1. 6° Curso Automatización de las Instalaciones AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta 2.

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2 6° Curso Automatización de las Instalaciones AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta 2

3 3 SEMICONDUCTORES Los semiconductores son elementos que tienen una conductividad eléctrica inferior a la de un conductor metálico pero superior a la de un buen aislante. El semiconductor más utilizado es el silicio, que es el elemento más abundante en la naturaleza, después del oxígeno. Otros semiconductores son el germanio y el selenio.

4 4 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Unión PN Cuando a un material semiconductor se le introducen impurezas de tipo P por un lado e impurezas tipo N por otro, se forma una unión PN. Los electrones libres de la región N más próximos a la región P se difunden en ésta, produciéndose la recombinación con los huecos más próximos de dicha región. En la región N se crean iones positivos y en la región P se crean iones negativos. PN Unión PN polarizada en directo Si se polariza la unión PN en sentido directo, es decir, el polo positivo de la pila a la región P y el polo negativo a la región N, la tensión U de la pila contrarresta la «barrera de potencial» creada por la distribución espacial de cargas en la unión, desbloqueándola, y apareciendo una circulación de electrones de la región N a la región P y una circulación de huecos en sentido contrarío. Tenemos así una corriente eléctrica de valor elevado, puesto que la unión PN se hace conductora, presentando una resistencia eléctrica muy pequeña. El flujo de electrones se mantiene gracias a la pila que los traslada por el circuito exterior circulando con el sentido eléctrico real, que es contrario al convencional establecido para la corriente eléctrica.

5 5 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Unión PN polarizada en inverso Si se polariza la unión PN en sentido inverso, es decir, el polo positivo de la pila a la región N y el polo negativo a la región P (figura 6), la tensión U de la pila ensancha la «barrera de potencial» creada por la distribución espacial de cargas en la unión, produciendo un aumento de iones negativos en la región P y de iones positivos en la región N, impidiendo la circulación de electrones y huecos a través de la unión. La unión PN se comporta de una forma asimétrica respecto de la conducción eléctrica; dependiendo del sentido de la conexión, se comporta corno un buen conductor (polarizada en directo) o como un aislante (polarizada en inverso). PN

6 6 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Fuente de alimentación de CC La alimentación de aquellos dispositivos que requieran una corriente continua se realiza con sistemas que se fabrican con elementos eléctricos y electrónicos. Dichos sistemas, de mayor o menor complejidad, pueden estar incorporados a los propios equipos o, por el contrario, ser independientes del aparato o elemento que necesita estar alimentado con una corriente de determinadas características. Nos referimos a las fuentes o sistemas de alimentación electrónicos.

7 7 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Generalmente las fuentes de alimentación constan de las siguientes partes: 1.Un rectificador que convierte la c.a. de la red en una señal pulsante. 2.Un filtro que reduce las ondulaciones de la tensión de salida, haciendo que ésta sea lo más constante posible. 3.Un circuito estabilizador que hace que aunque se den variaciones de tensión de red o variaciones de la carga, la tensión de salida no varíe.

8 8 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta RECTIFICADOR MONOFÁSICO DE MEDIA ONDA La función de este circuito es eliminar uno de los dos semiperiodos de una señal alterna senoidal, proveniente del secundario del transformador. El componente electrónico que se usa para este fin es el diodo, que tiene la propiedad de conducir en un solo sentido. El esquema y las formas de onda son las que se representan en la figura.

9 9 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta RECTIFICADOR MONOFÁSICO DE ONDA COMPLETA La rectificación de doble onda u onda completa se puede realizar: Rectificador con toma intermedia (o central). Dos diodos. Rectificador en puente. Cuatro diodos. RE CTIFICADOR DE DOBLE ONDA CON TOMA INTERMEDIA Su nombre viene dado por el hecho de utilizar un transformador de toma intermedia, el cual proporciona dos tensiones en el secundario (Vt1 y Vt2), de igual amplitud pero desfasadas 180°. Esta toma intermedia hace de masa ó punto de referencia de tensiones. En cada uno de los semiciclos de la tensión aplicada, conducirá un diodo y el otro estará polarizado inversamente. Es decir cada semi-ciclo es rectificado por un diodo, obteniéndose en la carga una señal pulsante de doble onda.

10 10 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Ef

11 11 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Esta es otra forma de rectificación en doble onda, en la que vemos que se utilizan cuatro diodos en vez de los dos diodos del circuito anterior. También vemos que el transformador no es de toma intermedia, por lo que resulta más barato. El circuito de la figura representa un rectificador puente (PUENTE DE GRAETZ). En este rectificador, los diodos trabajan por parejas. Dos de ellos conducen en un semiciclo y los otros lo hacen en el otro semiciclo de la señal de entrada. La forma de onda de la tensión de salida es igual al rectificador de doble onda. RECTIFICADOR DE DOBLE ONDA EN PUENTE

12 12 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

13 13 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación.dispositivo electrónicoenergía eléctricatransistoresconmutación Mientras que un regulador de tensión utiliza transistores polarizados en su región activa de amplificación, las fuentes conmutadas utilizan los mismos conmutándolos activamente a altas frecuencias (20-100 Kilociclos típicamente) entre corte (abiertos) y saturación (Cerrados). La forma de onda cuadrada resultante es aplicada a transformadores con núcleo de ferrita (Los núcleos de hierro no son adecuados para estas altas frecuencias porque tienen pocas pérdidas debido a corrientes de Foucault y alta densidad de flujo) para obtener uno o varios voltajes de salida de corriente alterna (CA) que luego son rectificados (Con diodos rápidos)y filtrados (Inductores y condensadores)para obtener los voltajes de salida de corriente continua (CC). Las ventajas de este método incluyen menor tamaño y peso del núcleo, mayor eficiencia por lo tanto menor calentamiento. Las desventajas comparándolas con fuentes lineales es que son más complejas y generan ruido eléctrico de alta frecuencia que debe ser cuidadosamente minimizado para no causar interferencias a equipos próximos a estas fuentes.regulador de tensiónferritacorrientes de Foucaultcorriente alternacorriente continua Fuente conmutada

14 14 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Regulador de voltaje con diodo zener y transistor de paso Este circuito entrega a la salida la tensión determinada por el diodo zener menos 0.7 voltios, que es la caída de tensión base – emisor (Vbe) del transistor de paso.diodo zenertransistor Vsalida = Vz – Vbe = Vz – 0.7 V. La tensión en el diodo zener no varía mucho con el cambio de corriente que pasa por él, así que la tensión en la salida del regulador de voltaje variará ligeramente con la variación de RL (carga).corriente Nota: Si varía RL, varía la corriente que pasa por él.

15 15 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Regulador de voltaje típicos de tres terminales

16 16 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Es un dispositivo bidireccional simétrico (sin polaridad) con dos electrodos principales: MT1 y MT2, y ninguno de control. Es un componente electrónico que está preparado para conducir en los dos sentidos de sus terminales, por ello se le denomina bidireccional, siempre que se llegue a su tensión de cebado o de disparo. El DIAC (Diode Alternative Current) Estructura interna Representación

17 17 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversión de la tensión o al disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El TRIAC puede ser disparado independientemente de la polarización de puerta, es decir, mediante una corriente de puerta positiva o negativa. Los TRIAC son fabricados para funcionar a frecuencias bajas. El TRIAC

18 18 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Se emplea normalmente en circuitos que realizan un control de fase de la corriente del triac, de forma que solo se aplica tensión a la carga durante una fracción de ciclo de la alterna. Estos sistemas se utilizan para el control de iluminación con intensidad variable, calefacción eléctrica con regulación de temperatura y algunos controles de velocidad de motores. La forma más simple de utilizar estos controles es empleando el circuito representado en la Figura, en que la resistencia variable R carga el condensador C hasta que se alcanza la tensión de disparo del DIAC, produciéndose a través de él la descarga de C, cuya corriente alcanza la puerta del TRIAC y le pone en conducción. Este mecanismo se produce una vez en el semiciclo positivo y otra en el negativo. El momento del disparo podrá ser ajustado con el valor de R variando como consecuencia el tiempo de conducción del TRIAC y, por tanto, el valor de la tensión media aplicada a la carga, obteniéndose un simple pero eficaz control de potencia. El DIAC y TRIAC

19 19 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta En la figura las formas de onda muestran apagado el triac durante los primeros 30° de cada semiciclo, durante estos 30° el triac se comporta como un interruptor bierto, durante este tiempo el voltaje completo de línea se cae a través de las terminales principales del triac, sin aplicar ningún voltaje a la carga. Por tanto no hay flujo de corriente a través del triac y la carga. La parte del semiciclo durante la cual existe esta situación se llama ángulo de retardo de disparo. Después de transcurrido los 30°, el triac dispara y se vuelve como un interruptor cerrado y comienza a conducir corriente a la carga, esto lo realiza durante el resto del semiciclo. La parte del semiciclo durante la cual el triac esta encendido se llama ángulo de conducción. La FIG.8 (b) muestran las mismas formas de ondas pero con ángulo de retardo de disparo mayor Como funciona el TRIAC

20 20 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta El TRIAC Ejemplos de circuitos

21 21 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta El TRIAC Ejemplos de circuitos FIG.6 FIG.7

22 22 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta FIG.9 En la FIG.9 puede verse una aplicación práctica de gobierno de un motor de c.a. mediante un triac (TXAL228). La señal de control (pulso positivo) llega desde un circuito de mando exterior a la puerta inversora de un ULN2803 que a su salida proporciona un 0 lógico por lo que circulará corriente a través del diodo emisor perteneciente al MOC3041 (opto acoplador). Dicho diodo emite un haz luminoso que hace conducir al fototriac a través de R2 tomando la tensión del ánodo del triac de potencia. Este proceso produce una tensión de puerta suficiente para excitar al triac principal que pasa al estado de conducción provocando el arranque del motor. EJEMPLO PRACTICO DE APLICACION. DISEŇO

23 23 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Generalidades Se emplean como componentes de interfaz entre la periferia de procesos y los dispositivos de mando, aviso y regulación para adaptar el nivel y la potencia. Por regla general, los relés electromecánicos se dividen en dos grupos principales: los monoestables y biestables. En los relés monoestables de corriente continua o corriente alterna, los contactos regresan automáticamente a la posición de reposo tras desaparecer la excitación. En los relés biestables, los contactos permanecen en la posición de conmutación actual tras desconectarse la corriente de excitación. Los relés electromecánicos Circuitos de entrada y tipos de tensiones En función del relé utilizado y del tipo de la tensión de activación, se dispone de diferentes circuitos de entrada. Utilizando relés puramente de tensión alterna (entrada AC), el circuito de entrada se limita generalmente a una indicación óptica del estado de conmutación. La frecuencia de la tensión de mando es, salvo indicación contraria, de 50/60 Hz.

24 24 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta En una entrada DC pura se añade como elemento más importante el diodo de libre circulación. El diodo limita las tensiones de ruptura inductivas que se generan en la bobina a un valor aproximado de 0,7 V, que es inofensivo para la electrónica de mando conectada. Dado que el diodo de libre circulación solo funciona para una conexión de tensión con polaridad correcta, se conecta adicionalmente un diodo contra inversión de polaridad en el circuito de entrada. Esquemas de relés electromecánicos AC DC

25 25 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Función del diodo es de proteger al circuito y no a la bobina. En el momento que energizamos, circulará una corriente dando origen a un campo magnético generando una fuerza magnetomotriz, resultando en el cierre en el cierre del contacto. Al desernegizar la bobina(apertura del contacto), y cumpliendo con la ley le LENZ, se generará una corriente inducida que tenderá a mantener el flujo constante que será de signo contrario, tratando de mantener constante la energía magnética almacenada en la bobina. Esta corriente generada es devuelta a la fuente por el diodo que se polariza en forma directa, sin afectar al circuito de control. El valor generado en la apertura del contacto de control puede ser 15 veces mayor que el empleado, que a falta del diodo podría provocar daños del dispositivo de disparo de la bobina. Los RELE accionados con Corriente Continua (CC)

26 26 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Para el funcionamiento con tensiones continuas o alternas, se conecta un puente rectificador en el circuito de entrada. Los diodos adoptan al mismo tiempo la función de rectificador, de libre circulación y de protección contra inversión de polaridad. La tensión de ruptura de la bobina se limita aprox. a 1,4 V. Para proteger el circuito de entrada contra sobretensiones se conecta adicionalmente, en función del tipo, un varistor delante del puente rectificador. Los RELE accionados con AC/CC

27 27 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Los mini RELE DOBLE Y CUADRUPLE INVERSOR

28 28 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

29 29 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Se llama relé de estado sólido a un circuito híbrido, normalmente compuesto por un optoacoplador que aísla la entrada, un circuito de disparo, que detecta el paso por cero de la corriente de línea y un triac o dispositivo similar que actúa de interruptor de potencia. Su nombre se debe a la similitud que presenta con un relé electromecánico; este dispositivo es usado generalmente para aplicaciones donde se presenta un uso continuo de los contactos del relé que en comparación con un relé convencional generaría un serio desgaste mecánico, además de poder conmutar altos amperajes que en el caso del relé electromecánico destruirían en poco tiempo los contactos. Estos relés permiten una velocidad de conmutación muy superior a la de los relés electromecánicos Relé de estado sólido Reemplaza el manejo de potencia de contactores, Relés e Inte- rruptores, manejo de motores, resistencias,induc- tores, transformadores, capa citores. Aplicaciones 171292

30 30 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Módulo Interruptor de Combinación Múltiple

31 31 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

32 32 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

33 33 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

34 34 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta AUTOMATA PROGRAMABLE: ARRAY LOGIC

35 35 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta ARRAY LOGIC ALIMENTACIÓN 220VCA

36 36 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta ARRAY LOGIC ALIMENTACIÓN 24Vcc

37 37 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta ARRAY LOGIC Salida a Relé

38 38 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Bloques funcionales Básicos El ARRAY LOGIC dispone de seis bloques funcionales básicos ( o Lógicos) que se listan en la tabla que figura a continuación:

39 39 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Bloques de función especiales (SF) Los bloques de funciones especiales cuentan además de los terminales de entrada de cada bloque de función con otros para tareas especificas. Entre otros, se puede mencionar por ejemplo el terminal de entrada RESET (restablecimiento), generalmente indicado como entrada R.

40 40 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Bloques de función especiales (SF)

41 41 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta Bloques de función especiales (SF)

42 42 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

43 43 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

44 44 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

45 45 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

46 46 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

47 47 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

48 48 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

49 49 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta

50 50 AIEAS – Matrícula Legajo 237/2012 – Resol. MG -249/2012 Autor: M.A.R.F - 2013- Salta