol (CDX (CDX)) que que se ilustra en la figura c).

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Ampliando el gráfico para ver los detalles:

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A continuación se va a explicar que podemos obtener sincromáquinas

combinando

los

sincr ncronizadores

estudiados. • El Sincrorrepetidor Está formado por la conexión de un sincrotransmisor y un sincrorreceptor . El esquema eléctrico de un sincrorrepetidor es:

CA Figura 4

Cada bobina estatórica o estator del secundario S 1, S 2, S3, está unida a cada bobina estatórica del sincrorreceptor. Loss dos ar Lo arrroll ollami amient entos os ro rotór tórico icoss se ali alimen mentan tan de la misma fuente de corriente alterna (CA). En está condiciones se fija el rotor del sincrotransmisor en la posición angular ø e arbitraria, indicada en la figura anterior. Al inducirse como 23


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ya sabemos tensiones en los estatóricos del primero (el sincrotransmisor) sincrotransmisor) S1, S2, S3, dan lugar a una corrientes y por consiguient consiguiente e a la creación creación de flujos magnéticos magnéticos alternos alternos en S’1, S’2, S’3. Dichos flujos determinan en el sincrorreceptor un campo resultante de igual magnitud y dirección que el cam ca mpo

resu esultante

del

sincro crotransmisor(c r(con

sentido

opuesto). Por lo tanto el rotor del sincrotransmisor tenderá a orientarse en las direcciones de este flujo y adoptará la posición angular øs, de modo que øe = øs. Concluyendo el sistema es más preciso cuando menor sea sea el par par resis esiste tent nte e del del rotor otor co con n respe espect cto o al par par del del sincr ncrotran transsmisor isor..

Par ara a

mejjor me orar ar

la

sens ensibi ibilida lidad d

suel uele

acoplarse el sincrotransmisor al eje primario a través de un juego de engranajes reductores. reductores. • El Sincroconvertidor Cone Co nect ctan ando do lo loss ar arrrol olla lami mien ento toss esta estató tóri rico coss de un sincrotransformador

a los de un sincrotransmisor se

obtiene el esquema de un sincroconvertidor .

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Figura 5

La posi posici ción ón del del rotor otor del del sinc sincrrotra otrans nsmi miso sorr (eje (eje de mando) es la que se toma como referencia. Cuando el rotor del sincrotransformador (eje controlado) se encuentra en la posición indicada, se dice que el sistema está a cero. Al excit xcitar ar co con n co corrrien riente te al alte terrna el deva devana nado do rotór otóric ico o del del sincrotransmisor se producen los fenómenos anteriormente explicados.

Sin

embargo

ya

que

el

rotor

del

sincrotransformador está dispuesto perpendicularmente a este flujo resultante, no se induce en él ninguna tensión. Esto quiere decir que cuando ambos rotores se hallan en las posiciones relativas mencionadas, la tensión de salida es cero. En el caso del eje controlado se separa de la posición de ce cerro



el ro rotor tor del sincr sincrotr otrans ansfor forma mador dor adopta adoptará rá la

desvia desviació ción n angula angularr øs (véa (véase se la figu figura ra 6) part parte e del del fluj flujo o resultante de S’1, S’2, S’3, cortará las espiras del arrollamiento rotórico, y en los bornes del mismo aparecerá una tensión

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E = E sen øs

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emáxima  øs = 90º Enula  øs = 0º Si øs > 180º  se invierte de fase

De esto podemos deducir que toda desviación angular del rotor con respecto a la posición cero se traduce en una tens tensió ión n rotór otóric ica a de sali salida da prop propor orci cion onal al al seno seno de dich dicha a des desvia iaci ción ón,, he aquí aquí la ra razó zón n por la que se deno denomi mina na sincroconvertidor .

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• El Sincrodiferencial Un

sincrodiferencial pued ueden

emplearse

como

transmisor o como receptor. Bás Básica cam mente ente son de co cons nsttrucc rucció ión n idént déntiica a los anteriormente estudiados si hablamos de las estructuras estatóricas (estator). La únic única a dife diferrenci encia a respe espect cto o a la lass sincromáquinas anteriores se basa en la diferencia en cuanto al rotor . El

rotor está constituido por tres arrollamientos cuyos ejes están desfases 120º entre sí. Los tres extremos interiores están unidos en cortocircuito; los tres extremos exteriores a tres anillos colectores independientes. Sí Conectamos un transmis transmisor or diferencial diferencial de la manera manera indicada en la figura 7:

Figura 8

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Entre un sincrotransmisor y un sincrotransformador  se obtiene el esquema de un sincrotransmisor diferencial y su funcionamiento es el siguiente: Si por el rotor I se mantiene en la posición angular ø 1, induce en el estator

I

tres campos cuya resultante tiene

dir direcció ección n opue opuest sta. a. La Lass co corr rrie ient ntes es or orig igin inad adas as por por ésto éstoss últimos determinan en el estator

II

otros tres campos, cuya

resultante tiene dirección opuesta a la anterior, o sea ø 1. Según la ley de Lenz, el campo inducido en el rotor opondrá al estator Cómo el rotor

II

II

II

se

es decir, tendrá una dirección η + ø1..

se mantiene a una posición angular ø 2 , la

desviación de dicho campo con respecto a la línea de cero del rotor será solamente:

η + ø1 - ø2. y

ø3 = ø1-

ø2.que corresponderá a una línea de cero. Suponemos ahora que el rotor

III

está orientado de

modo exactamente perpendicular a ø3.; La tensión inducida será nula y no habrá, en consecuencia, señal de error. Para una posición cualquiera de ø4.del rotor la señal de salida e será la siguiente: E = E cos (q4 – q3 ) = E cos [q4 – (q1 – q2)

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3.Tipos de comparadores - Introducción

Dentr Dentro o de la tipolo tipología gía de ele elemen mentos tos compar comparado adore res, s, existen unos cuya finalidad es la de efectuar la detección de un desplazamiento muy pequeño, ya sean angulares o bien lineales. En este capítulo se abordarán los más extendidos y utilizados a nivel industrial. - Transformador diferencial lineal

Es un tipo de tra rans nsd duct uctor el elec ectr trom omag agné néti tico co que conv co nvie iert rte e el mo movi vimi mient ento o físi físico co en tens tensió ión n de sali salida da co con n amplitud y fase proporcionales a la posición. • Transductor lineal de movimiento Comp Co mpon onen ente te util utiliz izad ado o en inst instru rume ment ntac ació ión n que que traduce un movimiento rectilíneo (lineal) mecánico en una señal de alterna analógica, que es utilizada como señal ñal de rea eallimentación para co cont ntrrol o presentación. Dispositivo, tipo transformador, en el que un núcleo magnético móvil se desplaza axialmente por el componente móvil que se está monitorizando. Cuando el núcleo se mueve en una dirección, desde el centro de su localización inicial, la tensión de salida está en fase con la de excitación

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y cuando el núcleo se mueve en la dirección opuesta desde el centro, la tensión de salida está desfasada 180º. dif erencial E • Transformador diferencial

For orma ma especi especial al de un transf transform ormado adorr difer diferenc encial ial que emplea un núcleo en forma de E. Está constituido por dos núcleos magnéticos de los cuales el principal tiene forma de E y el secundario es simplemente una barra que efectúa el cierre de circuito magnético.

En cada brazo extremo del núcleo principal se encu encuen entr tra a una una bobi bobina na;; am amba bass bobi bobina nas, s, que son

idén idénti tica cas, s, está están n co cone nect ctad adas as en opos oposic ició ión. n. En el brazo central se ha dispuesto de una tercera bobina a la que se aplica una tensión alterna. 30


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Si el núcleo de cierre está perfectamente cerrado a los barzos extremos, el doble circuito magnético es simé simétr tric ico, o, lo loss fluj flujos os par parcial ciales es idén idénti tico coss y las tens tensio ione ness VAB y VBC induc nduciidas das en las bobi obinas nas laterales iguales y opuestas, con lo cual la tensión de salida es nula. Por el contrario, cuando el núcleo de cierre está desplazado de esta posición en uno u otro sentido, desaparece la simetría, se establece un flujo mayor en el braz brazo o de me meno norr rel eluc ucta tanc ncia ia,, la lass tens tensio ione ness inducidas son distintas, y a la salida aparece una tensión VAB -VBC con un sentido o polaridad y un mód mó dulo ulo o valo valorr. Este Este valo valorr es propor oporci cion onal al a la desviación del núcleo de cierre con respecto a su posic osiciión de ce cent ntra rad do. En ca cam mbio la pol olar arid idad ad obviamente

depende

del

sentido

de

dicha

desviación. Una

posible

utilidad

de

este

elemento

comparador sería la de traducir o transformar un pequeño desp despla lazam zamie ient nto o en una una seña señall eléc eléctr tric ica. a.

Aplicada est esta señal ñal de er errror a un servomotor adecuado, puede conseguirse que el sistema vuelva a las condici condicione oness desead deseadas. as. Para consegu conseguir ir dicha dicha tarea, el compilador deberá ser de una construcción muy detallada para que la eficiencia sea máxima.

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El cir circuito cuito ma magn gnét étic ico o debe debe ser ser perf perfect ectam amen ente te simétrico, y las dos bobinas inducidas deben poseer el mismo número de espiras e igual resistencia.

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A continuación observe las gráficas en función de la de la situación del secundario.

- Medidor de deformación (Extensímetro)

Propo oporcio cionan nan un métod étodo o par ara a gener enerar ar una una señal eñal eléctrica

que

es

exactamente

proporcional

a

los

movimiento movimientoss mecánicos mecánicos extremada extremadamente mente pequeños. pequeños. Este medidor funciona basándose en que la resistencia de hilo depe depend nde e de su lo long ngit itud ud y de su diám diámet etrro, así así co como mo la resistividad de su material. Cuando un hilo está estirado, su longitud aumenta y su sección disminuye, de lo que resulta un aumento de la resistencia. Si la atracción no es excesiva, el al alam ambr bre e rec ecup uper era a su lo long ngit itud ud,, secc secció ión n y resis esiste tenc ncia ia originales cuando cesa la fuerza de tracción. En el tipo de hilos fijados a la pieza en ambas caras de una placa de material flexible hay tendido bajo tensión un hilo fino contorneando espigas salientes fijadas a la base. EL hilo está pegado sobre la pieza en ambas caras de ésta y 33


en

las

dos

son

iguales

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longitudes

de

hilo.

En

func funcio iona nami mien ento to,, la unid unidad ad,, se suje sujeta ta a una una estr estruc uctu tura ra mecánica en la que tienen lugar pequeños esfuerzos de flexió flexión. n. La variac variación ión de la re resis sisten tencia cia es propo proporc rcion ional al al ángulo de flexión o curvatura. Cuand uando o no está está la base ase fle flexibl ible a curv curvat atur ura, a, las resistencias de las longitudes de hilo son iguales en ambas caras de la base. SI la base se dobla longitudinalmente en cualquier cualquier sentido, sentido, el hilo resulta resulta sometido sometido a un esfuerzo esfuerzo de tracción mayor en una de las caras de la placa que en la otra. Esto hace que la resistencia del hilo de una cara aumente y disminuya la del hilo de la otra cara. - Comparador Capacitivo

Este

tipo

de

comparador

se

representa

esquemáticamente en las siguiente figura:

Se compone en esencia de un condensador, una de cuyas armaduras está formada por dos placas, a y b que alimentan con AC y en oposición de fase; la otra armadura, 34


Tema 67

c, va unida unida a uno de los bornes de salida. Mientras Mientras la placa intermedia, d, permanece centrada con respecto a ambas armaduras, las dos cargas que aparecen en c son iguales y de sentido opuesto y, por tanto, la señal de salida es nula. El desplazamiento de d hacia uno u otro sentido destruye este equilibrio y origina una tensión de salida variable con la magnitud del otro. Este elemento es de pequeñas dimensiones y pequeño peso peso.. Co Con n la fina finali lida dad d de aume aument ntar ar su sens sensib ibil ilid idad ad se emplean

frecuencias

de

alimentación

elevadas,

normalmente de 1 MHz. - Comparador Silverstad

Este comparador se basa en el desequilibrio creado en una de las ramas de un puente de Wheatstone. El puente puede alimentarse con AC o DC, según la naturaleza de error deseada. Las resistencias del puente están calculadas de forma que, cuando la espiga móvil está centrada, existe equilibrio, es decir, la tensión de salida es cero. A medida que la espiga se va desplazando en uno u otro otro sent sentid ido o pone pone suces sucesiv ivam ament ente e en co cort rtoc ocir ircu cuit ito, o, por por medio de láminas de contacto, una porción creciente de resistencia en una de las dos ramas variables del puente. Cuanto mayor es la desviación de la espiga, tanto mayores son el desequilibrio del puente y la tensión de salida. Con un dispositivo de esta naturaleza

pueden

dete detect ctar arse se dire direct ctam amen ente te desp despla lazam zamie ient ntos os del del or orde den n de 0.1mm. Utilizando una amplificación mecánica conveniente,

35


Tema 67

es posi posibl ble e aume aument ntar ar la prec precis isió ión n a desp despla laza zami mient entos os de 0.01mm.

36


Tema 67

- Comparador Electromágnetico

El funcionamiento se basa en el cambio de reluctancia que experimenta un circuito magnéti ético al variar su entrehierro por desplazamiento de una armadura polar de cierre. Esta armadura polar es solidaria de la parte móvil cuyo desplazamiento quiere detectarse. El reto del circuito es fijo.

- Comparadores Fotoeléctricos

Estos comparadores se basan en el empleo de fotocélulas, que pueden ser conductivas o resistivas

CONDUCTIVAS: La incidencia de un haz luminoso provoca la gene genera raci ción ón de una una tens tensió ión n el eléc éctr tric ica a prop propor orci cion onal al a la intensidad del mismo ( son de Selenio). RESISTIVAS: No se genera tensión alguna, pero la resistividad del mate ma teri rial al sens sensib ible le que que las las co comp mpon one e varí varía a en prop propor orci ción ón inversa a la intensidad de la luz incidente. (son de sulfuro de Cadmio). Estos Estos compar comparado adore ress pueden pueden ser de traslación y de rotación. Van provistos de dos células fotoeléctricas.

El func funcio iona nami mien ento to bási básico co es el de que que mien mientr tras as el sist sistem ema a es simé simétr tric ico, o, am amba bass cé célu lula lass rec ecib iben en la mism misma a intensidad luminosa y generan señales eléctricas iguales. Al

37


Tema 67

produ producir cirse se una desvia desviació ción n dicho dicho equili equilibri brio o desapa desaparec rece e y cada célula genera una señal de distinto nivel.

38


Tema 67

4.Generadores tacométricos - Concepto de Dinamo Tacométrica

El dispositivo más común que se utiliza para medir la velocidad

analógica

es

el

tacómetro

o

dinamo

tacométrica, que co con nvier ertte velocidad angular en un voltaje cuya magnitud y signo (o fase) varían casi linealmente con la magnitud y dirección de la velocidad angular aplicada. Ç

- Función

comparadora

de

un

dinamo

tacométrica Son Son má máqu quin inas as eléct eléctri rica cass que que sumi sumini nist stra ran n tant tanto o en vacío

c om o

en

carga,

una

tensión

exactamente

prop propor orci cion onal al a la velo veloci cida dad d de gir giro. Esta Esta ca cara ract cter erís ísti tica ca esen esenci cial al perm permit ite e util utiliz izar arla lass para para dete detect ctar ar en cual cualqu quie ierr momento o instante el número de revoluciones del sistema sometidas a regulación. Basta para ello con acoplar directa o indirectamente la dinamo tacométrica sobre el eje de la máquina en cuestión 

39

Elementos comparadores en los circuitos de control 

Tema 67

V bornes (señal al de tens tensió ión n que apar aparec ece e entr entre e sus bornes (señ

born bornes) es),, fluctú fluctúa a con cuyas

variante ntes

electrica



son

v rot (velocidad d de rotación) rotación),, rot (velocida

traducid cidas



Magnitud

para ser comparadas con la V ref ref (señal de

referenc¡a).

40


Tema 67

- Clases de dinamos tacométricas

Un gene genera rado dorr taco tacomé métr tric ico o o dina dinamo mo tac acom omét étri rica ca pued puede e co cons nstr trui uirs rse e para para CD y CA ( co corr rrie ient nte e co cont ntin inúa úa y alterna respectivamente). Los generadores tacométricos de CD: Van

provi ovistos tos de

colector ,

que ya proporciona

dir direc ecttam amen ente te la co corrrien rientte co cont ntin inúa úa nece necessar aria ia par ara a la regulación. Los generadores tacométricos de CA: Poseen

un

sistema

rectificador

situado

inmedi ediatamente tras la salida de la tens ensión alterna inducida. Un Tacómetro es bási ásica came ment nte e un gener enerad ador or de voltaje, especialmente diseñado para producir una salida de volt voltaj aje e que que varí varía a line lineal alme ment nte e co con n la velo veloci cida dad d del del ej eje e aplicada. Un tacómetro de CD produce un voltaje de salida CD co con n una una frec frecue uenc ncia ia de ondu ondula laci ción ón supe superp rpue uest sta a que que aumenta con la velocidad angular aplicada. La ondulación es provocada por el efecto de conmutación de los colectores (conmutadores) que se utilizan en generadores de CD. Este efecto se minimiza maximizando el número de barras (delgas) del colector, y el voltaje de ondulación se puede mantener sin dificultad en un pequeño porcentaje del voltaje de salida de CD.

41


Tema 67

Invirtiendo la dirección de rotación, también se invierte la polaridad del voltaje CD. Aunque la velocidad mínima 3especificada es de 600 rpm, el tacómetro de CD opera a velocidades menores. Los tacómetros de CD se especifican como lineales en un intervalo de rpm limitado aunque funcionarían en todas las velocidades desde

cero

hasta

alguna una velocidad

relativamente alta. Los tacómetros de inducción de CA bifásicos tienen rendimiento restringido por límites de velocidad superior, dep dependi endien endo do de la frec frecue uenc nciia de volt voltaj aje e super uperiior de excitación aplicado. La salida de un tacómetro de inducción de CA bifásico es un voltaje sinusoidal en fase con el voltaje de refer eferen enci cia a para para una una vel veloc ociidad ang angular ular posi ositiva tiva y desfasado 180º para una velocidad angular negativa. Una Una velo veloci cida dad d angu angula larr posi positi tiva va suel suele e sign signif ific icar ar una una rotación antihoraria, vista desde el extremo del eje, aunque también se utiliza la definición inversa (horaria = positiva). La magnitud de esta salida de voltaje CA varía con la magnitud de la entrada de velocidad pero, a diferencia de lo que ocurre en los generadores de CA ordinarios, la frec frecue uenci ncia a de sali salida da del del tacó tacóme metr tro o de indu inducci cción ón de CA bifásico es constante. Para minimizar el desfasamiento entre el voltaje de refer eferencia encia y el de sali salida da,, la má máxi xima ma velo veloci cida dad( d(rp rpm) m) del del tacómetro de CA debe ser mucho menor que la velocidad

42


Tema 67

sincrónica correspondiente a la frecuencia de excitación, a fin de preservar la relación de fase de 0 a 180º.

43


Tema 67

- Características del tacómetro de CA

1. El tacó tacóme metr tro o de CA es un disp dispos osit itiv ivo o de indu inducc cció ión n bifásico sin anillos colectores ni conmutador, y libre de chispas. La armadura de cápsula no magnética rotatoria es de metal sólido y hueca 2.

El tacómetro de CA requiere excitación en una fase, con un voltaje de referencia VR de amplitud rms A (volts) y frecuencia f (hertz) ft VR = A√ 2 sen 2π ft

Habitualmente f = 60 60 o 4 400 00 Hz y A = 155 V rms 3.

El voltaje de salida de, un tacómetro de inducción de CA bifásico es de frecuencia constante f igual a la frecuencia de excitación a cualquier velocidad del eje. En el intervalo de velocidad lineal útil, el voltaje de salida está en fase con el voltaje de referencia en una dirección de rotación del eje, y desfasado 180º en la dirección de rotación contraria.

4. El intervalo de velocidad lineal útil de los tacómetros de CA con frecuencia de excitación de 60 Hz varía de aproximadamente 500 a 1.800 rpm; 1.800 rpm es la mitad de la velocidad sincrónica correspondiente correspondiente de 60 ciclos/s X 60 s/min = 3.600 r/min. En el caso de los tacómetros de CA con excitación de 400Hz, el intervalo citado varía de 500 a 12.000 rpm pero suele especificarse como 500 a 6.000 rpm. Esto permite una

44


Tema 67

menor desviación del desfasamiento y por tanto eleva la exactitud. - Características del tacómetro de CD

1. El tacómetro de CD es un generador de CD en miniatura, que suele contener un campo magnético permanente. La armadura giratoria consta de un núcleo de hierro arrollado con muchos devanados que terminan en un colector (conmutador) cilíndrico gira girato tori rio o mult multis iseg egme ment ntad ado o. Ca Cada da deva devana nado do es terminado por dos barras o delgas de colector, por lo general de cobre. Habitualmente los devanados est están interconecta ctados en un patrón de cic ciclo cerrado, que se denomina devanado imbricado u ondulado. Las conexiones deslizantes estacionarias al colector giratorio segmentado de cobre suelen construirse con carbón comprimido y se denominan escobillas de carbón. 2.

A diferencia de un tacómetro de CA, el de CD no requiere voltaje de excitación ni entrada de energía cuando se construye con un campo magnéti ético permanente. El imán permanente suele ser de álnico álnic o ( una aleación de metales), que puede producir una densidad de flujo magnético hasta de 1 T = 1 Wb/m 2 = 10.0 10.000 00 gaus gauss. s. Co Como mo punt punto o de co comp mpar arac ació ión, n, el campo

magnético

de

la

Tierra

es

de

aproximadamente 0,7 gauss.

45


Tema 67

3. El volt voltaj aje e de sal alid ida a de un tacó tacóm metr etro de CA es posi positi tivo vo en una una direc irecci ción ón de rotac otació ión n del del ej eje e y negativo en la dirección contraria. EL voltaje de CD está

sujeto

a

una

pequeña

ondulación

que

representa cuando mucho un pequeño porcentaje de la salida de CD, en el caso de un tacómetro típico. La frecuencia de la componente de voltaje de ondulación aumenta linealmente con la velocidad de eje. La salida de voltaje de CD está dada por la siguiente ecuación Vsal = K 1 ω Donde

ω = velocidad del eje, rad/S K 1

=

constante, V/rad/s ( valor típico : K 1 =

0.06 V/rad/s)

4. El intervalo de velocidad de operación lineal (+/- 3% calida

promedio,

+/-

1/3%,

buena

calidad),

habitualmente va de varios cientos a varios miles de revoluciones por minuto. No exist xiste e un lími límite te supe superi rior or fund fundam amen enta tall par ara a el intervalo de velocidad de velocidad de un tacómetro de CD, como lo hay para una tacómetro de CD, como lo hay para un tacómetro de CD. Los diversos problemas que pueden 46


Tema 67

presentarse con los materiales limitan la velocidad de los tacómetros de CD.

La siguientes figuras ilustra las características de los tacómetros de CA y CD:

47


Figura 9

Figura 11

Tema 67

Figura 10

Figura 12

Figura 13 Figura 14

48


Tema 67

Figura 15

- Explicación de los gráficos

Las figuras a) y d) son tacómetros de CD con campo magnético magnético permanent permanente, e, ω = dθ/dt /dt = velo veloci cida dad d angu angula lar, r, rad/s. Si la dirección de ω se invierte, la polaridad de V sal se invierte. Vsal = K 1 ω en la región lineal, V CD, donde K 1 = cte del tacómetro = V/rad/s; valor típico 0.06 V7rad/s. La figura a) Esbozo generalizado La figura b) Esquema eléctrico La figura c) Voltaje de ondulación, máximo a 4.000 rpm u ω = 4.000 x 2π 2π/60 rad/s. La figura d) Vsal V/s rpm Las figuras e) y h) Tacómetro de CA , que requiere una referencia de CA, Vent, normalmente 115V rms a 60 o 400

49


Tema 67

Hz. Por tanto, Vent = 115 √2 sen (2π (2π60t) o bien 115 √2 sen (2π (2π400t). EL voltaje de salida, V sal, está dado V sal = K 2 Vent ω = K 3 ω en la región lineal. Observe que ω, la velocidad angular, modula la amplitud de V ent pero no cambia la fase o la frecuencia. Cuando ω se invierte, Vsal experimenta un cambio de fase de 180º. Un valor común de K 3 es 6.5 V/1.000 rpm x 60/2π 60/2 π = V/r/s. El ángulo de fase de V sal se mide con respecto a Vent. La figura e) Esbozo generalizado La figura f) Esquema eléctrico. La figura g) Vsal (t), máximo y mínimo, Vrms = 6.5V/1.000 rpm x 1.750 rpm = 11.375 V, V p = √2 Vrms = 16.08 V

50


Tema 67

5.El potenciómetro como elemento de control. Tipos

-

Definición de potenciómetro como elemento

Instrumento de medida de precisión empleado para comparar directa y exactamente mediante una técnica de anul anulac ació ión n

de

tens ensiones ones

cont co ntin inua uass

desc esconoc onociidas das

con co n

tensiones derivadas de una referencia. Tipo de reostato consistente en una resistencia entre dos terminales fijos y un tercer terminal conectado a un braz brazo o de co cont ntac acto to vari variab able le,, em empl plead eado o co como mo co cont ntrrol de volumen, etc. - El potenciómetro como elemento de control

Los potenciómetros o divisores de tensión adoptan un papel muy concreto, como como comparador, en los circuitos de control. El potenciómetro es una resistencia que dispone de un contacto deslizante que se mueve a lo largo del elemento resistivo. Podemos

diferenciar

dos

tipos,

según

sea

el

movimiento: - Rotación - Translación

Normalmente se utilizan los de rotación, cuyo funcionamiento es que a medida que realizamos un movi mo vimi mien ento to de ro rota taci ción ón sobr sobre e un eje eje la resis esiste tenci ncia a 51


Tema 67

varí varía; a; de ahí ahí vien viene e el sinó sinóni nimo mo de poten otenci ciom omet etrro, resistencia variable, ya que la resistencia cambia su

valor en función del desplazamiento de un eje si es rotacional o de un cursor si es transversal. A co cont ntin inua uaci ción ón se mues muestr tran an los esqu esquem emas as físi físico co y eléctrico (simbología) de un potenciómetro:

Un potenciómetro se denomina lineal si la resistencia por unidad de longitud es contante.

52


Tema 67

De la segunda figura:

(R/RT) = (Ø / ØT)

(ec. 1)

ya que existe una relación entre el ángulo de giro en un instante con el valor de resistencia del potenciómetro en ese instante. Cómo Có mo la tens tensió ión n en born bornes es del del pote potenc nció ióme metr tro o está está relacionada

con

el

valor

de

resistencia

del

potenciómetro  de todo esto podemos deducir que: Sí

(Eo / Ei) = (R / R T)

De la (ec. 1) se puede deducir que

Ø = (Eo / Ei) ØT O lo que los mismo, que la tensión de salida o de contacto Eo es proporcional al cociente del ángulo án gulo de giro:

Eo = (Ø / ØT) Ei circuitos tos de control control Los potenciómetros de los circui

son

especiales ya que requieren una gran precisión, con poco par par de rozam ozamie ient nto o (par (para a dism dismin inui uirr el posi posibl ble e er errror por por desgaste) y con un período de “vida” bastante largo. Por ello los potenciómetros tienen que ser una naturaleza en la que los materiales sean más resistentes y precisos que los 53


Tema 67

que se utilizan para fabricar los típicos potenciómetros de circuito impreso impreso de uso común. - El potenciómetro como elemento de control - De grafito - De película moldeada - De plástico moldeado - De resistencia bobinada - De arrollado por núcleo cilíndrico

Los más utilizados como elemento comparador en los circuitos de control son ç • los de arrollado por núcleo cilíndrico. Se fabrican con una gran variedad de valores de resistencia y de potencia. • Otro tipo utilizado es el de película moldeada por un resistivo, metálica metálica o de carbón, sobre un material resistivo,

sopo soport rte e ai aisl slan ante te.. Co Como mo el co cont ntac acto to desl desliz izan ante te se mueve sobre una superficie relativamente plana y lisa, el rozamiento y desgaste son inferiores a los de hilo arrollado,

haciéndolos

más

duraderos.

Un

inconveniente es que son muy caros, no son fiables al sufrir cambios de temperatura ya que hacen variar el valor óhmico de la resistencia (muy sensible a la Tª) y finalmente, aguantan poca potencia.

54


Tema 67

forma a físic física a) desc El poten otenci cióm ómet etrro de la fig figura ura (form descri rito to

anteriormente, el ángulo de rotación real difiere del ideal (360º) es ligeramente inferior, aún sabiendo que puede dar vuel vuelta tass ente entera ras, s, si neces necesit itam amos os un pote potenci ncióm ómet etrro muy muy preciso podemo sola vuelt vuelta a ya que su podemoss utiliz utilizar ar de una sola

diámetro va desde 0,5 a 5 pulgadas o más. Piensa que a medida que aumenta el diámetro de un potenciómetro de vuel vuelta ta únic única a se me mejo jora ra la prec precis isió ión n debi debido do a la ma mayo yorr longitud del elemento resistivo. resistivo. Normalmente se fabrican de 3,5 o 15 vueltas. El eje de un pote potenc nció ióme metr tro o de vari varias as vuel vuelta tass no pued puede e mo move vers rse e continuamente en un mismo sentido y ha de disponer de unos topes mecánicos.

En un pote potenc nció ióme metr tro o lineal , la precisión la mayor desviación se produce en los finales de carrera, allí donde la resistencia cia ent entre el conta ntacto móvil y el terminal se incr increm ement entad ada a por por una una resis esiste tenc ncia ia adic adicio iona nall de fina finall de carrera. Al espe especi cifi fica carr la prec ecis isió ión n de un poten otenci cióm ómet etro ro lo loss constructores

definen

la

denominada

linealidad

independiente (desviaci (desviación ón máxima máxima de la caracterís característica tica rea reall

respecto a la línea recta que mejor sigue la característica, expresada expresada en forma de porcentaje de la resistencia total del dispositivo)

55


Tema 67

línea recta recta no es necesario que pase por el Como la línea

origen, se obtiene mejor valor en la linealidad. La tolerancia de

line lineal alid idad ad,

normalmente

mejora

al

aumentar

la

resis esiste tenc ncia ia del del el elem emen ento to,, el diám diámet etrro y el núme númerro de vueltas. Los valores más usuales son de 0.1 a 1.0% para los potenciómetros de una sola vuelta, y de 0.01 a 0.1% para los de varias vueltas. En cuanto a la tensión de salida de un potenciómetro continuo varía de forma continua y gradual a medida que varía el ángulo del eje  Eo = f(ø)

56


Tema 67

En re real alid idad ad los los pote potenci ncióm ómet etro ross co con n hilo hilo ar arro roll llad ado, o, la tensión va variando de manera discontinua y escalonada a medi me dida da que que el co cont ntac acto to desl desliz izan ante te salt salta a de una una o otra otra espi espira ra.. Por ejem ejempl plo o si la re resi sist stenc encia ia tien tiene e 1000 1000 espi espira rass sobre el mandril, la tensión variará efectuando 1000 saltos para una variación total de la posición del eje. Cada salto representará un 0.1% de la variación total (conocida como resoluc resolución ión del potenc potencióm iómetr etro o) y se refiere a dichos

incrementos discontinuos.

% de resolución = (100 / número de espiras) Se obtiene una mejor resolución con un alambre fino y de elevada resistencia, de muchas espiras, como ocurre en los potenciómetros de varias vueltas. Los potenciómetros de alam alambr bre e

arrol rrolla lado do

nor norma malm lmen entte

propor oporci cion onan an

una una

resolución de 0.001 a 0.1%. Los potenciómetros peculiares no presentan saltos y tienen prácticamente una resolución de cero.

57


Tema 67

La resolución de un pote potenci ncióm ómet etro ro es impo import rtan ante te en servomecanismos porque determina un valor mínimo en la

señal de error. Si la señal de error es demasiado grande, el sistema

puede

tender

a

oscilar

entre

dos

espiras

adyacentes, provocando un desgaste en dicho punto.

Al principio se ha supuesto que no se absorbe corriente a través del contacto deslizante. En la práctica, la tensión de salida del potenciómetro debe aplicarse a una impedancia de carga, tal como la entrada tal como la entrada de un amplificador, esto quiere decir que se presenta un efecto de carga debido a la intensidad que pasa por ella. La figura anterior lo ilustra, la intensidad que circula por la resistencia de carga (RL) provoca una caída de tensión y eso hace que reduzca la tensión de salida (Eo), de forma lineall. Obs que se obtie btiene ne una for forma no linea Obser erv ve co com mo la

58


Tema 67

desviación respecto de la linealidad depende de la posición del contacto deslizante y del valor de la carga. Con el contacto móvil en una determinada posición, la resistencia R que representa un potenciómetro cargado es: R = (1 - £) Rp + [(£RpRL) / (RL + £Rp)] Donde

Rp = resistencia total del potenciómetro RL = resistencia de carga £ = ( ø / øT ) posición angular definida por la situación del contacto móvil Puesto que la corriente (I) que pasa por el potenciómetro vale I

= (Ei / Ri)

Podemos expresar la tensión de salida como:

Eo = I [(£RpRL)/(RL + £Rp)] Y sabiendo que I = (Ei/R), sustituyendo la expresión de R calculada anteriormente obtendremos la Eo final:

Eo = (£Ei) / ( 1 + £(1 - £) Rp / Ri

59


Tema 67

- Potenciómetro de INDUCCIÓN

Un potenciometro de inducción produce una salida de voltaje de CA intervalo angular de menos de 180º. En la siguiente figura se muestra el diagrama esquemático de un potenciometro de inducción

60


Tema 67

La dife diferrenci encia a prin princi cipa pall entr entre e lo loss poten otenci ciom omet etrros de inducción y un resolvedor es que la salida del segundo varía como el seno (o coseno) c oseno) de un ángulo. Los devanados de un potenciometro de inducción no están espaciados de manera unifor uniforme me,, sino sino que están están distr distribu ibuid idos os en forma forma irre irregul gular ar para cancelar la variación sinusoidal de voltaje inherente que produce una bobina que gira en un flujo magnético uniforme. Ventajas: • No tienen contactos deslizantes o de frotamiento, por lo que experimentan muy poco desgaste • Por la razón azón ant anter eriior , produc oducen en un mom omen ento to de tor orssión fri fricci ccional onal muy muy baj ajo, o, y por el elllo se puede ueden n utilizar

en

aplicaciones

en

que

son

tolerables

momentos de torsión de carga mínimos Su resolución angular es teóricamente infinita. Desventajas: • Están limitados a un intervalo como mucho de 180º 0 +y – 90ºy suelen se lineales en un intervalo menor.

61


Tema 67

6.Resumen de conceptos - COMPARADOR

1. Circu ircuiito que co com mpar ara a dos seña señale less y sumi uminis nistra tra una indicación de su concordancia o desacuerdo 2. Disposit Dispositivo ivo que compara compara la igualdad entre entre 2 entradas. entradas. Un tipo de ellos compara tensiones y da una de estas 3 sali salida dass (<, = y >). Un tercer tipo co com mpara fase y frecuencia y da una tensión variable dependiente de las relaciones entre las entradas 3. Ci Cirrcuit cuito o que que co comp mpar ara a dos dos seña señale less y prop propor orci cion ona a una una señal <> 4. Dispo Disposi sitiv tivo o activo activo que compar compara a dos señales señales difer diferente ente y propo proporc rcion iona a una salida salida cuando cuando éstas éstas difier difieren en en fase, fase, frecuencia, tensión o nivel de potencia 5. Circuito que evalúa una parámetro de salida para determinar si est está por debajo de algunos nos límites predeterminados - DINAMO

6. Normalm Normalmente ente llamado generador generador.. Máquina Máquina que convierte convierte la energía mecánica en energía eléctrica por inducción electromagnética 7. En terminolog terminología ía precisa, precisa, generador generador de corriente corriente continúa continúa en oposición al alternador, que genera corriente alterna - DINAMÓMETRO

62


Tema 67

1. Inst Instru rume ment nto o en el que que la fuerza fuerza entr entre e una una bobi bobina na fija fija y otra tra mó móvi vill propor oporci cion ona a una una medi edida de co corrrie ient nte e o potencia 2. Equipo Equipo diseñado diseñado para medir medir la potencia potencia de salida salida de una máquina giratoria, determinando la fricción absorbida ab sorbida por un freno de mano que se opone a la rotación - DINAMOTOR

Tam Tambi bién én llam llamad ado o co conv nver erti tido dorr rotat otativ ivo o o inve invers rsor or síncr síncrono ono.. Dispos Dispositi itivo vo girat giratori orio o para para cambia cambiarr una tensi tensión ón continúa con dos o más arrollamientos de inducido y un conjunto común de polos de campo. Un inducido recibe la DC y gira (opera con un motor) mientras que el otro genera la tensión requerida (opera como una dinamo o generador) - TRANSFORMADOR TIPO E

For orma ma espe especi cial al de un tran transf sfor orma mado dorr dife difere renci ncial al que que emplea un núcleo en forma de E. Los devanados secundarios del transformador están arrollados sobre las partes externas de la E y el devanado primario está en la parte central - COMPARADOR SILVERSTAT

Disposición de contactos colocados muy próximo próximo entre sí. A veces se usa como dispositivo paso a paso para desequilibrar las ramas de un puente de resistencias - SINCRO

63


Tema 67

Apar Aparat ato o seme semeja jant nte e a un pequ pequeñ eño o mo moto tor, r, co con n rotor otor y estator y capaz de transforman una posición angular de entrada en una salida eléctrica. Un sincro proporciona indicación mecánica de la posición de su eje como resultado de una entrada de tipo eléctrico, o da una salida eléctrica que representa a una cierta función del desplazamiento angular de su eje. Tales componentes son básicamente transformadores variables y también se les llama sincro. Si el rotor de un sincro gira



origina una

cambio en sus tensiones de salida. - FOTOELÉCTRICO

Perteneciente a los efectos eléctricos de la luz o de otras radiaciones sobre un material (por ejemplo, la emisión de electrones, la generación de una tensión, o el cambio en la resis esiste tenc ncia ia el eléc éctr tric ica a cuan cuando do se el expon xpone e a la luz. luz. Los fotoelectrones son los electrones emitidos por un metal por efecto fotoeléctrico. - ELECTROMÁGNETICO

1. El que tiene propied propiedades ades eléctricas eléctricas y magnéticas magnéticas 2. Per erte tene neci cien ente te a los los ca camp mpos os eléc eléctr tric icos os y ma magn gnét étic icos os mutuamente nte

perpendiculares

asociados

con

el

movimiento de electrones a través de una conductor como un electroimán.

64

Tema 67

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