sábado, 15 de noviembre de 2014

Circuito Lógico con compuertas TTL

Los circuitos lógicos electrónicos  que utilizan compuertas lógicas TTL, Lógica transistor - transistor, son  básicos en el estudio del control digital.

La parte de mando y de salida se reduce a tener estados binarios, (0 y 1), las entradas (parte de mando) son variables que pueden estar  accionadas (uno) o no accionadas (cero) y la salida si esta presente es uno y si no es cero.

o   PLANTEAMIENTO


En el planteamiento de un problema en el que deseamos cierto comportamiento se emplea una “tabla de verdad” esta muestra todos los posibles estados.

Tabla de Verdad

En nuestro ejemplo con tres Variables de entrada tenemos 23  es decir 8 estados.

Variables de entrada y salida

Estas combinaciones no es necesario que sigan una secuencia, es decir se puede  pasar del estado 1 al  estado 5 y la salida es la deseada.
esto es llamado  “LÓGICA COMBINATORIA”.

o   LA SIMPLIFICACIÓN
De los métodos de simplificación el uso de mapas de Karnaug, suele ser el método más rápido y efectivo cuando se tienen pocas variables 2, 3, 4 ó 5, su empleo requiere de cierta práctica.

El  mapa de Karnaugh es  un método gráfico  para simplificar expresiones booleanas,  aprovecha la capacidad del Cerebro Humano de reconocimiento de patrones y el análisis para eliminar condiciones.

El mapa de Karnaug debe tener  la misma cantidad de  cuadros que estados tiene  la tabla de verdad, en el ejemplo (8); y están ordenados siguiendo un código Gray, de manera que sólo una de las variables cambia de estado entre celdas adyacentes.

Mapa de Karnaug

En el mapa seleccionamos conjuntos, formando grupos  con “UNOS”  de cualquier potencia de 2, entre mas grande sea el grupo, mayor es la  simplificación  y no es necesario que los grupos tengan el mismo tamaño.

Diagrama lógico

o   El diagrama lógico

El diagrama de contactos suele ser empleado por los eléctricos para leer el funcionamiento, y es este diagrama básico para la programación con Controles Lógicos Programables “PLC”.

El diagrama con compuertas en cambio es utilizado por los electrónicos que simplifican eliminando elementos  y detalles que para ellos son obvios, y que implementaran en sus circuitos cuando los realizan.

o   Circuito con compuertas
La prueba de nuestro circuito se realiza en un tablero de conexiones electrónicas.
Diagrama de circuito Con Compuertas





domingo, 9 de noviembre de 2014

Circuitos Integrados con Compuertas lógicas

Un pequeño dispositivo electrónico llamado Microchip,  pueden contener circuitos electrónicos pre-diseñados  capaces de realizar funciones lógicas, estos circuitos integrados  se encuentran dentro de  un cuerpo plástico del que salen 14 terminales. 

Circuito Integrado con compuertas lógicas NAND


No es posible ver  los componentes electrónicos de un Circuito Integrado mucho menos identificar sus componentes, los catálogos nos muestran el símbolo de las compuertas sus entradas, sus salidas y su alimentación.

En el mercado están disponibles 2 familias principales. TTL (Transistor-transistor Logic) y CMOS (Complementary Metal-Oxido-Silicio).  

La familia TTL es identificada  con la serie 7400,  y la serie 4000 para la familia CMOS.

La familia TTL es la mas antigua y popular,  los transistores internos hacen la función de interruptores, estos Circuitos Integrados  requieren de una alimentación regulada de 5 Vcd.  En ellos siempre  la terminal  # 14 es positiva y la # 7 es negativa.

Tablero de conexiones (protoboard)

 Al trabajar con compuertas lógicas es muy recomendable utilizar un tablero de conexiones, estos cuentan con 2 carriles de alimentación con puntos eléctricos conectados internamente. En el interior existen también conexiones comunes de manera perpendicular a los de los carriles de alimentación, se requiere realizar puentes para la alimentación interna en el tablero.

La función lógica  negación

El C.I. 7474  tiene 6 compuerta lógica inversora (NOT en inglés),  distribuidas en doble línea.  Cuando no tenemos una señal de entrada en una  de sus compuerta a su salida tenemos 5 volts. Un led (diodo emisor de luz) suele colocarse a la salida para indicarnos el estado.

Circuito Integrado NOT

En la compuerta “NOT” si tenemos una señal de entada alta (H), no tenemos señal a su salida y el LED no enciende.

Tres son las compuertas básicas, la “NO”, la “Y”, y  la “O” utilizadas en los circuitos lógicos combinatorios y secuenciales.

Esquemas de C.I.  de compuertas básicas

Todas las compuertas tienen una salida y pueden tener varias entradas (a excepción de la NOT), las mas populares son de 2 entradas, por lo que hay CUATRO en cada circuito integrado.
Circuito Integrado con cuatro compuertas AND de dos entradas







domingo, 2 de noviembre de 2014

Inversor de potencia de un aerogenerador

El bloque del inversor de potencia transforma la tensión CC a CA sinusoidal  con amplitud constante y  frecuencia estable.
Permitiendo conectar equipo como refrigeradores, ventiladores, televisiones que tenemos en nuestras casas  a un sistema de energía alternativo.

Ubicación del inversor en un sistema de energía alternativa

 La tensión de salida es independiente de las perturbaciones de línea (producidas en el aerogenerador). Y por medios electrónicos tenemos frecuencias similares a 60 Hertz de corriente alterna.

Un transistor  “IGBT” transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar Transistores un dispositivo 

semiconductor que puede usarse como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia.

Hace la función de interruptor cuando recibe señal en su compuerta (G)

Transistor  IGBT
El transistor IGBT es un hibrido entre un MOSFET y un transistor bipolar Darlinton, capaz de conmutar una señal en menos de un microsegundo.

Las señales de disparo son controladas por un microprocesador para tener la frecuencia deseada, en un arreglo llamado circuito puente “H”


Circuito Inversor en arreglo puente  “H”

De esta manera se han tenido grandes logros en  sistemas de alimentación ininterrumpida  (UPS en inglés), variadores de frecuencia en máquinas eléctricas (variadores de  velocidades en motores de jaula de ardilla) y conectar equipos de corriente alterna (refrigeradores, lavadoras, televisores) en aviones, barcos, automóviles etc.

Circuito de potencia de inversor trifásico



sábado, 1 de noviembre de 2014

La rectificación de C.D. en un aerogenerador

Los rectificadores son dispositivos electrónicos utilizados para convertir de C.A. (corriente alterna) en C.D. (corriente directa). Están formados por diodos conectados en un circuito llamado “puente rectificador”.


Circuito puente rectificador trifásico

Constituye  la segunda parte de  un sistema eléctrico de energía alternativa  (aerogenerador). 
Diagrama de un sistema eléctrico de un aerogenerador

A la salida del aerogenerador no tenemos control del valor de la tensión (el valor del voltaje y frecuencia cambian con la velocidad de giro del rotor y este giro  depende del viento). La corriente directa es más fácil de controlar.

Sin embargo a salida del puente rectificador de corriente directa pulsante.

Rectificación pulsante

La salida de un rectificador trae pequeñas pulsaciones  rizos que se eliminan con el filtrado, con el empleo de elementos reactivos (capacitores y bobinas).

Rectificación y filtrado

REGULACIÓN.

En la siguiente etapa “REGULADOR” se asegura que no pasa un valor de tensión (voltaje) mayor al regulado.

Regulador de carga


La primera finalidad es obtener  un voltaje controlado para alimentar el equipo y almacenar energía  eléctrica cargando  baterías para cuando no tengamos viento.
Un regulador permite controlar la cargar  a la baterías de manera segura y permitiendo que  duren mas.
·         Evitar el exceso de carga de la batería: Esto es limitar la energía suministrada a la batería regula el valor de carga.
·         Prevenir Sobrecarga de la batería: desconectar automáticamente cuando la batería se ha cargado.
·         Proporcionar Funciones de Control de Carga: Conectar  y desconectar automáticamente la alimentación de carga eléctrica según requiera la batería.

La segunda finalidades es alimentar al “INVERSOR”  y así controlar la frecuencia, es decir tener 60 Hz. A la salida. 




jueves, 30 de octubre de 2014

CONSTRUCCIÓN DE UN AEROGENERADOR Tarea de FAEN


Un generador transforma la energía mecánica en energía eléctrica, esto es lo contrario de un motor eléctrico, al motor eléctrico se le aplica energía eléctrica para que gire su eje.

Es por esto que yo utilizo un motor eléctrico al que  instalo unas aspas en su eje.


En plena practica
Mi nombre es José Carlos De Luna Martínez, estudio la carrera de fuentes alternas de energía en el conalep de Gómez Palacio Durango del grupo 309  de tercer semestre.
 
Mi maestro me  encargo de proyecto la realización de un  aerogenerador.

Verificando  resultados
Después de algunas pruebas con pequeños motores de corriente continua  de equipos electrónicos en desuso, utilizo un motor de un reproductor de discos, verifico el funcionamiento  girándolo con la mano para ver si enciende al  menos un led (diodo emisor de luz), que conecto a las terminales de alimentación del motor con buenos resultados.
 

Diagrama de la práctica de construcción de  autogenerador

Una base que construí de material de acero con la finalidad de que soporte  mi aerogenerador (generador más aspas) cuando este expuesto al aire es una de las piezas importantes.


Equipo a plena carga
Los valores obtenidos fuerón

1.983 volts c.d. con carga
2.345 volt c.d. sin carga
13.85 miliamperes
Y puede soportar 4 led en paralelo.

Registrando conclusiones

Agradezco al Joven  José  Carlos De Luna Martínez el compartir su experiencia, creatividad y entusiasmo.

 

 

 
 
 

 

 

domingo, 26 de octubre de 2014

Frecuencia eléctrica en los aerogeneradores

La tensión alterna que utilizan  nuestros equipos eléctricos domésticos  para trabajar tiene  una frecuencia de 60 ciclos/segundo (en otros países emplean frecuencias de 50 ciclos/segundo).


 En un alternador de imanes permanentes con un rotor de un par de polos (2 polos uno norte y uno sur) cuando de una vuelta tendríamos un ciclo.

Frecuencia
La frecuencia de la tensión de salida de un generador de imanes permanentes depende de la velocidad de giro del rotor (en revoluciones por minuto), así como el número de polos magnéticos individuales en el rotor(siempre hay un número par de polos).

Formula para la  frecuencia de un alternador de polos permanentes

Si agregando polos en el rotor compensamos la velocidad  bajas del rotor

Generador  de imanes permanentes de  4 polos 

El obtener una  frecuencia de  60 Hz, cuando se utiliza un aerogenerador, no ser posible, la velocidad y la potencia del viento son cambiantes.

Cuando tenemos un número de polos fijos para tener  la frecuencia constante deberá de girar a una velocidad síncrona fija (esto es posible cuando el generador es accionado por otro tipo de energía por ejemplo con un motor de combustión interna), de acuerdo a la formula arriba mencionada  La tabla siguiente muestra los valores para obtener 60 hertz.

P Número de pares de polos
2
4
8
12
24
36
48
N
Velocidad en RPM
3600
1800
900
600
300
200
150
Velocidad síncrona fija del rotor del alternador

Es imposible mantener la velocidad  de rotación fija en un aerogenerador, para tener una velocidad síncrona y obtener 60 HZ.  El Tratamiento de energía eléctrica, implica "CONVERTIR"  la energía alterna trifásica de la salida del generador de imanes permanentes a corriente directa, luego filtrarla ya que sale rectificada pulsante, después  "INVERTIRLA" nuevamente a  corriente alterna con una frecuencia fija  de 60 HZ. Esto es posible y se logra por medios electrónicos.

Tratamiento de la energía eléctrica del Aerogenerador





viernes, 24 de octubre de 2014

AEROGENERADOR

Un aerogenerador, es una maquina que transforma la energía del viento en energía eléctrica.

Aerogenerador monofásico

Una “torre” es indispensable  para montarlo en alto y así minimizar las turbulencias del aire por objetos cercanos, casas, arboles etcétera.

Por regla generar los aerogeneradores deben  montarse al menos  9 metros por encima de cualquier barrera física.

AEROGENERADOR

Dos son las partes principales de un aerogenerador

·       La turbina eólica  (aspas), que captura la energía cinética del viento y hace girar un eje.

·        El generador eléctrico que convierte la energía mecánica del eje rotatorio en energía eléctrica.

1.   La turbina de eje horizontal  “HAWT”   Horizontal Axis Wind Turbine . Es las más utilizada y eficiente, debido a que la torre produce turbulencias detrás de ella,  las aspas se ubican delante de la torre y de cara al viento. 
La nariz reduce la resistencia del viento.

Aerogeneradores con turbina horizontal

Por lo general el usar menos aspas es más  eficiente. Con más  aspas se dificulta el control del Balance  y de las vibraciones. 
Las fuerzas giroscópicas se incrementan con el número par de aspas es por esto que las turbinas tienen un número impar de aspas.
En los diseños de eje horizontal, el número óptimo de aspas es tres, debido a varios factores como la eficiencia de potencia, costo, vibración  y ruido.

2.   El generador transforma la energía mecánica del movimiento de rotación del eje en energía eléctrica. esta transformación se consigue por la acción del campo magnético  de imanes permanentes montados sobre el rotor que al girar inducen una fuerza electromotriz  (fem = tensión eléctrica en el generador) en las bobinas del estator. 

El generador de imanes permanentes