electronica industrial
TRANSCRIPT
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1 - Qu tipo de MOSFET es habitual como interruptor de alta tensin en aplicaciones de alta potencia y
en que zona de la curva caracterstica de salida se hace operar cuando conduce?
- El MOSFET de enriquecimiento y canal n es habitual en
aplicaciones de potencia.
- En conmutacin se mantiene al MOSFET en la zona hmica.
2 - Cita dos caractersticas del IGBT.
Insulated Gate Bipolar Transistor, Transistor bipolar de compuerta
aislada.
Combina la alta impedancia de entrada y alta velocidad de
conmutacin de un MOSFET con la baja cada de tensin en
conduccin propia de un transistor bipolar de alta potencia.
Menor capacidad de entrada que el MOSFET
3 - Cul es la diferencia entre el tiristor o scr? y el GTO?
d) Cul es la diferencia entre el SCR y el GTO?
GTO (Gate Turn-off Thyristor) es un SCR que al igual que este se
puede disparar mediante un impulso breve de corriente positiva en
la puerta, pero adems permite bloquear su corriente de nodo
mediante un impulso breve de corriente negativa en la puerta. La
corriente negativa para el bloqueo debe ser del orden del 20-25%
de la corriente de nodo que se desea bloquear.
TRIAC
- A diferencia del SCR, el TRIAC puede conducir en ambos
sentidos
- El TRIAC se dispara con tensiones de puerta de polaridad
positiva o negativa (disparo en cuatro cuadrantes)
c) Mencionar la caracterstica comn entre MOSFET y IGBT
IGBT: Combina la alta impedancia de entrada y alta velocidad de
conmutacin de un MOSFET con la baja cada de tensin en
conduccin propia de un transistor bipolar de alta potencia.
VER
4 - En un controlador de potencia con tiristor por control de fase y con carga inductiva, porque es difcil
determinar la fase de bloqueo del dispositivo? Explicar mencionando las condiciones de bloqueo de dicho
dispositivo.
4. En un controlador de potencia con tiristor por control de fase, por qu es difcil de determinar la
fase de bloqueo del dispositivo? Explicar mencionando la condicin de bloqueo de dicho dispositivo (2P)
WilliamResaltado
WilliamResaltado
WilliamResaltado
WilliamResaltado
WilliamResaltado
-
La condicin de bloqueo del tiristor (del SCR) se cumple cuando
la corriente que atraviesa al tiristor disminuye por debajo de un
determinado valor de mantenimiento acercndose al 0. Es decir, el
SCR se bloquea definitivamente cuando la corriente que lo
atraviesa llega a 0 A, lo cual ocurre cuando la tensin de
alimentacin (CA) pasa al semiciclo negativo. Es difcil
determinar la fase de bloqueo del dispositivo por lo siguiente:
estos dispositivos se utilizan para controlar motores de CA, y a
medida que en cada ciclo disminuye la alimentacin de CA (yendo
al semiciclo negativo) disminuye la corriente efectiva aplicada al
motor, por tanto el campo magntico generado por la armadura del
mismo se va colapsando y genera nuevamente una corriente
espuria la cual aparece en la entrada del tiristor mantenindolo
activo unos instantes ms, evitando que este se bloquee en la fase
que esperbamos. Por eso es difcil determinar la fase de bloqueo.
5 - Qu ventaja se obtiene al utilizar el DIAC para el disparo de los circuitos de control de fase (con
relacin al disparo a travs de las redes RC solo)?
Se reduce la histresis
6 - En la siguiente figura: Explicar la funcin del capacitor. Proponer una tcnica para mejorar y
ampliar el ngulo de disparo
-
7 - Graficar el diagrama de bloques funcional de un circuito de bucle de enganche de fase (PLL),
describir su funcionamiento y explicar cmo se aplica para el control de velocidad de motores de
corriente continua.
* Graficar el diagrama de bloques funcional de un circuito de bucle de enganche de fase (PLL).
Describir su funcionamiento e indicar algunas de sus aplicaciones.
* Describa el PLL en una aplicacin de control de velocidad de motores CC
* Describir brevemente el funcionamiento de un circuito de bucle de enganche de fase (PLL) e indicar algunas
de sus aplicaciones. (4p)
El PLL esta compuesto por tres circuitos bsicos: el comparador
de fase o detector, el filtro paso bajo y el VCO.
Figura 4-9.
Circuito mejorado de control de puerta de
un SCR. Uno cualquiera de estos circuitos
proporciona un rango ms amplio de ajuste
del angulo de disparo que el de la Figura 4-
8.
Figura 4-8. Circuito
de control de puerta de un SCR el cual es un
mejoramiento del circuito de la Figura 4-6. El
condensador proporciona un rango amplio para
el ajuste del ngulo de disparo.
WilliamResaltado
-
La salida del VCO se conecta a la entrada del comparador de fase.
El comparador de fase compara la fase de la seal del VCO fc con
la fase de la seal de entrada fo. La salida del comparador de fase
es una tensin de correccin de error, la amplitud de esta tensin
es funcin de las diferencias de fase y frecuencia entre las dos
seales de entrada, despus se filtra la tensin de correccin de
error en el filtro paso-bajo, la salida filtrada es la entrada del VCO.
Una variacin en la fase de entrada indica que la frecuencia de
entrada esta variando, el voltaje de salida del comparador de fase
aumenta o disminuye para mantener la frecuencia del VCO igual a
la frecuencia de entrada,
la tensin media aplicada
al VCO es una funcin de
la frecuencia de la seal
de entrada.
El PLL tiene tres estados
bsicos: El estado libre, el estado de captura, y el estado de
enganche o seguimiento.
* CONTROL DE MOTORES MEDIANTE PLL
En el sistema PLL mostrado en la figura, la referencia es un
VCO. El VCO, no es ms que un multivibrador libre cuya
frecuencia de oscilacin la controla una red RC. Esta frecuencia se
compara con la frecuencia realimentada del motor, en el
comparador de fase. Si hay diferencia de frecuencia, el com-
parador de fase generara una seal de salida proporcional a la
diferencia. El filtro paso-bajo rectifica esta seal, y sta se usa
para controlar un amplificador de CC Este amplificador ajusta la
velocidad del motor hasta que la diferencia entre la seal de
referencia y la seal de realimentacin es pequea o nula
Este tipo de control puede regular la velocidad del motor hasta el
0,001% de la velocidad deseada. Existen otros mtodos que usan
la realimentacin negativa para controlar la velocidad del motor de
CC, pero ninguno es tan eficiente como el PLL
Diagrama de bloques funcional del PLL
fo
-
* APLICACIONES DEL PLL
- Demodulador FM - Decodificador FSK - Decodificador de tono -
Comparador de fase X-OR Control de motores
1 Fundamentar como es posible medir desplazamientos con sensores capacitivos e inductivos a) Explicar los fundamentos para la deteccin de proximidad de objetos utilizando sensores capacitivos e inductivos (2p)
SENSORES CAPACITIVOS Un condensador elctrico consiste en dos conductores separados
por un dielctrico (slido, lquido o gaseoso), o el vaco. La
capacidad depende de la disposicin geomtrica de los
conductores y del material, dielctrico, dispuesto entre ellos, C =
C (Geometra, )=C (d, A, ) Por ejemplo, para un condensador formado por n placas planas paralelas iguales con area A, distancia d entre cada par, y un material entre ellas con constante dielctrica relativa er, la capacidad aproximada es: C0r(A/d)(n-1) donde 0=8.85 pF/m es la constante dielctrica del vaco. As pues, cualquier fenmeno o magnitud que produzca una variacin en er, A o d, provocar un cambio en la capacidad C y, en principio puede ser detectado mediante el dispositivo anterior. En general, cualquier cambio en el dielctrico o en la geometra puede ser considerado para la deteccin del fenmeno que lo provoca. Por tanto, en sensores capacitivos el desplazamiento es posible
medir por la variacin en la capacidad y esto lleva consigo la
distancia existente entre las placas que conforman el capacitor.
Si vara x o A - Medida de desplazamientos angulares o lineales -
Otra magnitud transducible o desplazamiento
SENSORES INDUCTIVOS
La inductancia se puede expresar como L = N d/di, donde N es el numero de vueltas del circuito, i es la corriente y es el flujo magntico, el cual esta relacionado con la fuerza magnetomotriz M
y con la reluctancia R de esta forma: = M/R. Siendo M = N x i, queda: L=N2/R
-
Para una bobina de seccin A y de longitud l mucho mayor que sus
dimensiones transversales, R viene dada por:
Entonces se tiene que
As, cualquier variacin de N, (permeabilidad del material) o la geometra como ser l o A., puede emplearse para la transduccin.
No obstante, la mayora de los sensores inductivos son de
reluctancia variable y es un desplazamiento el que la modifica,
afectando sobre todo a l0 y a . 6 Explicar el funcionamiento de los sensores de desplazamientos angulares (resistivos y capacitivos)
En la figura se presenta un sensor capacitivo angular diferencial
lineal (LRDC). Consiste en dos placas circulares iguales paralelas,
cada una dividida por un espacio aislante en dos mitades a lo largo
de un dimetro. Uno de los dos pares de placas semicirculares
resultantes puede girar respecto al otro. El rea de cada
condensador es proporcional al desplazamiento angular tita
medido respecto a la posicin de desplazamiento cero, que
corresponde al caso en que los dos espacios aislantes son
perpendiculares entre s. Si se desprecian las capacidades parsitas,
se forman cuatro condensadores cuyas capacidades respectivas son
Si estos cuatro condensadores se ponen en un puente, con C1 y C3
(y C2 y C4) en brazos opuestos, la tensin de salida ser
proporcional a tita.
donde x es la distancia recorrida desde el otro terminal fijo, es la fraccin de longitud correspondiente, es la resistividad del
-
material, l es su longitud y A su seccion transversal, supuesta
uniforme
Un potencimetro es un resistor con un contacto mvil deslizante.
Se observa que la resistencia entre el cursor y uno de sus
terminales es proporcional al desplazamiento del mismo.
En la figura se muestra un potencimetro especial para la
medida de inclinaciones. El anillo conductor gua una bola que
hace las veces de cursor. La resistencia es proporcional a la
inclinacin ya que la bola siempre permanece en la posicin
vertical.
3 Explicar las principales consideraciones a tener en cuenta con los circuitos acondicionadores de seales de reactancia variable
8 Principales consideraciones a tener en cuenta en circuitos acondicionadores con sensores de reactancia
variable
- El circuito de acondicionamiento de un sensor de reactancia
variable (inductiva o capacitiva) debe ser alimentado con una
tensin o una corriente alterna.
- Debe existir un medio para detectar las variaciones de amplitud,
en la seal de salida del circuito de polarizacin del sensor,
consecuencia de las variaciones de la magnitud a medir.
- Finalmente, lo deseable es obtener una tensin proporcional a las
variaciones de la magnitud a medir.
- En el proceso de diseo es preciso minimizar el efecto de los
campos electromagnticos espreos y capacidades parsitas que
introducen el propio circuito de acondicionamiento y los cables de
conexin.
-
- Por estas razones, el diseo de los circuitos de acondicionamiento
para este tipo de sensores no es una tarea simple, en muchas
ocasiones de difcil resolucin utilizando componentes discretos
De hecho, la mayora de los sensores de reactancia variable son
acondicionados por el mismo fabricante del sensor, estando
disponible, comercialmente, el sensor y su circuito de alimentacin
y acondicionamiento en un mismo encapsulado, o en encapsulados
diferentes pero directamente conectables.
5. Cules son las diferencias que se deben tener en cuenta para los componentes acondicionadores de las
seales de salida en la activacin de leds o lmparas y rels o solenoides. (2P)
Lmparas incandescentes, corriente inicial mayor a 15 veces la corriente nominal. Ademas se debe considerar el cambio de
resistencia en fro al valor en caliente.
Cargas DC (leds?), cruce por cero Carga capacitiva, corriente de carga muy alta Las corrientes de entrada elevadas provocadas por la conmutacin de lmparas de filamentos o capacitancias se pueden
compensar utilizando resistores de limitacin de la corriente, o
introduciendo un retardo de modo que la activacin sea paulatina
(puede ser con termistor NTC)
Inductores, solenoides y bobinas contactoras, alta corriente de entrada y tensin FEM
Motores, alta corriente de entrada Adems, se debe considerar la corriente requerida, la tensin de
alimentacin y su polaridad, y la potencia de activacin.
Mediante circuito amortiguador R-C entre contactos, diodos, circuito amortiguador R-C en paralelo con la carga o varistores,
activar el solenoide mediante un interruptor de potencia con fuente
y sumidero de corriente, otros
5 - Cmo se reduce el efecto de histresis en un circuito de control de fase RC? Graficar y explicar dos
mtodos
Este efecto de histresis indeseable se puede reducir o eliminar de
varias formas, un mtodo es la adicin de una red RC extra que
-
permite a C1 recargar parcialmente a C2 despus de que el diac se
ha disparado, luego la histresis se reduce. Aadir esta red tambin
ayuda a aumentar el rango de desplazamiento de fase en C2.
El segundo mtodo es utilizar un dispositivo llamado diodo de
disparo asimtrico. Este diodo tiene una tensin de ruptura mayor
en una direccin que en otra, esto hace que cuando se activa por
primera vez, el condensador se descargue por la puerta del triac.
Sin embargo, en el semiciclo siguiente, la tensin de disparo es
igual a la tensin de ruptura original ms la disminucin de tensin
del condensador. Este resultado permite al voltaje del condensador
tener la misma relacin de tiempo con respecto a la tensin
aplicada. Luego la histresis se reduce.
7 En que caso es til el circuito de control de fase y en que caso el circuito de conmutacin a tensin nula? Fundamentar la respuesta
* Describir y fundamentar en qu tipo de aplicaciones son
apropiados: a) el control de fase y b) el control por conmutacin a
tensin nula.
a) Control de Fase: Se pueden usar en cualquier circuito de control
de potencia AC, tal como el motor universal y de induccin,
lmparas y calefactores, aplicaciones de refrigeracin. Un
problema en los circuitos de control de fase es el efecto de
histresis.
WilliamResaltado
WilliamResaltado
-
b) Tensin nula: La conmutacin a tensin nula, aunque deseable
para controlar elementos de calentamiento, no es muy til para
controlar la velocidad de los motores. Los motores tienen
tendencia a frenar durante el tiempo que no se aplica potencia al
circuito, especialmente con cargas pesadas. Este factor no es
molesto en elementos de calefaccin, debido a su larga constante
de tiempo. El CI ZVS es un dispositivo muy verstil. Se usa en la
industria en aplicaciones de control de vlvulas y rels, as como
en controles de iluminacin y calefaccin.
8 Explicar el efecto piezoelctrico y la aplicacin de los sensores piezoelctricos Los materiales piezoelctricos tienen la propiedad de generar cargas elctricas cuando se les aplica una fuerza externa. Por otro lado, tambin manifiestan el efecto contrario. Cuando se les aplica una seal elctrica aparece en ellos una deformacin mecnica. Fundamento fsico: asimetra que se produce en la estructura del cristal cuando es sometida a un esfuerzo externo. Este esfuerzo da lugar a una reorientacin interna de las cargas elctricas de forma que se establece un desplazamiento de cargas positivas y negativas hacia caras opuestas del cristal.
Aplicaciones: Medida de vibraciones, fuerzas,
aceleraciones.
Construccin de filtros de cuarzo. Relojes para computadores.
9 - Qu funcin cumple el troceador (chopper) en los circuitos de control de motores?
El control de velocidad del motor por troceador de CC es el
mtodo ms eficiente usado en aquellas aplicaciones en las que la
fuente de alimentacin es continua y la carga es un motor. Se usa
porque es ms eficiente y proporciona caractersticas de
aceleracin gradual.
En el circuito de control por troceador bsico, el SCR
proporciona alimentacin continua al motor mediante
la conmutacin de conduccin a bloqueo. La tensin
continua media presentada al motor se controla
manteniendo la frecuencia constante, y aumentando y
WilliamResaltado
-
disminuyendo el tiempo que el SCR esta activado. Se puede
reconocer esta tcnica como una modulacin por impulsos en
duracin.
Otro mtodo de control por troceador mantiene el ancho de los
impulsos y aumenta o disminuye la frecuencia. Este mtodo no se
usa muy a menudo.
2.1 Explicar los fundamentos de funcionamiento y citar dos aplicaciones de cada uno de los siguientes
sensores: a- Sensores de Efecto Hall b- Galgas Extensiomtricas c- LVDT
* Explicar el fundamento y funcionamiento del LVDT
El efecto Hall consiste en la aparicin de una diferencia de
potencial transversal en un conductor o semiconductor, por el que
circula corriente, cuando hay un campo magntico aplicado en
direccin perpendicular a esta. La tensin obtenida ser:
Vh= tensin de efecto Hall (V). KH = constante de efecto Hall (m3/N de electrones - C). B = densidad de flujo magntico (Wb/m T ). I = corriente circulante por el conductor (A). Z = grosor del conductor (m).
Entonces, Vh depender del grosor del material en la direccin del
campo magntico aplicado, de la corriente I, del campo B y de las
propiedades elctricas del material (densidad de carga y movilidad
de los portadores) recogidas en el coeficiente Kh. La aplicacin del
efecto Hall a la medida de magnitudes fsicas es simple siempre y
cuando la magnitud de inters provoque una variacin del flujo
magntico B
APLICACIONES
Medida de campos magnticos Medida de corriente Wattimetos Medida de desplazamientos Detector de Proximidad
-
Detector de velocidad de rotacin. GALGAS La variacin que experimenta la resistividad de un material como resultado del esfuerzo mecnico aplicado es lo que se
conoce como efecto piezorresistivo. Las galgas extensiomtricas
son dispositivos utilizados para la medida de fuerzas, que se basan
en este efecto.
Si se conoce la relacin entre la deformacin y el esfuerzo que la
provoca, a partir de la medida de los cambios de resistencia se
podrn determinar los esfuerzos aplicados. Esto es fcil para la
mayora de los materiales en su zona elstica, que es la que tiene
utilidad en la fabricacin de galgas extensiomtricas. En esta zona,
segn la ley de Hooke, la deformacin es proporcional al esfuerzo
aplicado: = E dL/L = E donde E es una constante del material, denominada mdulo de Young, (Nw/m2) es el esfuerzo mecnico aplicado y es la deformacin por unidad de longitud, epsilon es adimensional y se suele dar en "microdeformaciones".
Entonces, un resistor fabricado y dispuesto de forma que sea
sensible a la deformacin constituye una galga extensomtrica.
Las galgas extensomtricas se pueden aplicar a la medida de
cualquier variable que pueda convertirse, con el sensor apropiado,
en una fuerza capaz de provocar deformaciones del orden de 10
micrmetros e incluso inferiores. Tambin: Medir torsiones,
determinar esfuerzos mximos y mnimos, medir grandes
deformaciones en estructuras biolgicas, presiones, caudal,
aceleraciones, otros.
LVDT
El LVDT es un transformador con un primario, dos secundarios unidos en oposicin serie y un vstago
ferromagntico.
Fundamento: El vstago, al cambiar su posicin hace variar el coeficiente de inductancia mutua entre arrollamientos
-
haciendo aumentar la tensin inducida en uno y
disminuyndola en el otro.
Donde Rc: resistencia de carga; M1, M2:
coeficientes de inductancia mutua.
L1, L2: inductancias de primario y secundario;
R1, R2: resistencia de los arrollamientos.
Se observa que la salida es independiente con la frecuencia y slo
guarda dependencia con la posicin del vstago a travs de M2-
M1. La informacin a sensar (posicin del vstago) da lugar a una
variacin en la amplitud de salida Eo.
Aplicaciones
Obtencin de perfiles Medida del espesor de aire en pistones Deteccin de la carga en lavarropas
2.2 De los sensores de temperatura termistor, termopar y RTD indicar a) Rango de temperatura
aplicable b) Linealidad c) Sensibilidad
Tipo/Nom
bre
Rango de
Temperat
ura
Lineali
dad
Ventajas Desventajas
Termopar -273 -
2000C
Buena Sencillo, bajo
coste
Robusto
Amplio rango
Autoalimentado
Baja sensibilidad
Necesita referencia
Mala estabilidad
RTD -200 -
800C
Buena Muy estable
Muy Preciso
Lineal
Amplio Rango
Respuesta lenta
Baja sensibilidad
Caro
Autocalentamiento
Rango limitado
Sujeto a
perturbaciones
trmicas
Termistor -100 - Muy Tamao No muy lineal
-
300C mala pequeo
Bajo coste
Alta
sensibilidad
Respuesta
rpida
Mala estabilidad a
altas temperaturas
Rango limitado
3 Explicar los mtodos para variar las velocidades de los motores: a) Paso a paso b) Continua c) Alterna
5. Enumerar los mtodos por los cuales la velocidad del motor de CA se puede variar (1p)
a) Continua: Control por troceador, Control de Fase, PWM, PLL.
b) Paso a paso: Accionamiento de paso completo; Accionamiento
de dos fases; Accionamiento de medio paso
c) Alterna: La velocidad del motor de CA se puede variar -
variando el nmero de polos por fase
- variando la frecuencia de la tensin aplicada al campo del estator
Control de motor universal: (a) Control en bucle abierto (b)
Control en bucle cerrado.
Mtodos de control de frecuencia para motores de CA: (a)
Sistema rectificador-inversor (a su vez se subdivide en: VVI, CSI,
PWM); (b) Sistema cicloconvertidor.
4 El MOSFET se ataca con tensin pero por qu hay que tener en cuenta la capacidad de corriente del
circuito activador de dicho dispositivo?
El activador debe ser capaz de proporcionar la corriente inicial de carga de la capacidad de entrada Ciss
Corriente pico de compuerta p/ VG= 4V, Ciss= 3000pF ip= 240mA
5 Definir robot industrial
Definicin del RIA: Un robot industrial es un manipulador
multifuncin reprogramable, diseado para mover materiales,
piezas, herramientas o dispositivos especiales por medio de
movimientos variables programados para realizar una variedad de
tareas.
Definicin japonesa: Un robot industrial es una maquina de
propsito general equipada con una memoria y mecanismos
-
adecuados para realizar movimientos automticamente,
reemplazando el trabajo humano.
6 Explicar en que consiste el guiado en el proceso de programacin del robot
Guiado: es el proceso de mover el robot a travs de una secuencia
de movimientos para mostrarle que debe hacer. Un mtodo de
guiado consiste en arrastrar fsicamente la mano del robot mientras
que este registra las posiciones de las articulaciones a intervalos
frecuentes a lo largo de la trayectoria, luego el robot reproduce el
movimiento justo como lo ha registrado.
10 Explicar brevemente arquitectura, funcionamiento y aplicaciones del PLC
1. Definir el PLC y describir brevemente las partes que lo compone. (3p)
De acuerdo con la definicin de la "Nema" (National Electrical
Manufacturers Association) un controlador programable es: "Un
aparato electrnico operado digitalmente, que usa una memoria
programable para el almacenamiento interno de instrucciones para
implementar funciones especficas, tales como lgica,
secuenciacin, registro y control de tiempos, conteo y operaciones
aritmticas para controlar, a travs de mdulos de entrada/salida
digitales o analgicos, varios tipos de mquinas o procesos.
Un PLC consiste en mdulos de entrada o puntos, una unidad
central de procesamiento (CPU) y mdulos de salida o puntos.
Como entradas son aceptadas una variedad de seales analgicas o
digitales provedos por varios tipos de equipos (sensores) y los
convierte a seales lgicas.
La CPU toma decisiones y ejecuta el control de las instrucciones
basada en un programa que est en la memoria.
Los mdulos de salida convierten las instrucciones de control de la
CPU en seales analgicas o digitales que pueden ser utilizados
para el control de varios dispositivos (actuadores).
Internamente, adems, se pueden reconocer los siguientes
elementos principales:
-
Fuente de alimentacin Unidad central de proceso (CPU) Memoria ROM Memoria de datos RAM Memoria de programa (ROM, EEPROM o FLASH) Interfaces de Entrada y Salida
Existen 5 reas generales de aplicacin de PLC:
Control secuencial. Control de movimiento. Control de procesos. Monitoreo y supervisin de procesos. Administracin de datos. Comunicaciones
Cul es la diferencia entre un amplificador diferencial convencional y un amplificador de
instrumentacin? Graficar el esquema bsico de un amplificador de instrumentacin.
En la figura se muestra el
equivalente de Thevenin de
un amplificador
diferencial.
El CMRR del amplificador
diferencial se deteriora
seriamente con los
incrementos de la magnitud a medir reflejados en el valor de x.
Las resistencias equivalentes de Thevenin, dependientes de x,
alteran el apareamiento entre R1 y R2
y, por tanto, disminuye el CMRR. De
modo que en la tensin de salida del
amplificador diferencial aparece una
componente de error, debida a la
tensin de entrada en modo comn,
que es mayor cuanto mayor es x.
Evidentemente, tambin se ve alterada
la ganancia en modo diferencial, disminuyendo esta al
aumentar x. Estos inconvenientes o limitaciones han llevado al
desarrollo de circuitos de deteccin con mejores
caractersticas, materializados en los denominados
genricamente amplificadores de instrumentacin.
En la figura se muestra un AI tipico, en el cual:
Amplificador de instrumentacin
-
- La ganancia se puede fijar con una sola resistencia R0 sin
afectar el CMMR total.
- Las impedancias de entrada y salida son las que corresponden a
los amplificadores operacionales.
- Para conseguir un CMMR alto se debe cumplir que CMMRAO1=
CMMRAO2, que las resistencias presenten un alto grado de
apareamiento y que CMRRAO3 sea alto. El valor del CMRR total
aumenta con la ganancia.
Describir las consideraciones que se deben tener en cuenta para el diseo de circuitos de control de
potencia.
Histresis, circuitos de proteccin, limitaciones elctricas,
aplicaciones de los circuitos, campo de aplicacin h) Indicar la cantidad de lneas y polos de los siguientes interruptores
b) Para un sistema excitador de motor de CA con frecuencia variable, explique por que la magnitud
del voltaje aplicado al motor debe variarse en proporcin con la frecuencia. (V/f constante)
2. Explicar cmo se regula la velocidad de un motor de Induccin (asncrono) y el objetivo de manejar
con F/V constante. (2P)
g) Para un sistema excitador de motor de CA con frecuencia variable, explique por que la magnitud del
voltaje aplicado al motor debe variarse en proporcin con la frecuencia. (V/f constante)
8 Explicar como se regula la velocidad de un motor de induccin (asncrono). Utilizar el termino F/V
constante dentro de la explicacin y relacionar este trmino con el funcionamiento del motor.
Si observamos la curva velocidad-par de la figura 7.33, podemos
ver el efecto de un cambio de la frecuencia del estator en un motor
de induccin. La curva A es una curva tpica para una mquina de
cuatro polos con una frecuencia aplicada al estator de 60 Hz. El
motor funcionar donde la curva corta a la lnea designada por par
de carga 100%. Si la frecuencia del estator decrece a 40 Hz, el
WilResaltado
-
motor desplazar su punto de operacin a la curva B. Reduciendo
la frecuencia a 30 Hz, estaremos en la curva C. Esta reduccin de
frecuencia se podra continuar hasta que el motor llegar a punto
muerto. Aunque hayamos modificado la frecuencia del estator a
pasos, el control real se puede variar infinitamente hasta alcanzar
la velocidad mxima del motor. El motor de induccin se llama
as por la forma en que el rotor obtiene su potencia, es decir,
induccin electromagntica. Como el transformador, el motor de
induccin necesita tener un flujo constante en el rotor y el estator.
A menos que este requerimiento se cumpla, el motor no estar en
disposicin de generar el par final. Si la frecuencia aplicada al
estator decrece, la tensin aplicada al estator debe decrecer en la
misma cuanta. Otro mtodo de establecer este requerimiento es
que la relacin entre la tensin aplicada al estator y la frecuencia
de la misma debe ser constante. Esta relacin se llama relacin
voltios/hertzios, o caracterstica constante voltios/hertzios, de un
motor de induccin de CA. Para averiguar la relacin
voltios/hertzios (V/Hz) de un motor de induccin, simplemente se
divide la tensin en condiciones nominales del motor entre la
frecuencia nominal.
Otra consecuencia de trabajar con la relacin constante
voltios/hertzios est relacionada con la potencia disponible de la
mquina. Como el par permanece constante, la potencia de la
mquina ser directamente proporcional a la velocidad de la
mquina.
9. Cul es la funcin del inversor relacionado con la explicacin anterior y explicar los bloques
principales que componen este inversor. (2p)
-
e) Como se llama el circuito de control de velocidad de un motor de CA que convierte un voltaje de
suministro de CD en una forma de onda de CA con frecuencia variable?
b) Cmo se llama el circuito de control de velocidad de un motor de CA que convierte un voltaje de suministro de CD en una forma de onda de CA con frecuencia variable? Citar dos tipos de ese
circuito. (2P)
El control de frecuencia de los motores de induccin y sncronos
se puede subdividir en dos mtodos: sistemas de rectificador-
inversor y sistemas cicloconvertidores. La figura 7.36a presenta el
diagrama de bloques de un sistema rectificador-inversor. Observe
que la conversin de frecuencia se hace en dos pasos. En primer
lugar, la frecuencia ele lnea fijada en 60 Hz se rectifica a continua
(DC). Despus, por medio del inversor, la frecuencia DC se
convierte en frecuencia variable AC.
Hoy da, hay tres tipos de controles de frecuencia variable de uso
comn, y todos ellos utilizan el rectificador-inversor como bloque
de construccin bsico. Estos tres tipos son: la entrada de tensin
variable (variable-voltage input, VVI), el inversor de fuente de
corriente (current-source inverter, CSI), y la modulacin por
impulsos en duracin (pulse-width modulation, PWM). i) Dibujar los diagramas de tiempo de temporizadores con retardo de activacin y de desactivacin indicando el tiempo de retardo
a) Enumerar tres de los cuatro criterios de clasificacin de los robots.
Por rea de trabajo: Robot de coordenadas rectangulares, Robot
de coordenadas cilndricas, Robot de coordenadas esfricas, Robot
de coordenadas con brazo articulado
-
Por su fuente alimentacin: medios neumticos, hidrulicos o
elctricos.
Por el control de la fuente de alimentacin: controlado por servo
y no controlado por servo.
Por el control del movimiento (tipo de movimientos que realiza
el manipulador): pick and place (agarrar y colocar), punto a punto,
trayectoria controlada y trayectoria continua b) Citar los tres tipos mas comunes de fuentes de alimentacin para robots.
* Las fuentes neumticas
* Elctricos
* Hidrulicos
c) Se requiere utilizar un brazo robot capaz de tomar una pieza del suelo y colocar ordenadamente en un
estante ubicado dentro del rea de trabajo, que sea capaz de esquivar obstculos. Qu tipo de brazo
robot debe utilizar en base a la clasificacin por rea de trabajo?
Robot de coordenadas con brazo articulado (libro cap 8)
c) Explicar la diferencia estructural, ventajas y desventajas entre el rel electromagntico y el rel de
estado slido.
2. Enumerar las ventajas y desventajas de los rels electromagnticos, reed y de estado slido (3p)
Rels de estado slido (SSR)
Se llama rel de estado slido a un circuito hbrido, normalmente compuesto por un optoacoplador que asla la entrada, un circuito
de disparo, que detecta el paso por cero de la corriente de lnea y
un triac o dispositivo similar que acta de interruptor de potencia.
Partes que forman un SSR son:
Circuito de entrada Aislamiento, est asegurado generalmente por un acoplamiento ptico con semiconductor (Fotoacoplador, fototriac,....)
Detector de paso por cero: Un rel de estado slido con funcin de paso por cero opera cuando la tensin de la carga (tensin
alterna) se acerca o alcanza el punto cero.
Circuito de salida, Salida CA con tiristores antiparalelos o triacs, salida CC con transistor bipolar o MOS FET, salida CA-CC con
transistor MOS FET
Proteccin frente a transitorios, (En algunos modelos): Los ms frecuentemente utilizados son redes RC, diodos, etc.
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REED Ventajas sobre rels de armadura
Rpidos, fiables y producen un menor arco elctrico Los contactos tienen una vida ms larga que otros rels (108 ciclos). Las lminas estn encerradas dentro de una ampolla y se
suele llenar con nitrgeno u otro gas inerte.
Resistencia de conduccin muy baja (con contactos de mercurio)
Alta resistencia de aislamiento a) Explicar como acta el disyuntor de separacin por salto para la proteccin contra cortocircuitos.
En un esquema tpico de proteccin, un disyuntor protege contra
sobrecorrientes de bajo valor y larga duracin y los fusibles
protegen contra las altas corrientes que precisan ser interrumpidas
rpidamente.
Un disyuntor, interruptor automtico (Espaa), breaker o pastilla
(Mxico) es un aparato capaz de interrumpir o abrir un circuito
elctrico cuando la intensidad de la corriente elctrica que por l
circula excede de un determinado valor o, en el que se ha
producido un cortocircuito, con el objetivo de no causar daos a
los equipos elctricos. A diferencia de los fusibles, que deben ser
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reemplazados tras un nico uso, el disyuntor puede ser rearmado
una vez localizado y reparado el dao que caus el disparo o
desactivacin automtica. c) Explicar lo que indican los nmeros a la derecha del carril derecho en un diagrama lgico en escalera.
Indican el escaln en el que se localizan los contactos del
dispositivo de carga. Si estos nmeros se subrayan, se refieren a
contactos normalmente cerrados (NC), y si no se subrayan los
contactos son normalmente abiertos (NO).
3. Citar tres dispositivos de proteccin contra sobrecarga o cortocircuito y describir brevemente sus
aplicaciones y criterios de seleccin. (3p)
Rels de sobrecarga trmicos
Protegen al motor de daos producidos por temperaturas excesivas
Simulan las condiciones de calentamiento que se produciran en el motor
Se usan el de lminas bimetlicas y el de aleacin eutctica El ajuste se realiza para que el rel se dispare antes de que el motor alcance la temperatura de peligro
La seleccin de la clase del rel trmico a usar para la proteccin de un motor deber tener en cuenta la clase de aislamiento del
motor as como su rgimen de funcionamiento: ciclo de operacin,
arranque, parada, etc.
Fusibles
Objeto a proteger
Tipo gF: Fusible de fusin rpida Tipo gT: Fusible de fusin lenta. Protege contra sobrecargas sostenidas y cortocircuitos.
Tipo gG/gL: Norma CEI 269-1, 2, 2-1. Es un cartucho limitador de la corriente empleado fundamentalmente en la proteccin de
circuitos sin puntas de corriente importantes, tales como circuitos
de alumbrado, calefaccin, etc.
Tipo gR: Semiconductores. Tipo aM: Fusibles de acompaamiento de motor, es decir, para proteccin de motores contra cortocircuitos y por tanto debern ser
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protegido el motor contra sobrecargas con un dispositivo como
podra ser el rel trmico.
Fusibles - Proteccin de semiconductores
Condiciones necesarias para fusibles:
Cuando un semiconductor falla la interrupcin debe ser suficientemente rpida para evitar daos a otros semiconductores
porque el modo de falla usual es el cortocircuito
En un equipamiento que contienen semiconductores las fallas en otras partes deben ser suprimidas antes que los semiconductores
sean daados.
Rels de sobrecarga magnticas:
Es usado para proteccin de motores de corriente continua de gran
tamao, en lo que el problema es mayor en la conmutacin que en
el enclavamiento.
Este dispositivo tiene un ncleo magntico mvil localizado en el
interior de una bobina, por lo que pasa parte o toda la corriente del
motor, as el ncleo es arrastrado hacia arriba, lo suficiente para
accionar unos rels que corta la alimentacin del motor.
Un criterio de seleccin podra ser la magnitud y duracin de la
corriente del motor.
4. Describir los principios y aplicaciones de solenoides. (2p)
Es un dispositivo que convierte una seal elctrica a un
movimiento lineal.
Est formado por una bobina (carga inductiva) Considerar el factor de calentamiento en el diseo e instalacin, con el aumento de la temperatura se disminuyen la densidad de
flujo y la fuerza de atraccin del solenoide.
Aplicacin, frenado de motores, cierre y apertura de vlvulas, desplazamiento de objetos y para proporcionar enclavamiento
elctrico.
Consideraciones en la seleccin
Longitud del recorrido (usualmente est entre 1 y 8 cm).
Fuerza.
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Tiempo de magnetizacin en la activacin, frecuencia de activacin y desactivacin.
Condiciones de temperatura.
6. Explicar el concepto de "proteccin contra fallos" en el control de procesos secuenciales mediante un
ejemplo. (2p)
El concepto de proteccin contra fallos se usa para designar el
diseo de un sistema en el que un fallo no da lugar a ningn dao o
por lo menos el dao es mnimo.
La mejor regla prctica es arrancar una secuencia cerrando
contactos NO y parar la secuencia abriendo contactos NC.
Este sistema representa, en forma parcial un sistema de llenado de
un tanque con una vlvula qumica. El problema con el esquema es
que si los contactos del interruptor flotante fallan o una conexin
se interrumpe el sistema no se desactivara y el tanque se
desbordar.
Dos posibles soluciones podran ser:
Sistema de proteccin contra fallos redundante. Un circuito
redundante con dos contactos NC en el interruptor flotante
reducira la probabilidad de fallo del sistema.
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Sistema de proteccin contra fallos con paridad. El problema
mostrado en la primera figura podra resolverse usando contactos
de tipo opuesto, NO y NC, en un circuito de paridad. La solucin
mostrada no seria adecuada si ambos contactos se desconectan
simultneamente, ni si los contactos NC se desconectaran y los
contactos NO fallaran al cerrar. La mejor solucin depende de que
situacin sea menos probable que ocurra.
6. Citar los tres modos de accionamiento de motores de paso a paso y dibujar la secuencia de pulsos que
debe aplicarse para su correcto funcionamiento (3p)
7. Citar tres modos bsicos de accionamiento de motores paso a paso y mencionar una caracterstica de
cada uno. (6p)
Accionamiento de paso completo: Hay siempre una sola fase
excitada, de modo que a cada impulso de clock se activa una fase y
otra se desactiva. Se avanza un paso.
Accionamiento de dos fases: Hay siempre dos fases activadas. A
cada impulso de reloj se ejecuta un solo paso, y el rotor para en
una posicin intermedia entre las que corresponden a las dos fases
excitadas.
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Accionamiento de medio paso: Se activan alternativamente una y
dos fases. El rotor avanza a cada impulso la mitad del paso
angular. Este modo tiene una mayor resolucin angular.
Accionamiento de minipasos: Permite obtener un avance de una
fraccin del paso angular. Con este modo se pueden lograr avances
incrementales inferiores a un paso.
Explica por medio de un diagrama de bloques el procedimiento a tener en cuenta para proyectar la
automatizacin de un sistema por medio de la utilizacin de un PLC.
Para la programacin de los Autmatas es necesario primeramente
tener bien en claro cul es el proceso a controlar y cuan complejo
es el mismo, para de esta manera poder decidir cual equipo
utilizar. Por otro lado el programador debe interiorizarse al
mximo de todos los detalles concernientes a la ejecucin del
proceso, esto es n de entradas, salidas, etc.
Con todos los detalles citados arriba, entonces se procede a la programacin, utilizando alguno de los siguientes lenguajes:
Ladder, IL, FBD, ST y SFC
WilliamResaltado
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4 Requerimientos de un robot industrial
La fiabilidad y durabilidad son importantes, debe trabajar durante todo el da todos los das, para pagarse a si mismo.
La velocidad esta restringida por factores mecnicos y computacionales.
La precisin es importante para aplicaciones tales como las tareas de ensamblaje y de comprobacin electrnicas.
Es deseable que sean capaces de utilizar nuevos sensores. La facilidad de programacin es importante, esto ahorra tiempo y dinero.
Es necesaria la versatilidad para evitar los costes de los utillajes de propsito especial requeridos por las nuevas estaciones de
trabajo robotizadas.
La limpieza tiene importancia en muchas aplicaciones electrnicas. c) Describir la comparacin entre el robot pick and place y el robot punto a punto (2p)
* Agarrar y colocar (pick and place): es un ejemplo de robot no
controlado por servo, este robot agarra una pieza en una posicin y
lo deja en otra posicin, se usa en muchas aplicaciones
industriales, tales como cintas transportadoras de cargas y
descargas.
* Punto a punto: es controlado mediante servo, la programacin
de este dispositivo se hace especificando los puntos por los que
debe pasar, esto se hace moviendo su brazo por los puntos reales
en el espacio o describiendo los puntos en un programa de
ordenador.
1. Describir cmo se puede emplear un termistor como un retardo temporal (3p)
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En las curvas de caractersticas corriente-tiempo del termistor, se
observa que el autocalentamiento esta sometido a una constante de
tiempo que supone un retardo entre la tensin aplicada y el instante
en que se alcanza el valor de corriente estacionario. Esta
caracterstica se aprovecha en los circuitos de retardo y para la
supresin de transitorios.
2. Describir cmo se usa un termopar para medir temperaturas (3p)
Si en un circuito se mantiene una unin a temperatura constante
(unin de referencia), la f.t.e.m. ser funcin de la temperatura a
que est sometida la otra unin, que se denomina unin de medida.
Los valores correspondientes a la tensin obtenida con
determinados termopares, en funcin de la temperatura de esta
unin cuando la otra se mantiene a 0C, estn tabulados. El
circuito equivalente es una fuente de tensin con una resistencia de
salida distinta en cada rama (la de cada metal). Para cobre y
constantan, por ejemplo, pueden ser 300 ohm y 10 ohm.
3. Describir el principio de operacin de la lmina bimetlica (3p)
Se denomina bimetal a toda pieza formada por dos metales con
distinto coeficiente de dilatacin trmica unidos firmemente, por
ejemplo, mediante soldadura autgena, y sometidos a la misma
temperatura. Cuando se produce un cambio de temperatura, la
pieza se deforma segn un arco circular uniforme. Con la notacin
de la figura 1.11, el radio de curvatura, r, al pasar de una
temperatura T1 a otra T2 viene dado por
siendo:
e el espesor total de la pieza
n la relacin entre mdulos de elasticidad = EB/EA
m la relacin de espesores = eB/eA
aA aB los coeficientes de dilatacin lineal
WilliamResaltado
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Si se emplean materiales con mdulos de elasticidad y espesores
similares (m 1, n l), que es lo habitual, la expresin anterior se
reduce a
El radio de curvatura vara, pues, de forma inversamente
proporcional a la diferencia de temperaturas, de modo que un
sensor de posicin o de desplazamiento permitira la obtencin de
una seal elctrica correspondiente. Tambin puede calcularse la
fuerza desarrollada por un elemento de este tipo que estuviera total
o parcialmente empotrado o sujeto.
4. Explicar cmo la modulacin por ancho de pulsos puede realizar el control de velocidad del motor (3p)
La figura ilustra la modulacin por impulsos en duracin
(Pulse-Width Modulation, PWM) para controlar un motor de CC
En este caso, la modulacin por impulsos en duracin la genera el
CI LM3524. La salida modulada del LM3524 excita un transistor,
el cual, a su vez, controla la velocidad del motor de CC. Un sensor
de reluctancia variable acta como un tacmetro, convirtiendo el
movimiento mecnico del motor en una frecuencia variable Esta
frecuencia se convierte en tensin mediante el FVC LM2907.
Tanto la tensin producida por el LM2907 como la del potenci-
metro de ajuste de velocidad se conectan a la entrada del LM3524,
en el que se comparan Cualquier tensin de error que se genere
por esta comparacin se usa para ajustar la modulacin por
impulsos en duracin aplicada al motor de CC.
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1) Dos aplicaciones del conversor tensin frecuencia
Es un dispositivo que convierte corrientes o voltajes analgicos en una frecuencia AC
Aplicaciones: Envo de informacin a distancia en ambientes ruidosos Mediante optoacopladores posibilitan aislamiento elctrico Construccin de voltmetros digitales. - Se usan en procesos de modulacin FM - Generadores de tono -
Generadores de seal - Generadores de pulsos - Generadores de
funciones 2) Dos configuraciones de salida con transistor bipolar como fuentes/sumideros
Fuente de corriente
Sumidero de corriente
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Tema 2 Seleccin Mltiple:
1 - Los sensores capacitivos detectan fenmeno o magnitud que produzca variacin de:
a) Permitividad magntica (sensores de nivel de agua, de humedad, de presin)
b) Disposicin geomtrica, A o d (sensores de desplazamiento lineal y angular)
c) Reluctancia (sensores de desplazamiento lineal)
d) a y c
e) Ninguna de las anteriores
Si vara x o A - Medida de desplazamientos angulares o lineales - Otra magnitud transducible o desplazamiento
Si vara - Medidas de humedad, cambios de temperatura, espesores de dielctrico
2 Sensores inductivos basados en transformadores diferenciales (LVDT, Linear Variable Diferencial Transformer) miden:
a) Desplazamientos lineales
b) Desplazamientos angulares
c) Aceleracin mediante un sistema inercial
d) a y c
e) Ninguna de las anteriores
3 Tipos de tacogeneradores o tacmetros son: a) De alterna con salida en forma de tensin variable en amplitud
b) De alterna con salida en forma de tensin variable en frecuencia
c) De continua
d) a, b y c
e) Ninguna de las anteriores
4 Sensores electromagneticos basados en efecto Hall pueden medir: a) Flujo Magnetico (B)
b) Corriente (I)
c) Tension (V)
d) a y c
e) a y b
1 Si se requiere de un sensor de temperatura altamente sensible con respuesta rapida sin importar
mucho la linealidad lo apropiado es:
a) termopar b)
RTD c) CI d)
termistor
2 Si se
requiere de un sensor de
temperatura
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con alta precisin y estabilidad y que sea lineal, lo apropiado es:
a) termopar b) RTD c)CI d) termistor 3 Para aplicaciones de control de calidad de espesor de productos laminados con precisin micromtrica
lo apropiado es un:
a) Galga extensiomtrica b) potencimetro lineal c) LVDT(ver 259 pallas)
4 La galga extensiomtrica devanada, con la deformacin vara su
a) Inductancia b) capacitancia c) resistencia d) tensin 5. No es posible utilizar como sensor de proximidad
a) La magnetoresistencia (b) La galga extensiomtrica devanada c)El dispositivo de efecto
Hall d)El fototransistor
c) Considerando las siguientes clases ms comunes de fallos: 1) conductores sucios u oxidados que se cierran, pero fallan al conducir, 2) un conductor interrumpido que abre el circuito, 3) el dispositivo de entrada falla debido a un corte en la alimentacin; en el diseo de un circuito con proteccin contra fallos, una secuencia se inicia activando los contactos .. y se para activando los contactos (2p) En el diseo de un circuito de proteccin contra fallos, una secuencia se inicia activando los contactos
normalmente abiertos (NO), y se para activando los contactos normalmente cerrados (NC).
a) En un diagrama lgico en escalera, los nmeros a la izquierda del carril izquierdo dan los nmeros de escaln, y los nmeros a la derecha del carril izquierdo indican los nmeros de etiquetas de
conexionado.
10 En el siguiente circuito de medida para potencimetros expresar matemticamente el error absoluto y el error relativo. Siendo k=Rm/Rp, calcular en que punto se produce el error mximo y cual es el valor
del error mximo para k=1, k=10 y k=100
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9 - Dada la necesidad de combinar dos tecnologas digitales, TTL y CMOS (HC). Analizar y evaluar la
compatibilidad de niveles de tensin (ambos circuitos alimentados con la misma tensin)
Entrada Salida
VILmax(V) VIHmax(V) VOLmax(V) VOHmax(V)
TTL 0,8 2 0,4 2,4
HC (CMOS) 0,9 3,15 0,1 4,4
8 - Calcular la sensibilidad y coeficiente de temperatura de una NTC a 25 C y 60 C siendo B = 3948 K y Ro =
5000 Ohm Rt=Ro eB((1/T)-(1/To))
NTC
En un rango de temperaturas reducido (50 C), la dependencia entre la resistencia (RT) y la temperatura (T) se puede expresar de forma aproximada (error=0.3c'C) por la
siguiente ecuacin:
Donde R0 es la resistencia a 25C u otra temperatura de referencia, y To es dicha temperatura expresada en kelviris. Otra expresin para RT equivalente a la anterior sera:
El parmetro B (beta) es la denominada temperatura caracterstica del material, y tiene valores que van de 2000K a 5000K. Pero no es constante para un mismo material,
aumenta con la temperatura. Tambin varia de una unidad a otra para un mismo material, salvo en el caso de modelos intercambiables.
Por analoga con las RTD se puede def nir el coeficiente de temperatura o sensibilidad relativa alfa:
que obviamente no es constante y, por tanto, expresa el comportamiento no lineal del termistor. A 25C (298K) y con B=4000K: resulta alfa= - 4.5%/K (ms de diez veces superior a la de la PT100)
TTL HC (CMOS)