controlador factor de potencia
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Ministerio de Educación
Gerencia Regional de Educación de Junín
Unidad de Gestión Educativa Local – Huancayo
CENTRO DE EDUCACION TECNICO PRODUCTIVA
“HUANCAYO”
R.D. 0634 - 2005
ELECTRICIDAD - ELECTRONICA
ASESOR: PROF. RICHARD LAUREANO MOLINA
ESTUDIANTES:
LEON ALBINO SAMUEL RICARDO COZ CARHUAMACA LUIS VERASTEGUI PEREZ JAVIER MITCHELL
HUANCAYO – PERÚ
2015
CONTROLADOR DEL FACTOR DE POTENCIA
CAPÍTULO I
CONTROLADOR DEL FACTOR DE POTENCIA
1.1 Resumen.
La mayoría de las cargas y equipos de un sistema eléctrico industrial por ejemplo, líneas
motores y transformadores son de naturaleza inductiva, por lo tanto operan con un factor
de potencia bajo (menor a 0.9), cuando el sistema opera con un factor de potencia bajo
requiere un flujo adicional de potencia reactiva, presentándose una reducción de la
capacidad, un incremento de pérdidas y caída de tensión en el sistema. Ante los
problemas mencionados, los procesos en la industria tienen la necesidad de
mejorar el factor de potencia.
La mejora del factor de potencia ayuda a disminuir las capacidades térmicas de los
transformadores y conductores, reducen las perdidas en las líneas, las caídas de
tensión y por ende el ahorro energético. Existen varias maneras de lograr este propósito,
una de ellas es la aplicación de controladores de factor de potencia.
Considerando esta situación, se ha visto conveniente la implementación de un módulo de
laboratorio de control de factor de potencia, con el fin de que los estudiantes puedan
fortalecer los conocimientos teóricos adquiridos en las aulas y aplicarlos en el
laboratorio.
Problema
El control automático de los procesos en la actualidad es una disciplina que se ha
desarrollado con una velocidad igual a la de la tecnología, la misma que tiene avances
día a día; una de las razones por las que las empresas dudan mucho en automatizar sus
procesos, es que los dispositivos que ofrecen este beneficio tienen costos
elevados, por lo que tienen la necesidad de buscar alternativas que les proporcionen los
mismos beneficios y características a un costo módico, la aplicación del controlador del
factor de potencia en los procesos de la industria representa algunas ventajas para las
empresas que deciden hacerlo una de ellas es el ahorro en el consumo de energía, el
mismo que se ve reflejado en la economía de las mismas.
1.2 Objetivos.
El principal objetivo del presente proyecto es aprovechar las ventajas que proporcionan los
controladores de factor de potencia, y conocer las posibilidades que brindan dichos
dispositivos para reducir costos en varios aspectos en la industria; además de poder controlar
el factor de potencia a voluntad de las necesidades que se presenten en un proceso, y
ofrecer la oportunidad de implementar equipos y materiales didácticos en el laboratorio de la
especialidad de Electricidad – Electrónica.
Por lo cual se presenta un prototipo como parte de prueba para verificar el
comportamiento y la utilización en las industrias.
El diseño y construcción del módulo de laboratorio con controlador de factor de potencia,
cumple las siguientes características:
Fácil construcción.
Bajo costo de fabricación.
Tiempo de fabricación mínimo.
Prolonga la vida útil de la maquinaria a la que esté acoplado.
Ahorrar costos en consumo energético de procesos.
Aumentar la precisión de control en diversos dispositivos como sistemas de bombeo,
ventiladores, compresores, etc.
Disminuir los costos de mantenimiento y reparación de dispositivos y equipos.
Las características mencionadas permiten demostrar que para cumplir las metas propuestas y
dar solución a los problemas de una forma rápida y confiable no se necesitan recursos
exorbitantes para lograrlo, una de las principales preocupaciones o inconvenientes reales
que presentan las empresas o industrias es que necesitan obtener un ahorro energético
en sus procesos, el mismo que al final se ve reflejado en la economía de la empresa
principalmente, y además en el rendimiento de las máquinas y calidad de los productos.
La implementación de módulos didácticos en el laboratorio contribuye al fortalecimiento de
los conocimientos teóricos adquiridos por los estudiantes en las aulas y aplicarlos en
las industrias; además de brindar la oportunidad de contar con recintos equipados con
tecnología se están utilizando, situación que permite a los educandos adquirir destrezas
en el manejo de dichos elementos.
1.3 Objetivos.
1.3.1 Objetivo general.
Diseñar y construir un módulo de control de factor de potencia y determinar el ahorro
energético.
1.3.2 Objetivos específicos.
Conocer la estructura y características de controladores de factor de potencia.
Analizar las ventajas y desventajas de su uso.
Comprobar que con la aplicación de un controlador de factor de potencia a un
sistema, se consigue un ahorro energético.
Diseñar el módulo de controlador de factor de potencia para optimizar el suministro
de energía eléctrica de un sistema y ahorro energético que representa la aplicación
del mismo.
Realizar el montaje y pruebas de funcionamiento del módulo.
Elaborar guías de laboratorio para el manejo y programación del control de
factor de potencia.
CAPÍTULO II
MARCO TEORICO
El factor de potencia se define como el cociente de la relación de la potencia activa
entre la potencia aparente; esto es:
FP = P S
Comúnmente, el factor de potencia es un término utilizado para describir la cantidad de
energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.
El valor ideal del factor de potencia es 1, esto indica que toda la energía consumida
por los aparatos ha sido transformada en trabajo.
Por el contrario, un factor de potencia menor a la unidad significa un mayor consumo de
energía necesaria para producir un trabajo útil.
Potencia Activa
La potencia efectiva o real es la que en el proceso de transformación de la energía
eléctrica se aprovecha como trabajo.
Unidades: Watts
(W) Símbolo: P
Potencia Reactiva
La potencia reactiva es la encargada de generar el campo magnético que requieren
para su funcionamiento los equipos inductivos como los motores y transformadores.
Unidades: VAR
Símbolo: Q
Potencia Aparente
La potencia aparente es la suma geométrica de las potencias efectiva y reactiva; es
decir:
Unidades:
VA
Símbolo: S
TRINGULO DE POTENCIAS
P = Cos Ø
S
Por lo tanto:
FP =Cos Ø
El Angulo Ø en electrotecnia, nos indica si las señales de voltaje y corriente se
encuentran en fase.
Dependiendo del tipo de carga, el factor de potencia (FP =Cos Ø) puede ser:
• adelantado
• retrasado igual a 1
Tipos de cargas
Cargas Resistivas
En las cargas resistivas como las lámparas incandescentes, el voltaje y la corriente
están en fase.
En este caso, se tiene un factor de potencia unitario.
Cargas Inductivas
En las cargas inductivas como los motores y transformadores, la corriente se
encuentra retrasada respecto al voltaje.
En este caso se tiene un factor de potencia retrasado.
Cargas Capacitivas
En las cargas capacitivas como los condensadores, la corriente se encuentra
adelantada respecto al voltaje. Factor de potencia adelantado.
Diagramas fasoriales del voltaje y la corriente
Según el tipo de carga, se tienen los siguientes diagramas:
Causas del Bajo Factor de Potencia
Para producir un trabajo, las cargas eléctricas requieren de un cierto consumo de
energía, cuando este consumo es en su mayoría energía reactiva, el valor del
ángulo se incrementa y disminuye el factor de potencia.
Factor de potencia vs ángulo Ø
Problemas por bajo factor de potencia
Problemas técnicos:
• Mayor consumo de corriente.
• Aumento de las pérdidas en conductores.
• Sobrecarga de transformadores, generadores y líneas de distribución.
• Incremento de las caídas de voltaje.
Problemas económicos: • Incremento de la facturación eléctrica por mayor consumo de corriente.
• Penalización de hasta un 120 % del costo de la facturación.
Beneficios por corregir el factor de potencia Beneficios en los equipos: - Disminución de las pérdidas en conductores.
- Reducción de las caídas de tensión.
- Incremento de la vida útil de las instalaciones.
-Aumento de la disponibilidad de potencia de transformadores, líneas y
generadores.
Beneficios económicos:
• Reducción de los costos por facturación eléctrica.
• Eliminación del cargo por bajo factor de potencia.
Compensación del factor de potencia
Las cargas inductivas requieren potencia reactiva para su funcionamiento.
Esta demanda de reactivos se puede reducir e incluso anular si se colocan
capacitores en paralelo con la carga.
Cuando se reduce la potencia reactiva, se mejora el factor de potencia.
En la figura anterior se tiene:
•QL es la demanda de reactivos de un motor y la potencia aparente
correspondiente.
• QC es el suministro de reactivos del capacitor de compensación
La compensación de reactivos no afecta el consumo de potencia activa, por lo que P es
constante.
Como efecto del empleo de los capacitores, el valor del ángulo se reduce a la potencia
aparente S1 también disminuye, tomando el valor de S2.
Al disminuir el valor del ángulo se incrementa el factor de potencia.
METODOS DE COMPENSACION
Son tres los tipos de compensación en paralelo más empleados:
a) Compensación individual
b) Compensación en grupo
c) Compensación central
Compensación individual
Aplicaciones y ventajas
• Los capacitores son instalados por cada carga inductiva.
• El arrancador para el motor sirve como un interruptor para el capacitor.
• El uso de un arrancador proporciona control semiautomático para los capacitores.
• Los capacitores son puestos en servicio sólo cuando el motor está trabajando.
Desventajas
• El costo de varios capacitores por separado es mayor que el de un capacitor
individual de valor equivalente.
• Existe subutilización para aquellos capacitores que no son usados con frecuencia.
Diagrama de conexión
Compensación en grupo
Aplicaciones y ventajas
• Se utiliza cuando se tiene un grupo de cargas inductivas de igual potencia y que
operan simultáneamente.
• La compensación se hace por medio de un banco de capacitores en común.
• Los bancos de capacitores pueden ser instalados en el centro de control de
motores.
Desventaja La sobrecarga no se reduce en las líneas de alimentación principales.
Diagrama de conexión
Compensación central
Características y ventajas
Es la solución más general para corregir el factor de potencia.
El banco de capacitores se conecta en la acometida de la instalación.
Es de fácil supervisión.
Desventajas
Se requiere de un regulador automático del banco para compensar según las
necesidades de cada momento.
La sobrecarga no se reduce en la fuente principal ni en las líneas de distribución.
Diagrama de conexión
Cálculo de los kVARs del capacitor
De la figura siguiente se tiene: QC= QL – Q
Como:
Q=P*Tan
QC= P (Tan 1 - Tan 2) Por facilidad, QC= P* K
Cálculo de los kVARs del capacitor: Coeficiente K
Consideraciones del FP
Cargas máximas
FP = 0.30 Penalización máxima 120%
Compensación individual de transformadores
De acuerdo con las normas técnicas para instalaciones eléctricas, la potencia reactiva
(kVAR) de los capacitores, no debe exceder al 10% de la potencia nominal del
transformador.
Compensación individual de motores
- Generalmente no se aplica para motores menores a 10 kW.
- Rango del capacitor
• En base a tablas con valores normalizados, o bien,
• multiplicar los HP del motor por 1/3
• El 40% de la potencia en kW.
Bancos automáticos de capacitores
Cuenta con un regulador de VARS que mantiene el FP prefijado, ya sea mediante la
conexión o desconexión de capacitores conforme sea necesaria
Pueden suministrar potencia reactiva de acuerdo a los siguientes requerimientos:
– constantes
– variables
– instantáneos
-Se evitan sobretensiones en el sistema.
Elementos de los bancos automáticos:
– Capacitores fijos en diferentes cantidades y potencias reactivas (kVAR)
– Relevador de factor de potencia
– Contactares
– Fusibles limitadores de corriente
– Interruptor termo magnético general
Los bancos de capacitores pueden ser fabricados en cualquier No. de pasos hasta 27 (pasos
estándar 5,7,11 y 15).
El valor de los capacitores fijos depende del número de pasos previamente
seleccionado, así como, de la cantidad necesaria en kVAR’s para compensar el FP a 1.
A mayor número de pasos, el ajuste es más fino, dado que cada paso del capacitor es más
pequeño, permitiendo lograr un valor más cercano a 1.0, no obstante ocasiona un mayor
costo.
La conmutación de los contactares y sus capacitores individuales es controlada por un
regulador (vármetro).
Esquema de un banco automático de capacitores.
CONCEPTOS BASICOS
Factor de potencia: Es un indicador del correcto aprovechamiento de la energía
eléctrica.
Potencia aparente: es el producto del voltaje aplicado a un circuito por la corriente que
circula por él, se expresa en KVA.
Potencia activa: expresada en kW, es la potencia consumida por un equipo, la cual se
convierte en trabajo útil (movimiento, calor, etc.).
Potencia reactiva: expresada en KVAR, es la potencia necesaria para generar los
campos electromagnéticos que están involucrados en la transmisión de energía desde un
punto a otro. No realiza ningún trabajo útil, pero es imprescindible para el funcionamiento
de cualquier equipo constituido por bobinas o capacitores (motores, balastos,
transformadores, etc.)
Resistencia: Una resistencia es todo aquel elemento que intercalado en un circuito
eléctrico produce un impedimento en el movimiento de los electrones. La resistencia
puede ser reactiva o inductiva, es decir producida por impedimentos de tipo físico como
impurezas o estrechamiento en el conductor (Reactiva) o por fenómenos
electromagnéticos (Inductiva) como en el caso de la corriente alterna atravesando una
bobina o inductancia. Según esto, cualquier elemento intercalado en el circuito puede ser
considerado una resistencia, ya sea un transistor, un motor, una bombilla o una lavadora.
En el caso de los condensadores encontramos la resistencia capacitiva, pero no es más
que una combinación de las dos anteriores. Veremos primero la resistencia reactiva.
PRINCIPIO BASICO DE FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO.
El sistema se basa en el siguiente esquema, en el cual se conectan una o más
cargas inductivas a la línea que tienden a bajar el factor de potencia y se requerirá la
conexión de uno o más capacitores para compensarlo.
Carga inductiva
banco de capacitores
Figura. Esquema del ejemplo
El banco de capacitores consta 4 principales etapas:
1.- detección de fases de voltaje y corriente
2.- acoplo de señales al microcontrolador
3.- cálculo del desfasamiento entre ellas
4.- switcheo de capacitores
Mostradas en el siguiente diagrama a bloques:
voltaje
C
corriente
Detección
de fases
de
Voltaje y corriente y desfasamiento entre ambas
Switcheo de capacitores
Cálculos para corrección del f.p.
El funcionamiento, de manera simple, es como sigue:
Se obtienen los cruces por cero del voltaje y la corriente en la línea de alimentación, cada uno
en detector de cruce por cero independientes, el desfasamiento entre los cruces por cero de
una señal respecto a la otra se determina midiendo el retardo entre ellos. Durante este retardo
se generan n pulsos que indican al microcontrolador el valor de grados de desfasamiento.
El microcontrolador, dependiendo de los pulsos que detecte, decidirá cuántos y cuáles
capacitores va conectar a la línea para compensar los grados de desfasamiento
ocasionados por la carga inductiva, y obtener el factor de potencia deseado. De la misma
manera se determina cuando el factor de potencia ha sido corregido.
Si la carga inductiva es menor, por desconexión de algún motor, se procede a la desconexión
de los capacitores que ya no se necesitan y a la descarga de los mismos, y así mantener el
factor de potencia deseado. Si la demanda aumenta se conectarán más capacitores a la línea.
formas de onda de v e i
v 60 Hz
i
0 n pulsos
Figura. Detección de desfasamiento entre corriente y voltaje
Para lo lograr la compensación del factor de potencia se efectuarán cálculos y mediciones
para determinar el valor máximo de las cargas inductivas, y los valores de los capacitores necesarios
para compensarlas.
Mantener el factor de potencia deseado durante la operación continua de un proceso, sin
importar la variación de las cargas a alimentar.
FUNCION DE TRANSFERENCIA
El primer paso en el proceso de análisis de un sistema físico consiste en deducir un modelo
matemático a partir del cual pueden estudiarse las características del sistema. En un
sentido muy amplio, se puede considerar el modelo como un medio para representar las
relaciones entre los componentes del sistema y la teoría. Para un mismo sistema físico existen
varios modelos apropiados. Los modelos más útiles y comunes pueden clasificarse en las
siguientes categorías:
Analogía directa: reproducciones a escala o no, y modelos analógicos. Una
analogía directa es una réplica, a escala o no, de un sistema físico.
Representación gráfica: diagramas de bloques y diagramas de flujo señal. Los
gráficos nos permiten visualizar mejor la interrelación que existe entre la entrada y
salida de los elementos componentes del sistema que estamos estudiando.
Representación matemática: Ej. Ecuaciones diferenciales, ecuaciones de
estado,
Relaciones por funciones de transferencias, representaciones matriciales, etc. Por
Ej: si el sistema se modela por ecuaciones integro-diferenciales, las
ecuaciones involucran derivadas e integrales de variables dependientes con
respecto al variable independiente tiempo.
La representación de un sistema físico por medio de expresiones matemáticas y
procedimientos gráficos permite al ingeniero emplear instrumentos matemáticos y
topológicos adecuados, tales como ecuaciones diferenciales y diagramas en bloques y flujo
señal. En la práctica por lo general no se puede hacer la representación matemática exacta de
un sistema complejo, pero haciendo las suposiciones correctas y empleando restricciones
permitidas sobre las propiedades del sistema puede obtenerse información muy valiosa por
medio del estudio matemático apropiado.
Es importante recordar que todos los sistemas físicos, son en algún aspecto no lineales, y que
el tratamiento matemático de los sistemas no lineales es bastante complejo, por eso, es
necesario suponer que el sistema estudiado se comporta como lineal dentro de un dominio
de funcionamiento. El equivalente lineal de un sistema físico solo se realiza, siempre y cuando
esté permitido, para facilitar el análisis matemático.
Una vez obtenidas las ecuaciones del sistema, se busca obtener la solución de las
mismas, las cuáles pueden ser resueltas por el método clásico, el método operacional o el
computacional.
Las etapas generales del estudio y análisis de los sistemas físicos lineales y no lineales
pueden representarse gráficamente por el esquema de la Fig. de la siguiente manera.
CAPÍTULO III
APLICACIÓN DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL MODULO
DIAGRAMA DEL PROYECTO
DESCRIPCION DEL PROYECTO
En el caso de las tensiones y corrientes alternas, la medida de un desfase no plantea, en
principio, problema alguno. Basta un circuito de acoplamiento en tensión continua para
detectar con mucha exactitud cada paso por cero de la señal ondulante. El intervalo entre
los pasos por cero de dos señales suministra entonces una indicación fiable y precisa de
su desfase.
Vamos a ocupamos ahora del funcionamiento del circuito. El nivel de la tensión de la red,
de 220 V por regla general, se reduce a un valor más seguro mediante el divisor de
tensión constituido por las resistencias R1 y R2.
La segunda magnitud a medir es la corriente que circula en la carga. La resistencia R9
transforma esta corriente en una tensión. Los diodos DI a D3 protegen el circuito contra
eventuales picos de tensión.
Con objeto de obtener las conmutaciones debidas y los flancos relativamente abruptos, se
han dotado a propósito a los dos comparadores que detectan el paso por cero de una
débil histéresis de aproximadamente 10 m V. A través de las redes RC “C11R1O” y
“C2IR11”, los pulsos ofrecidos por ICla e IClb se ven sometidos a un proceso de
diferenciación antes de ser aplicados a las entradas S (Set ) y R (Reset) del biestable
IC2a. La relación cíclica de la señal de salida de este biestable depende entonces del
desfase entre la tensión y la corriente medida.
Este desfase se aplica, a través de algunas resistencias en serie y de un condensador, al
galvanómetro de bobina móvil M l. Las dimensiones de los componentes del circuito
hacen que la aguja del galvanómetro se encuentre en su posición media si el desfase es
de 0°. Si el desfase es de l80°, se vuelve a cero y se va a tope (movimiento a fondo de
escala) para un desfase de +180°. Este sistema facilita la lectura del instrumento y evita
que un desfase débil próximo a 0° se traduzca por un vaivén incesante de la aguja entre
0°> y 360°.
Si se desea obtener una medida fiable, es indispensable que el aparato conectado
consuma suficiente corriente. Si el consumo es nulo o muy débil, el galvanómetro
permanece en su posición (mecánica) de reposo (180°). Es posible dotar al galvanómetro
de una escala adicional que permita medir el famoso 'cos Ø', lo cual les permitirá
asegurarse de que la carga conectada a la red eléctrica responde a todas las exigencias
de las compañías eléctricas.
La alimentación del circuito es relativamente sencilla. Mediante los diodos D6 y D7, la
resistencia R16 y el condensador C4, la tensión de alimentación requerida se obtiene
directamente de la red. Se tendrá en cuenta que, en estas condiciones (conexión directa
del circuito a la red), es necesario respetar las normas de seguridad. Habrá que encerrar
el circuito en una caja de plástico, equipada con una clavija macho para red y un conector
hembra para red.
Existe sin embargo un riesgo de daño para el galvanómetro si pudiera entrar en contacto
con puntos que lleven la tensión de la red. Para reducir al mínimo posible un riesgo
semejante, el galvanómetro está conectado entre cuatro resistencias de 47 kQ (R12 a
R15).
El margen de medida depende bastante del valor de la resistencia R9. La caída de
tensión en los bornes debe ser de 0.6 V aprox. Para obtener una escala de medida de un
amperio el valor a asignar a R9 estará comprendido entre 0.47Ω y 1Ω.
Para la etapa de la comparación se utilizó el circuito integrado LM234 que está compuesto
por cuatro amplificadores operacionales de alta ganancia, diseñados para trabajar con
fuente de alimentación simple. Sin embargo, también son capaces de funcionar con una
fuente de alimentación doble. Para el cual se tuba mayor ganancia con unos transistores
BC548 y estos activan unos relés para inyectar cargas capacitivas y corregir o disminuir el
ángulo de desfase existente entre la corriente y la tensión.
El circuito se implementa con ayuda de 4 comparadores. Se utiliza el circuito integrado
LM324 que tiene 4 amplificadores operacionales.
Cada uno de estos voltajes está conectado directamente a la patita no inversora (+) de
los amplificadores operacionales utilizados como comparadores
Al variar la el ángulo de la corriente y la tensión, varia el voltaje en el terminal superior
del termistor. Este voltaje es comparado con los voltajes que los comparadores tienen en
su terminal no inversor y si es inferior envía a la salida del comparador correspondiente un
voltaje alto que activa los relés y estos a la vez inyectan capacitivos.
Para la simulación del circuito de compensación de potencia reactiva mediante banco
de capacitores se utilizó el software Proteus 8, los resultados se muestran a
continuación, que a continuación se muestra los resultados que se tubo variando el
ángulo de desfase entre la tensión corriente.
DIAGRAMA DE BLOQUES
En el presente diagrama de bloques se detalla el proceso en el que funciona el proyecto.
COMPARADOR: Está conformado principalmente por el IC TLC 272. Encargado de
comparar las tensiones provenientes de la línea alterna de 220v. Una vez comparado
estas dos tensiones nos dará una diferencia de desfase reflejado en ancho de pulso
debido a la salida del IC (CD4013). Este ancho de pulso se reflejará a la salida en forma
de una tensión variable.
CONTROLADOR: constituido por el IC LM324 configurado para poder controlar y tomar
decisiones según la señal enviada del comparador (tensión variable entre 0 – 3.2V). El
controlador se encargara de enviar señales al amplificador mediante sus salidas.
AMPLIFICADOR: Encargados de amplificar la señal proveniente del controlador. La señal
es amplificada a 12VCC para hacer posible la activación de los actuadores (relés).
ACTUADOR: Constituidos por cuatro relés de 12voltios, son los encargados de hacer
ingresar al banco de condensadores según lo requiera la carga inductiva.
REALIMENTACIÓN: se dará a través de la línea alterna ya que si se mantiene la carga
inductiva inicial no realizara ningún cambio pero si se llegara a incrementar la carga
inductiva y el factor de potencia volviera a disminuir los comparadores se encargaran de
avisar al controlador para que se active más condensadores a la salida del circuito.
Fotografía N° 1 Diagrama de bloques
ELABORACION DEL PROYECTO
Para la realización del presente proyecto, el grupo coordino para dividirse en dos
grupos para que se efectúen las siguientes actividades:
1. Costo de materiales
PRESUPUESTO DEL PROYECTO “CONTROLADOR DE FACTOR DE POTENCIA” GASTOS
Descripción
Cantidad
Costo por unidad
Costo total
1. A. Personal
A.1 Administrador del proyecto
01 00 00
A.2 Coordinador del proyecto
01 00 00
A.3 Elaboracion del proyecto, evaluación
02 00 00
B. Inversiones
B.1 Dispositivos electrónicos
Trimpot 1k
4 1.00 4.00
Potenciómetro 1k 1 1.00 1.00
C.I LM324 1 2.00 2.00
C.I. 7812 1 2.00 2.00
C.I. 7805 1 2.00 2.00
Condensador Electrolítico De 2200 uf/20 V 1 1.00 1.00
Resistencias 10k (1/4 W) 4 0.20 0.80
Diodos Rectificadores 1N4001 8 0.20 1.60
Transistores BC 548 4 2.00 8.00
Reles de 12 Voltios 4 2.00 8.00
Led’s Verdes 4 0.30 1.20
Resistencias 1k (1/4 W) 4 0.10 0.40
Conectores Azules
Condensadores Para Corriente Alterna 12 uf/220v. 4 5.00 20.00
Placa Impresa 15x10 2 3.00 6.00
Ácido Férrico (01 botella) 1 2.00 2.00
Metros De Estaño 3 2.00 6.00
Metros De Conductor Flexible De 22 AWG 5 7.00 35.00
Tomacorriente 1 6.00 6.00
Metros De Conductor Flexible 14 AWG (Conexión Al Motor) 3 5.00 15.00
D. Costos de administración
122.00
D.1 Electricidad
4hrs por dia 4 dias
5.00 20.00
D.2 desgaste de herramientas.
4hrs por dia
4 dias
2.00 8.00
TOTAL 150.00
2. Se procedió a analizar el circuito base previo a su construcción.
Fotografía N° 2 Circuito terminado
3. Se procedió a elaborar el circuito en el programa Proteus 8, una vez realizado el
circuito se procedió a la simulación.
RV1(2)
31%
RV1
1k
U1:B(+IP)V=2.9477
3
21
84
U2:A
TLC272
5
67
84
U2:B
TLC272
R3
12M
R4
12M
R5
10k
R610k
R710k
D111N4148
D121N4148
R822k
R922k
C1
10n
C2
10n
R1010k
D5
Q1
CLK3
Q2
R4
S6 U3:A
4013
+88.8
Volts
U2:A(V+)
R111k
R12100k
R12(1)
R10(1)
D131N5240B
C31000u
25%
RV3
1k
27%
RV4
1k
30%
RV5
1k
3
21
411
U1:A
LM324
5
67
411
U1:B
LM324
10
98
411
U1:C
LM324
12
1314
411
U1:D
LM324
R13
10k
R14
10k
R15
10k
R16
10k
Q1BC548
Q2BC548
Q3BC548
Q4BC548
D11N4001
D21N4001
D31N4001
D41N4001
D1(K)
RV5(2)
R13(1)V=-0.0197426
R14(1)V=-0.0197413
U1:B(OP)V=-0.00621406
?
U1:A(V+)
22%
RV2
1k
RV2(3)V=2.64007
RV3(3)V=2.99999
RV4(3)V=3.23994
RV5(3)V=3.59986
RV4(2)
RV3(2)
RV2(2)
D2(K)
D3(K)
D4(K)
RL112V
RL212V
RL312V
RL412V
D5LED-BIRG
D6LED-BIRG
D7LED-BIRG
D8LED-BIRG
D5(A1)
D6(A1)
D8(A1)
D7(A1)
Fotografía N° 3
Probando el circuito en Proteus
4. Se realiza el quemado de la placa impresa y se procede a soldar los dispositivos
electrónicos.
Fotografía N° 4 Circuito listo para la placa impresa
5. Se procede a armar el modulo donde ira instalado el proyecto realizado.
Fotografía N° 5 Armando en el modulo
FUNCIONAMIENTO DEL PROYECTO
Etapa del comparador
Fotografía N° 6 Circuito del comparador
Fotografía N° 7 Etapa del comparador
Funcionamiento del comparador
Señal de salida de esta etapa
Etapa Controlador
Fotografía N° 8 Etapa del controlador
Etapa Amplificador
Fotografía N° 9 Etapa del amplificador
Etapa Actuador
Fotografía N° 10 Etapa del actuador
Etapa De Realimentación
Fotografía N° 11 Etapa de realimentación
FUNICONAMIENTO DE LA COMPENSACION
1. En la primera etapa el desfasaje es de 25º con un cosф de 0.9 se activa el primer
relé.
2. En la segunda etapa el desfasaje es de 45º con un cosØ de 0.8 se activa el primer
y segundo relé.
3. En la tercera esta etapa el desfasaje es de 65º con un cosф de 0.7, se activa el
primero, segundo y tercer relé.
4. En la etapa final el desfasaje es de 75º con un cosф de 0.6 se activan el primero,
segundo, tercero y cuarto relé.
CAPÍTULO IV
GUIA DE LABORATORIO
Tema: ETAPA DE SALIDA DEL CONTROLADOR Objetivo: Verificar la señal en su etapa de salida.
Materiales: - Fuente de alimentación
- Multímetro
Procedimiento:
1. Se rea l izó la s imulac ión en proteus teniendo como voltaje pico
2voltios.
2. Luego se ha realizado la verificación del comportamiento del tipo de onda
de acuerdo al aumento o disminución del tiempo en milisegundos.
3. As í m ismo se proced ió a rea l izar los cá lcu los respect ivos
de l DUTY y de l vo l ta je promedio . Teniendo como base el tiempo en
un periodo que es de 16.67ms.
4. Se ha tomado d iversas lect uras desde los 2.5v hasta los 5v.
RESULTADOS
DUTY =Ton
T
Vprom= DUTY*Vpico
Ton(ms) DUTY V. PROMEDIO
1 6 12
2 12 24
3 18 36
4 24 48
5 30 60
6 36 72
7 42 84
8 48 96
9 54 108
10 60 120
11 66 132
12 72 144
13 78 156
14 84 168
15 90 180
16 96 192
17 102 204
T 16.67 ms
Vmáx 2 v
el Ton variara de 1ms a 17ms
CAPÍTULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
En el presente trabajo se desarrolló el diseño de un compensador de factor de
potencia utilizando técnicas de control automático. La parte más importante se
concentró desde luego en el diseño y simulación.
Con el apoyo del simulador Proteus se pudo obtener la visualización de los
resultados de acuerdo a las condiciones y especificaciones del diseño, así como
también poder predecir el comportamiento de compensador de factor de
potencia, evaluar resultados, detectar y corregir posibles errores de diseño.
Es importante mencionar que la implementación del compensador de factor de
potencia puede ser realizada con mucha confiabilidad, ya que con todos los datos
obtenidos del diseño y simulación, se tiene la certeza que responderá a las
condiciones de operación propuesta.
Un factor de potencia alto permite la optimización de los diferentes componentes
de una instalación. Se evita el sobredimensionamiento de algunos equipos, pero
sin embargo para lograr los mejores resultados a nivel técnico, la corrección debe
llevarse a cabo lo más cerca posible de los receptores demandantes de reactiva.
La mejora del factor de potencia de una instalación presenta varias ventajas
técnicas y económicas, sobre todo en la reducción de las facturas eléctricas.
RECOMENDACIONES
Manipular el equipo por personal familiarizado con la puesta en servicio y
operación para asegurar el funcionamiento correcto del equipo.
En una instalación nos podemos encontrar con cargas lineales y cargas no
lineales. Las cargas lineales son aquellas en las que obtenemos como respuesta a
una señal de tensión sinusoidal una corriente también sinusoidal; por ejemplo:
resistencias, motores, transformadores, etc. Las cargas no lineales son aquellas
en las que la corriente que absorbe no tiene la misma forma que la tensión que la
alimenta.
Es recomendable hacer un análisis más detallado de los factores que afectan a los
bancos de capacitores y los fenómenos que estos puedan provocar al ser
conectados a la red, es decir hacer un análisis del comportamiento de las
armónicas y de los fenómenos transitorios ocurridos al conectar los bancos de
capacitores, haciendo uso de algún software para realizar una simulación que
permita ver dichos fenómenos.
BIBLIOGRAFIA
Joseph Administer, circuitos eléctricos, editorial McGraw-Hill, 1993.
Juan Antonio Yebra Morón, Compensación de potencia reactiva editorial
McGraw-Hill, 1993.
Cuaderno Técnico Sneider Electric, Mejora del factor de potencia y filtrado de
armónicos, 2003.
Benjamin C. Kuo, Sistemas de control automático, Editorial Hispanoamérica,
México, 1996.
Katsuhiko Ogata, Ingeniería de control moderna, tercera edición, México, 1998.
ANEXOS FOTOGRAFICOS