Trasductores de Velocidad y Corriente para motores

27 Enero 2010

 

Los transductores son elementos que cambian una magnitud física a otra, es decir.

 

 

• Magnitud física de velocidad angular se puede cambiar a  una magnitud física de voltaje.

• Magnitud física de corriente se cambia a voltaje.

• Magnitud   física   de   movimiento  angular  se  cambia   a   voltajes senoidales.

 

Entre los transductores que se utilizan para medir velocidad tenemos:

 

 

A) ENCODER

 

Los encoder están divididos en dos grupos: incremental y absoluto. Encoder Incremental, cuentan simplemente el paso de una división del círculo y entregan salidas pulsantes que permiten almacenar la cuenta y conocer el sentido de rotación. Este método es conocido como sistema de salida “A Quad B” y se muestra en la figura 12.

 


Figura 12

 

 

En este método, el sentido de giro se deduce de la presencia de los frentes de los trenes de impulsos A y B. Una transición de 0 a 1 en “A” se produce antes que una transición de la misma forma en “B” en un sentido de rotación, y lo contrario sucede si el giro es en sentido opuesto, ver figura 13.

 

Durante la rotación del eje, cada vez que pasa por la posición cero se genera un impulso sincrónicamente con A y B. Los encoder incrementales producen estos impulsos a partir de dispositivos fotoeléctricos.

 

La ventaja del encoder incremental es que la posición inicial no es conocida en el instante de la puesta en marcha.

 


Figura 13

 

Algunos valores nominales de los encoder incrementales son: 1024 pulsos por revolución, 300 pulsos por revolución, etc.

 

Encoder Absoluto, proporcionan una salida digital paralelo que es generada por un patrón situado sobre un disco rotativo acoplado al eje. Los sensores empleados en este caso pueden ser contacto eléctricos o un sistema fotoeléctrico. Pueden utilizarse diversos códigos, siendo el binario y el Gray los más corrientes y es posible alcanzar resoluciones y precisiones muy altas, del orden de 16 bits (20 segundos de arco) y superiores.

 

Este método tiene el inconveniente de su elevado costo y presenta el problema de la transmisión de los datos en paralelo si el encoder se halla distante del sistema electrónico de medida.

 

 

B) RESOLVER

 

Resolver, es un transformador rotativo cuya tensión analógica de salida está relacionada únicamente con el ángulo de su eje. Es, por lo tanto, un transductor de posición absoluta con un ángulo de rotación de 0 a 360°. Ver figura 14.

 

El resolver como transductor de medida de ángulo presenta diversas ventajas. En primer lugar, es un dispositivo mecánico robusto que puede soportar ambientes agresivos de polvo, aceite, temperaturas extremas y radiaciones. En segundo lugar, por ser un transformador introduce separación de señal y el rechazo natural de modo común de las interferencias eléctricas.

 


Figura 14

 

Esta característica, asociada con el echo de que sólo se necesitan cuatro hilos para la transmisión de datos angulares, hace al resolver único en la medida de ángulos e idealmente apropiados para operar en las duras condiciones ambientales propias de la industria pesada y aeroespacial. Actualmente se dispone de resolvers sin escobillas, que no necesitan establecer ningún contacto con el rotor, lo que aumenta en gran medida la duración y fiabilidad del dispositivo.

 

 

C)  TACÓMETROS

 

Tacogenerador (Tach) o Dínamo Tacométrica (DT), es una máquina eléctrica DC que convierte energía mecánica a energía eléctrica, es decir que trabaja como generador DC.

 

Sus partes son:

 

Estator conformado por un imán permanente que proporciona el flujo magnético 0F, y

 

Rotor construido de un núcleo laminado ranurado, sobre el cual se tienen bobinados de alambres de cobre, los que terminan en el conmutador y escobillas necesarios para transformar el voltaje inducido en salida disponible DC. Ver figura 15.

 


Figura 15

 

 

El eje del tacómetro se acopla con el eje del motor del cual se va a tomar la medida de velocidad. Al girar el motor, su eje arrastra al del tacómetro, el cual responde en su salida con un voltaje DC directamente proporcional a la velocidad del motor. Se tiene la siguiente ecuación que relaciona la velocidad de entrada n (en RPM) y el voltaje DC de salida Vout del tacómetro:


Ecu 2.3

 

 

D)  TRANSFORMADOR DE CORRIENTE AC

 

Conformado por un núcleo laminado toroidal alrededor del cual se encuentra el bobinado inducido que viene a ser el secundario. Por el agujero del núcleo toroidal va el cable de la corriente a medir (Iprimario), dicha corriente es AC; la corriente de salida se denomina Isecundario, y también es AC pero de un valor menor, de acuerdo a la relación de transformación según su placa de datos. La corriente secundaria debe ser rectificada mediante puente de diodos y convertida a voltios tal como se muestra en la figura 2-13.

 


Figura 2-13

 

Se tiene la siguiente relación:


Ecu 2.4

 

Donde k1 es la relación de transformación (IPRIMARIO/ISECUNDARIO) nominal y R es la resistencia de conversión de corriente a voltaje. El transformador de corriente AC va colocado en la línea de alimentación a la etapa de potencia y su finalidad es medir en forma indirecta la corriente DC que consume la armadura.

 

 

E) TRANSFORMADOR DE CORRIENTE DC

 

Se basa en el fenómeno de “efecto Hall” en el que los portadores de carga que se mueven a través de un campo magnético son forzados hacia un lado del medio del conductor, luego la distribución no uniforme de la carga produce una diferencia de potencial de lado a lado, el cual se denomina Voltaje Hall. En la figura 2-14 se muestra una aplicación como medidor de flujo de potencia.

 


Figura 2-14

 

 

F) RESISTENCIA SHUNT

 

Conformado por una barra de cobre o bronce, la cual es colocada en serie con el conductor cuya corriente DC se desea medir. Ver figura 2-15.



Figura 2-15

 

Se basa en el principio de caída de voltaje que produce una resistencia al ser atravesada por una corriente (Ley de Ohm).

 

La ecuación que representa la relación es:


Ecu 2.-5

 

Donde k2 es la relación de transformación en mV/Amperios nominales dada en la placa de datos de dicha resistencia shunt.

 

Se especifica del siguiente modo: k2=20mV/50A, k2=50mV/50A, etc. Lo cual quiere decir, para el primer caso, que al pasar una corriente máxima de 50ADC existe una caída de voltaje igual a 20mV en los bornes de la resistencia shunt.

 

Su ventaja es el costo económico.

 

La desventaja es que no tiene aislamiento entre etapa de potencia y etapa de control; además es necesario amplificar la señal de salida del orden de mV a V.

 

En algunas aplicaciones, para conservar el aislamiento entre etapa de potencia y control, se utiliza una tarjeta convertidora DC/DC la cual cumple también la función de amplificar la señal de proporcional a la corriente que va a recibir la etapa de control.

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado Ingeniero Electrónico especializado en Control, Automatizacion e Instrumentacion Industrial. Experimentado en el desarrollo, ejecución y gestión de proyectos asi como en la Operacion de sistemas automaticos.

Cualquier consulta hacerla en el Grupo de Facebook https://www.facebook.com/instrumentacionycontrol.net/ (unico medio para consultas)

Sitio Web: https://www.linkedin.com/in/josevillajulca/ Email Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.