Estabilizador de tensión

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Estabilizador de tensión de cuatro pasos, con autotransformador
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Estabilizador de tensión de cuatro pasos, con autotransformador. Los estabilizadores de tensión de línea aparecieron en el mercado como una solución al problema de las caídas y elevaciones de la tensión de la red domiciliaria.

Contenido

Antecedentes

Los estabilizadores de tensión de línea aparecieron en el mercado como una solución al problema de las caídas y elevaciones de la tensión de la red domiciliaria. Existen también otros tipos de disturbios transitorios como ser picos de alta tensión e interferencias de media o alta frecuencia que afectan la calidad de la energía. La mejora en los servicios y los avances tecnológicos no han podido eliminar esos problemas, por lo que los estabilizadores se han ido popularizando cada vez más.

El costo y la complejidad de los equipos electrónicos que son alimentados por la red -entre los que contamos a los sistema de computación- y que son perjudicados por la alternancia de los niveles de tensión también incidieron en la proliferación de distintos tipos de estabilizadores, por lo que existen en la actualidad una gran cantidad de marcas y modelos. Esta medida de seguridad también se ha extendido a artefactos de tipo industrial, de oficina y domiciliarios. El motivo que fundamenta su implementación es precisamente la provisión de una tensión lo más cercana posible a la tensión nominal de 220V efectivos, frente a una variación de la entrada, que podría rondar del –20 al + 15%, que es una rango bastante amplio de cobertura.

Podemos agrupar los estabilizadores de tensión actuales en tres grandes grupos: a) Estabilizadores continuos b) Estabilizadores ferro resonantes c) Estabilizadores por pasos.

Dentro de cada uno de éstos tres grandes grupos, hay grandes importantes diferencias entre marcas y modelos, ya que la tecnología utilizada por cada fabricante, no suele ser la misma, aún en equipos de similar potencia.

Estabilizadores Continuos

El estabilizador Electromecánico Continuo utiliza un auto transformador con un núcleo de hierro de forma toroidal, y parte de su bobinado se encuentra accesible tanto mecánica como eléctricamente. Sobre esa sección del bobinado se desliza una escobilla de carbón, que se sitúa en la posición correcta para obtener la tensión de salida deseada. El movimiento de la escobilla se lleva a cabo mediante un servomotor comandado por un circuito electrónico de control.

Este tipo de estabilizador es muy utilizado para alimentar cargas que poseen corrientes de arranque importantes, como motores, equipos de aire acondicionado, bombas, etc. Se caracteriza justamente por su alta capacidad de sobrecarga momentánea y por no presentar saltos en la tensión de salida, pero la velocidad de respuesta es mucho más lenta que el de los otros tipos de estabilizadores.

Estabilizadores Ferro resonantes

Este tipo de estabilizador está constituido por un transformador especial de tres bobinados, en el cual uno de ellos se encuentra sintonizado a la frecuencia de red, formando un circuito tanque, que le permite absorber pequeñas y bruscas variaciones en la tensión de línea, como micro cortes ó transitorios. Tiene alta velocidad de respuesta, la tensión de salida no presenta saltos y es estable dentro de un cierto rango de entrada. El factor de atenuación de ruidos eléctricos es alto debido al transformador separador, pero son mecánicamente ruidosos, con bajo rendimiento al generar mucho calor, además de ser voluminosos y pesados.

Estabilizadores por pasos

El principio de funcionamiento de éstos estabilizadores se basa en la elección de una u otra derivación de un auto transformador, según el valor de la tensión de entrada. Normalmente la elección de la derivación es realizada automáticamente, mediante conmutadores que operan comandados por un circuito electrónico de control que compara un valor interno de referencia, con una muestra de la tensión de entrada.

Este sistema funciona bien en el caso de cargas fijas donde puede preverse la caída que se produce en el bobinado que conduce la corriente. A mayores potencias y cargas variables es necesario circuitos de regulación mas elaborados. La forma de conmutar los distintos bobinados del auto transformador es utilizando conmutadores mecánicos (relees) ó electrónicos de estado sólido (Triacs). Los primeros soportan mejor las sobrecargas transitorias, como por ejemplo, las producidas por arranque de motores pero tienen menor velocidad de respuesta. Los equipos con Triacs son más rápidos pero más sensibles a las variaciones dV/dT ó cortocircuitos. Una variante muy importante dentro los estabilizadores por pasos lo constituye el denominado estabilizador "Tipo Booster".

En este tipo de estabilizador, la corriente de la carga no circula por los elementos de conmutación. La elevación ó reducción de la tensión de entrada tienen lugar en un transformador cuyo secundario está en serie con la línea y la carga. Variando la tensión del primario de dicho transformador se consigue la regulación de la salida. La inductancia propia del transformador serie, representa un factor de atenuación muy importante en la reducción de los ruidos de línea y picos transitorios. Otras características, como rango de operación y precisión del voltaje de salida se corresponden con lo mencionado para los estabilizadores por pasos. Se trata de equipos muy confiables, con una gran capacidad de sobrecarga, tanto instantánea como por largos períodos. El presente trabajo consistió en el diseño e implementación de un estabilizador de cuatro pasos capaz de controlar una carga de hasta 5KVA, accionado por relés.

El comparador de tensión actúa según la diferencia que existe entre una que es proporcional a la tensión de entrada y otra considerada como referencia o patrón. Este bloque activa o desactiva los relés en forma secuencial, de acuerdo al valor que se necesita para la compensación. El mismo está diseñado de tal forma que ofrece un margen de histéresis en la comparación para asegurar que los relés queden efectivamente pegados evitando la incertidumbre, no siendo este margen mayor de 3 voltios

El sensor de tensión se implementa con un puente de diodos que rectifica una tensión proporcional a la de la entrada y cuya constante de tiempo impuesta por el filtro es un compromiso entre la mayor estabilidad de la muestra y la rapidez de respuesta del sistema. Se empleó un pequeño transformador de 6+6 V para obtener las tensiones de referencia y para la alimentación general. La función de los integrados es realizar la comparación entre la tensión de entrada actual y la de referencia actuando sobre los relés a través de los transistores excitadores. Los niveles preestablecidos como márgenes de actuación fueron fijados de manera tal que se obtenga como máximo a la salida una tensión de 235V. El segundo relé cumple una función adicional que es establecer un cortocircuito entre los bornes externos del transformador para evitar la generación de alta tensión durante la transición de la segunda a la tercer etapa o zona de trabajo. Los capacitores con las resistencias son necesarias para proteger los contactos de los relés en la apertura y cierre de los mismos.

Fuentes